CN107634497A

CN107634497A - 采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头

Info

Publication number: CN107634497A
Application number: CN201711047435.1A
Authority: CN
Inventors: 何金良; 胡军; 赵孝磊; 杨霄; 余占清; 曾嵘; 张波; 李琦
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2018-01-26

Abstract

本发明提出一种采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头，属于高压交直流电缆附件技术领域。包括应力锥、高压屏蔽层、增强绝缘体、外屏蔽层，以及位于增强绝缘体和高压屏蔽层内侧的电缆内屏蔽层、金属连接管、电缆绝缘层和电缆绝缘屏蔽层；应力锥和高压屏蔽层采用由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成的电导自适应调控复合材料制成；外屏蔽层由硅橡胶和炭黑复合而成；增强绝缘体采用硅橡胶。本发明使得预制电缆接头的电压等级适用范围进一步扩大，且起到很好的均匀场强作用；同时不仅解决了电缆绝缘屏蔽层切口处和电缆导体连接处的场强集中问题，还使得应力锥锥面处和高压屏蔽层处场强集中问题得到解决，提高了电力系统长期运行的可靠性。

Description

采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头

技术领域

本发明属于高压交直流电缆附件技术领域，具体涉及一种采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头，适用于交直流电力系统。

背景技术

随着社会用电量的不断增加以及清洁能源的大力发展，人们需要将更多的电能输送到人口密集的地区。一方面，清洁能源等多位于偏远区域或是大海等地区，传统架空线路不再适用于将电能输送到用电集中区。另一方面，人口密集的城市对空间资源的利用和城市美观的注重等都使得不再适用架空线来输送电能。因此需要采用具有更高输送能力的输电方式来满足人们的用电需求，对于大城市等人口密集地区来说，采用高压电力电缆作为进线段成为必然趋势。

与此同时，非线性电介质的应用也得到了大力发展。非线性电介质是指电导率或相对介电常数随电场强度改变而变化的绝缘介质，其突出优点是在交(或直)流电场下能自行均化电场分布，且不明显降低绝缘结构性能，有“智慧绝缘材料”之称，最为典型的应用是电力系统避雷器中的氧化锌压敏陶瓷。

电力电缆广泛应用的同时也存在着问题，目前常用的电缆由电缆导体5，以及依次包裹在该电缆导体5外侧的电缆内屏蔽6、电缆绝缘层8和电缆绝缘屏蔽层9构成。安装时，高压电缆在中间接头处要将中部的电缆内屏蔽6、电缆绝缘层8和电缆绝缘屏蔽层9剥除，并且在电缆导体5与电缆中间接头连接处采用金属连接管7连接，从而导致电缆绝缘屏蔽层9两端和电缆导体5连接处出现电应力集中现象，因此需要在电缆中间接头处安装场强均匀附件消除场强集中现象。目前采用的电缆中间接头附件以预制电缆接头为主，包裹在电缆外侧，其结构如图1所示，包括由内至外依次设置的增强绝缘体2和外屏蔽层4，以及位于增强绝缘体2两端的应力锥1，增强绝缘体2的内侧中段镶嵌有高压屏蔽层3；应力锥1、高压屏蔽层3、增强绝缘体2和外屏蔽层4为预制的一体化结构；其中，应力锥1与电缆绝缘屏蔽层9切口处相接触；高压屏蔽层3通过金属连接管7与电缆导体5连接，且该高压屏蔽层3与接头两端的电缆绝缘层8相接触。传统预制电缆中间接头主要通过其结构进行均匀场强，即通过应力锥和高压屏蔽层改变电极结构从而均匀场强。传统预制电缆接头应力锥1、高压屏蔽层3和外屏蔽层4均采用硅橡胶与炭黑复合而成的半导电材料制成，增强绝缘体2采用硅橡胶制成，虽然可以使电缆绝缘屏蔽层9切口处和电缆导体5连接处的场强得到均匀，但在应力锥1锥面和高压屏蔽层3表面还是会出现场强集中现象，因此限制了传统预制电缆中间接头的应用电压等级。

发明内容

本发明的目的是解决电缆中间接头附件中应力锥与高压屏蔽层的场强集中问题，提供一种采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头，该电缆中间接头可以提高电力电缆系统长期运行的可靠性，同时使得预制电缆中间接头的电压等级适用范围得到进一步扩大。

本发明采用如下技术方案：

一种采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头，包括由内至外依次设置的增强绝缘体和外屏蔽层，以及位于所述增强绝缘体两端的应力锥，所述增强绝缘体的内侧中段镶嵌有高压屏蔽层；所述应力锥、高压屏蔽层、增强绝缘体和外屏蔽层为预制的一体化结构；由电缆导体、电缆内屏蔽、电缆绝缘层和电缆绝缘屏蔽层构成的电缆贯穿所述增强绝缘体中轴线设置；其中，所述应力锥与电缆绝缘屏蔽层切口处相接触；所述高压屏蔽层通过金属连接管与所述电缆导体连接，且该高压屏蔽层与接头两端的电缆绝缘层相接触；其特征在于，所述应力锥和高压屏蔽层采用由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成的电导自适应调控复合材料制成。

所述预制电缆中间接头中应力锥和高压屏蔽层所采用的电导自适应调控复合材料中的氧化锌陶瓷粉体颗粒体积分数和颗粒大小由电缆电压等级和电缆几何尺寸决定；根据不同电压等级和电缆几何尺寸，氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在10μm到300μm之间，占电导自适应调控复合材料的体积百分比为20％到60％之间。

