CN101505047B - 一种超高压电缆接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高压电缆接头，属于电力电缆技术领域。本电缆接头中，连接管连接两截电缆的芯线，缠绕层缠绕在连接管上，高压电极包裹在缠绕层上，低压电极对称置于两截电缆上，低压电极端部位于同侧高压电极端部的外部，两者之间的水平直线距离与高压电极圆柱体侧表面到外屏蔽层之间的垂直距离之比为：L∶W＝1∶(0.7～2.0)，L与高压电极的长度M之比为：L∶M＝1∶(3.0～5.0)；其端部截面为圆弧形，组成该圆弧的外侧圆弧半径与内侧圆弧半径之比为R₃∶R₂＝1∶(6.0～10.0)，低压电极喇叭口边缘的圆弧半径为R₁，R₃∶R₁＝1∶(2.0～5.0)。本发明电缆接头，采用预制式结构，安装过程简易方便；采用固体绝缘，体积小，运行维护安全，电气强度和机械强度较好；使用寿命长。

Description

一种超高压电缆接头

技术领域

本发明涉及一种超高压电缆接头，属于电力电缆技术领域。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展，对电能的需求越来越大，同时对电力传输和分配的稳定性和可靠性也提出了更高的要求。西电东送以及为电网调峰、调频而兴建的抽水蓄能电站，都为作为出线方式的超高压电缆带来了极大的发展机遇。在超高压电力电缆系统中，电缆接头是不可或缺的重要环节。与电缆本体的结构相比，电缆接头的结构更加复杂，电场分布的均匀性降低，使得在电缆接头系统中多发生电树老化击穿等问题。据统计，电缆系统中的事故约70％发生与电缆接头有关。随着硅橡胶等固体电介质材料性能的研究和提高，硅橡胶预制式电缆接头的应用逐渐增加，对于硅橡胶电缆接头中低压电极应力锥结构的研究也做了很多工作，但是未能提出一个较为合理的硅橡胶预制件的结构控制模型。

目前为止，我国国内的电缆接头产品性能有待提高，特别是在高电压等级的电缆系统中，电缆接头的事故频发。其原因主要有两个方面，一是缺乏对预制件结构整体电场分布的具体计算，在基础的研发层面上较为欠缺，二是没有对高性能材料的研制，并且对电缆接头的实际运行经验较少，接头内部的运行工况考虑欠妥。目前国内大部分使用的电缆接头其运行寿命较电缆本体而言相差较多，成为了电缆系统的发展和使用瓶颈。大部分事故发生在高压电极等其他部位，低压电极应力锥部分的事故较少，如图1中箭头处所示，电场强度分布集中，若高压电极表面存在缺陷，容易导致电树的发生甚至使绝缘介质击穿。因此预制式硅橡胶电缆接头中对低压电极应力锥的形状的控制是不够的。

发明内容

本发明的目的是提出一种超高压电缆接头，改变已有电缆接头的结构，改善接头内部电场分布情况，控制绝缘介质的复合界面处的电场强度，防止在绝缘介质的复合界面上发生击穿。

本发明提出的超高压电缆接头，包括低压电极、高压电极、连接管、绝缘介质、外屏蔽层和缠绕层，所述的连接管连接两截电缆的芯线，所述的缠绕层缠绕在连接管上；所述的高压电极包裹在缠绕层上；所述的低压电极对称置于两截电缆上，低压电极为喇叭状，低压电极端部位于同侧高压电极端部的外部，两者之间的水平直线距离为L，高压电极为圆筒形，高压电极圆柱体侧表面到外屏蔽层之间的垂直距离为W，L与W之比为：L∶W＝1∶(0.7～2.0)，高压电极的长度为M，L与M之比为：L∶M＝1∶(3.0～5.0)；其端部截面为圆弧形，该圆弧由外侧圆弧和内侧圆弧过渡而成，外侧圆弧半径为R₃，内侧圆弧半径为R₂，R₃∶R₂＝1∶(6.0～10.0)，低压电极喇叭口边缘的圆弧半径为R₁，R₃∶R₁＝1∶(2.0～5.0)。

本发明提出的高压电缆接头，其优点是：全部采用预制式结构，安装过程简易方便；全部采用固体绝缘，体积小，运行维护安全，电气强度和机械强度较好；低压电极应力锥与高压电极在尺寸上配合，优化附件内部场强分布，使其能应用于电压等级较高的线路；考虑其实际运行条件，对高压电极和低压电极应力锥根部接触部分的长度进行控制，保证在运行过程中，由于短时过电压的影响不致使附件的屏蔽作用失效。于此同时，本发明可以对因电缆芯线与绝缘层的位移而导致的屏蔽失效在一定范围内加以预防，在满足正常运行的前提下，提高电缆接头的使用年限。

附图说明

图1是已有电缆线路中使用的电缆接头的局部剖面示意图。

图2是本发明电缆接头的结构示意图。

图3是本发明电缆接头中低压电极部分的局部放大图。

图4是本发明电缆接头中高压电极的端部的局部放大图。

图2-图4中，1是低压电极；2是高压电极；3是用于电缆芯线连接的连接管；，4是绝缘介质；5是电缆本体的绝缘层；6是电缆芯线；7是外屏蔽层；8是缠绕层；R₁是低压电极喇叭口边缘的圆弧半径；高压电极的端部截面为圆弧形，该圆弧由外侧圆弧和内侧圆弧过渡而成，外侧圆弧半径为R₃，内侧圆弧半径为R₂；低压电极为喇叭状，低压电极的端部位于同侧高压电极端部的外部，两者之间的水平直线距离为L；W是高压电极圆柱体侧表面到外屏蔽层7之间的垂直距离；M是高压电极的长度。

