CN107800109A - 采用非线性电导材料预制橡胶压控管的电缆端头 - Google Patents

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何金良
赵孝磊
杨霄
张波
李琦
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Abstract

本发明提出了一种采用非线性电导预制橡胶压控管的电缆端头，适用于交流和直流电力系统，属于高压电缆附件设计领域。包括电缆端头主体、电缆导体连接金具、密封帽；所述电缆端头主体通过电缆导体连接金具与架空线路相连，所述密封帽设置在电缆端头主体靠近电缆导体连接金具的端部，所述电缆端头主体由硅橡胶绝缘座和硅橡胶绝缘伞群共同形成一体化结构；所述电缆端头主体的硅橡胶绝缘座为管状结构，其内还设有与电缆绝缘屏蔽层切口相接触的非线性电导预制橡胶压控管；该压控管由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成。本发明解决了电缆绝缘屏蔽层切口处场强集中问题，提高了电力电缆系统长期运的可靠性，并简化了电缆终端附件的结构。

Description

采用非线性电导材料预制橡胶压控管的电缆端头
技术领域
本发明属于高压电缆附件设计领域，具体涉及一种采用非线性电导材料预制橡胶压控管的交流和直流电缆端头。
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，高压电缆在电缆端头处需要将绝缘屏蔽层剥除，从而使得绝缘屏蔽层末端出现电应力集中现象，因此需要在电缆端头中安装场强均匀附件消除场强集中现象。目前采用的电缆终端附件以应力锥为主，由导电部分和绝缘部分组成。传统预制橡胶应力锥主要通过其结构进行均匀场强，即通过应力锥改变电极结构从而均匀场强。传统预制橡胶应力锥在工厂中整体预制成型，其特性决定了电缆终端场强均匀效果。传统预制橡胶应力锥绝缘部分采用电导固定的电介质，如硅橡胶，虽然使得电缆绝缘屏蔽层切口处的场强得到均匀，但在应力锥锥面处还会出现场强集中现象，因此使得传统预制橡胶应力锥作为终端附件使用时，其适用于较低电压等级，目前应用最高电压等级为400kV，同时给电力电缆系统的长期运行可靠性带来了威胁。
为了克服上述传统预制橡胶应力锥电缆端头所存在的问题，本申请人于2016年提出了一种采用非线性预制橡胶应力锥的交流电缆端头(申请号：201610630256.X)，其结构如图1所示，包括：由应力锥导电或半导电部分1、应力锥绝缘部分2组成的非线性预制橡胶应力锥，由硅橡胶绝缘座3、硅橡胶伞群4组成的电缆端头主体，密封帽5，电缆导体连接金具6，所述电缆端头主体包裹在由电缆导体7、电缆绝缘层8、电缆绝缘屏蔽层9组成的电缆外侧，通过电缆导体连接金具6与架空线相连，所述密封帽5设置在电缆端头主体靠近电缆导体连接金具6的端部，所述非线性预制橡胶应力锥设置在硅橡胶绝缘座3中，与电缆绝缘屏蔽层9切口相接触。其中，应力锥导电或半导电部分1由硅橡胶和炭黑复合而成，应力锥绝缘部分2采用非线性电导复合材料，由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成。然而，该结构形式的电缆终端径向尺寸仍较大。
目前，在电缆中间接头处，低电压等级下采用压控管的结构作为连接电缆的附件，现有压控管的材料采用电导率固定的半导电材料。相比于电缆中间接头，电缆终端场强分布更加不均匀，当采用固定电导率的半导电材料时，终端则无法采用压控管的结构。
发明内容
本发明的目的是解决交流和直流电力系统中电缆终端场强集中问题，提供了一种采用非线性电导材料预制橡胶压控管的电缆端头，该端头可简化电缆终端的径向尺寸，提高电力电缆系统长期运的可靠性，同时使得预制橡胶压控管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：
一种采用非线性电导材料预制橡胶压控管的电缆端头，包括电缆端头主体、电缆导体连接金具、密封帽；所述电缆端头主体通过电缆导体连接金具与架空线路相连，所述密封帽设置在电缆端头主体靠近电缆导体连接金具的端部，所述电缆端头主体由硅橡胶绝缘座和硅橡胶绝缘伞群共同形成一体化结构；其特征在于，所述电缆端头主体的硅橡胶绝缘座为管状结构，该硅橡胶绝缘座中还设有非线性电导材料预制橡胶压控管，该预制橡胶压控管与电缆绝缘屏蔽层切口相接触；所述非线性电导材料预制橡胶压控管由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成的非线性电导材料制成。
所述的非线性电导材料预制橡胶压控管采用的非线性电导材料中的氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在30μm到150μm之间，体积占非线性电导材料的百分比在20％到60％之间。
本发明的特点和有益效果在于：