本发明的特点和有益效果在于：

1、本发明区别于现有预制电缆中间接头，采用电导率自适应调控复合材料作为应力锥和高压屏蔽层的材料，不仅解决了电缆绝缘屏蔽层切口处和导体连接处场强集中问题，还使得应力锥锥面处和高压屏蔽层处场强集中问题得以解决，提高了电力电缆系统长期运的可靠性。

2、本发明通过改变材料特性来均匀电缆接头场强问题使得预制电缆中间接头的电压等级适用范围得到进一步扩大，不仅适用于低电压等级电缆，而且对于高电压等级电缆也可以起到很好的场强均匀作用，适用于10kV及10kV以上交直流电缆。

附图说明

图1为已有的和本发明提出的预制电缆中间接头的结构示意图；

图中，1—应力锥，2—增强绝缘体，3—高压屏蔽层，4—外屏蔽层，5—电缆导体，6—电缆内屏蔽层，7—金属连接管，8—电缆绝缘层，9—电缆绝缘屏蔽层。

具体实施方式

下面根据具体实例并结合附图，对本发明进行详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例一种采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头，包括：由内至外依次设置的增强绝缘体2和外屏蔽层4，以及位于增强绝缘体2两端的应力锥1，增强绝缘体2的内侧中段镶嵌有高压屏蔽层3；所述应力锥1、高压屏蔽层3、绝缘增强体2和外屏蔽层4为预制的一体化结构；由电缆导体5、电缆内屏蔽6、电缆绝缘层8和电缆绝缘屏蔽层9构成的电缆贯穿增强绝缘体2中轴线设置；其中，应力锥1与电缆绝缘屏蔽层9切口处相接触；高压屏蔽层3通过金属连接管7与电缆导体5连接，且该高压屏蔽层3与接头两端的电缆绝缘层8相接触；所述应力锥1和高压屏蔽层3采用由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成的电导自适应调控复合材料制成；所述增强绝缘体2和外屏蔽层4与传统预制电缆中间接头相同，增强绝缘体2采用硅橡胶制成，外屏蔽层4由硅橡胶和炭黑复合而成的半导电材料制成。

其中，所述预制电缆接头中应力锥1和高压屏蔽层3部分采用的电导自适应调控复合材料中的氧化锌陶瓷粉体颗粒体积分数和颗粒大小有电缆电压等级和电缆几何尺寸决定，根据不同电压等级和电缆几何尺寸，氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在10μm到300μm之间，占电导自适应调控复合材料体积百分比为20％到60％之间。

本发明各组成部件的具体制备流程为本领域常规技术。

预制电缆中间接头的具体实现方式举例如下：

实施例1：本实施例用于电压等级为110kV的交流电缆连接，应力锥1所采用的氧化锌压敏陶瓷粉体颗粒占电导率自适应调控复合材料的体积百分比为35％，颗粒大小为150μm—175μm，高压屏蔽层3所采用的氧化锌压敏陶瓷粉体颗粒占电导率自适应调控复合材料的体积百分比为45％，颗粒大小为120μm—150μm。

实施例2：本实施例用于电压等级为500kV的直流电缆连接，应力锥1所采用的氧化锌压敏陶瓷粉体颗粒占电导率自适应调控复合材料的体积百分比为25％，颗粒大小为40μm—75μm，高压屏蔽层3所采用的氧化锌压敏陶瓷粉体颗粒占电导率自适应调控复合材料的体积百分比为40％，颗粒大小为75μm—100μm。

实施例3：本实施例用于电压等级为35kV的交流电缆连接，应力锥1所采用的氧化锌压敏陶瓷粉体颗粒占电导率自适应调控复合材料的体积百分比为45％，颗粒大小为150μm—175μm，高压屏蔽层3所采用的氧化锌压敏陶瓷粉体颗粒占电导率自适应调控复合材料的体积百分比为50％，颗粒大小为175μm—200μm。

本发明的工作原理：采用具有电导率自适应调控的复合材料作为电缆中间接头附件的材料，实现材料性能参数与空间场强大小的自适应匹配，起到智能改善空间场强的作用；电缆中间接头处局部场强过大处，电导率自适应调控复合材料电导率增加，起到均匀场强的作用。

显然，上述实例中仅仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对发明的实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说满足上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式给予说明。

Claims

1.一种采用电导率自适应调控复合材料的预制电缆中间接头，包括由内至外依次设置的增强绝缘体和外屏蔽层，以及位于所述增强绝缘体两端的应力锥，所述增强绝缘体的内侧中段镶嵌有高压屏蔽层；所述应力锥、高压屏蔽层、增强绝缘体和外屏蔽层为预制的一体化结构；由电缆导体、电缆内屏蔽、电缆绝缘层和电缆绝缘屏蔽层构成的电缆贯穿所述增强绝缘体中轴线设置；其中，所述应力锥与电缆绝缘屏蔽层切口处相接触；所述高压屏蔽层通过金属连接管与所述电缆导体连接，且该高压屏蔽层与接头两端的电缆绝缘层相接触；其特征在于，所述应力锥和高压屏蔽层采用由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成的电导自适应调控复合材料制成。

2.如权利要求1所述的预制电缆中间接头，其特征在于，所述预制电缆中间接头中应力锥和高压屏蔽层所采用的电导自适应调控复合材料中的氧化锌陶瓷粉体颗粒体积分数和颗粒大小由电缆电压等级和电缆几何尺寸决定；根据不同电压等级和电缆几何尺寸，氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在10μm到300μm之间，占电导自适应调控复合材料的体积百分比为20％到60％之间。