具体实施方式

本发明提出的超高压电缆接头，其结构如图2所示，包括低压电极1、高压电极2、连接管3、绝缘介质4、外屏蔽层4和缠绕层8。连接管3连接两截电缆的芯线6。缠绕层8缠绕在连接管3上。高压电极2包裹在缠绕层8上。低压电极1对称置于两截电缆上，低压电极1为喇叭状，低压电极1的端部位于同侧高压电极2端部的外部，两者之间的水平直线距离为L。高压电极2为圆筒形，高压电极圆柱体侧表面到外屏蔽层7之间的垂直距离为W，L与W之比为：L∶W＝1∶(0.7～2.0)。高压电极的长度为M，L与M之比为：L∶M＝1∶(3.0～5.0)，其端部截面为圆弧形，该圆弧由外侧圆弧和内侧圆弧过渡而成，外侧圆弧半径为R₃，内侧圆弧半径为R₂，R₃∶R₂＝1∶(6.0～10.0)，如图4所示。低压电极喇叭口边缘的圆弧半径为R₁，R₃∶R₁＝1∶(2.0～5.0)，如图3所示。

图2所示的硅橡胶预制式高电压电缆接头，经有限元分析表明，其高压电极圆弧部分表面场强值小于8.0kV/mm，直线部分表面的场强值小于5.0kV/mm。

本发明的高电压电缆接头，包括作为低压电极的硅橡胶应力锥、高压电极、用于电缆芯线连接的压接件和绝缘部分。硅橡胶应力锥采用半导电硅橡胶材料，充当低压电极，其锥面形状根据电缆本体绝缘结构和电缆接头绝缘部分的参数而定，在一定的长度范围内，保持在复合界面处的电场强度沿面分布均匀。应力锥头部应以较缓和的弧线过度，防止该处的电场分布集中。应力锥根部与电缆绝缘屏蔽层接触压紧，其接触部位要保证有足够的有效长度，一般不少于高压电极长度的1/2，保证其运行过程中发生位移时不会与应力锥根部相脱离，导致应力锥失效。高压电极采用半导电硅橡胶材料，预埋在附件的硅橡胶绝缘层中，其形状为两端圆滑的圆筒型，端部的形状根据整体附件内部的电场分布情况进行尺寸上的优化，其长度和表面粗糙度为主要参数。高压电极的长度要满足在电缆正常运行及短时大电流的状态下，电缆芯线的压接部分不会滑出其屏蔽范围，不同的电缆系统其具体长度可以通过计算和运行经验给出，另外其表面不能出现毛刺气泡等明显缺陷。绝缘部分采用硅橡胶作为绝缘，对绝缘材料的要求满足其在承受短时过电压的情况下不发生击穿和局部放电现象。

本发明电缆接头中的高压电极，根据橡胶零件适用的“航空行业标准HB8233”，其表面粗糙度小于Ra0.8，公差等级低于M2，表面粗糙度由模具保证。

本发明用于高压电缆系统电缆之间的连接，采用整体预制式结构，一般选取硅橡胶等材料作为绝缘介质。根据所使用线路的电压等级确定其绝缘层厚度和应力锥的锥面曲线，通过低压电极应力锥和高压电极的尺寸配合，改善接头内部的电场分布情况，根据电缆线路的长度，运行环境条件等确定其高压电极的屏蔽长度和应力锥根部屏蔽的长度，保证电缆运行过程中不会出现因移位而产生屏蔽失效的情形。在满足上述条件的前提下，根据其具体应用情况，采用硅橡胶浇注成型设备制成预制件，以备现场使用。

以下介绍本发明的一个实施例：

以500kV交联聚乙烯绝缘电力电缆系统为例，本发明所使用的的主要尺寸L＝135mm，W＝95mm，M＝450mm，L∶W＝1∶0.7，L∶M＝1∶3.3，R₁＝6mm，R₂＝25mm，R₃＝3mm，R₃∶R₂＝1∶8.3，R₃∶R₁＝1∶2.0，经有限元计算分析表明，其高压电极圆弧部分的最大计算场强值为7.3kV/mm，直线部分的最大计算场强值为4.4kV/mm。

Claims (2)

1.一种超高压电缆接头，其特征在于该电缆接头包括低压电极、高压电极、连接管、绝缘介质、外屏蔽层和缠绕层，所述的连接管连接两截电缆的芯线，所述的缠绕层缠绕在连接管上；所述的高压电极包裹在缠绕层上；所述的低压电极对称置于两截电缆上，低压电极为喇叭状，低压电极端部位于同侧高压电极端部的外部，两者之间的水平直线距离为L，高压电极为圆筒形，高压电极圆柱体侧表面到外屏蔽层之间的垂直距离为W，L与W之比为：L∶W＝1∶(0.7～2.0)，高压电极的长度为M，L与M之比为：L∶M＝1∶(3.0～5.0)；其端部截面为圆弧形，该圆弧由外侧圆弧和内侧圆弧过渡而成，外侧圆弧半径为R₃，内侧圆弧半径为R₂，R₃∶R₂＝1∶(6.0～10.0)，低压电极喇叭口边缘的圆弧半径为R₁，R₃∶R₁＝1∶(2.0～5.0)。

2.如权利要求1所述的电缆接头，其特征在于其中所述的高压电极根据橡胶零件适用的“航空工业标准HB8233”，其表面粗糙度小于Ra0.8，公差等级低于M2。

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