1、本发明区别于现有硅橡胶预制式电缆端头，结构上采用压控管式结构，材料采用非线性电导复合材料，不仅解决了电缆绝缘屏蔽层切口处场强集中问题提高了电力电缆系统长期运的可靠性，还使得电缆终端径向尺寸大大简化。
2、本发明通过改变结构及材料特性来均匀电缆端头场强问题使得预制式电缆终端附件的电压等级适用范围相比于传统的预制橡胶应力锥电缆终端附件得到进一步扩大，不仅适用于低电压等级电缆端头，而且对于高电压等级电缆端头也可以起到很好的场强均匀作用，适用于10kV及10kV以上交流和直流电缆。
附图说明
图1为已有的采用预制橡胶应力锥的电缆端头结构示意图。
图2为本发明的采用预制橡胶压控管的电缆端头结构示意图；
图中，1—应力锥导电或半导电部分，2—应力锥绝缘部分，3—硅橡胶绝缘座，4—硅橡胶伞群，5—密封帽，6—电缆导体连接金具，7—电缆导体，8—电缆绝缘层，9—电缆绝缘屏蔽层，10—预制橡胶压控管。
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2，本发明实施例一种采用非线性电导材料预制橡胶压控管的电缆端头，包括：由非线性电导材料预制橡胶压控管10、硅橡胶绝缘座3和硅橡胶伞群4组成的电缆端头主体，密封帽5以及电缆导体连接金具6，所述电缆端头主体包裹在由电缆导体7、电缆绝缘层8、电缆绝缘屏蔽层9组成的电缆外侧，通过电缆导体连接金具6与架空线相连，所述密封帽5设置在电缆端头主体靠近电缆导体连接金具6的端部，所述非线性电导材料预制橡胶压控管10设置在硅橡胶绝缘座3中，与电缆绝缘屏蔽层9切口相接触。
其中，预制橡胶压控管10由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成的非线性电导材料制成；该非线性电导材料中氧化锌陶瓷粉体颗粒的体积分数与颗粒大小由电缆电压等级和电缆的几何尺寸决定；根据不同电压等级和电缆的几何尺寸，氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在30μm到150μm之间，体积占非线性电导材料的百分比在20％到60％之间。该预制橡胶压控管10可按照本领域的常规制作工艺生产制得。
预制橡胶压控管10的具体实现方式举例如下：
实施例1：本实施例与电压等级为110kV的交流电缆连接，预制橡胶压控管10的内径为25mm，厚度为5mm，所采用的非线性电导材料中氧化锌陶瓷粉体体积分数为30％，颗粒大小为100μm—125μm。
实施例2：本实施例与电压等级为500kV的直流电缆连接，预制橡胶压控管10的内径为61mm，厚度为75mm，所采用的非线性电导材料中氧化锌陶瓷粉体体积分数为25％，颗粒大小为75μm—100μm。
实施例3：本实施例与电压等级为10kV的交流电缆连接，预制橡胶压控管10的内径为12mm，厚度为15mm，所采用的非线性电导材料中氧化锌陶瓷粉体体积分数为40％，颗粒大小为125μm—150μm。
本发明的其他组成器件均为常规产品。
本发明的工作原理：采用非线性电导材料作为电缆终端附件的材料，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；电缆终端局部场强过大处，非线性电导复合材料电导率增加，起到均匀场强的作用。
本发明利用非线性电导材料具有良好均压效果的特性，将非线性电导材料作为电缆端头附件材料，对电缆端头存在场强分布不均匀的问题进行场强均匀。同时，结合非线性材料特性，改变传统应力锥的结构，将电缆中间接头附件结构引到电缆终端附件，用压控管式结构作为电缆终端附件结构，大大简化电缆终端径向尺寸，同时起到很好的均匀场强的效果。
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 (2)

1.一种采用非线性电导材料预制橡胶压控管的电缆端头，包括电缆端头主体、电缆导体连接金具、密封帽；所述电缆端头主体通过电缆导体连接金具与架空线路相连，所述密封帽设置在电缆端头主体靠近电缆导体连接金具的端部，所述电缆端头主体由硅橡胶绝缘座和硅橡胶绝缘伞群共同形成一体化结构；其特征在于，所述电缆端头主体的硅橡胶绝缘座为管状结构，该硅橡胶绝缘座中还设有非线性电导材料预制橡胶压控管，该预制橡胶压控管与电缆绝缘屏蔽层切口相接触；所述非线性电导材料预制橡胶压控管由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成的非线性电导材料制成。
2.如权利要求1所述的采用非线性电导材料预制橡胶压控管的电缆端头，其特征在于，所述的非线性电导材料预制橡胶压控管采用的非线性电导材料中的氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在30μm到150μm之间，体积占非线性电导材料的百分比在20％到60％之间。
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