CN108957263B - Xlpe电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置及方法，包括由固定支架、夹具、固定块、拉伸螺杆以及六角螺母构成的拉伸应力施加装置，可长时间固定并拉伸橡胶试片；由U型电极支架、界面压力调节装置、高压电极、接地电极、弹簧装置和高度调节装置构成的U型电应力与界面压力施加装置，可对交联聚乙烯和橡胶界面同时施加电应力和界面压力；二者配合使用，则既可在交联聚乙烯和橡胶界面上施加电应力和界面压力，又可对橡胶试片施加机械拉伸应力，较好地模拟电缆附件界面的多应力耦合工况；所述装置可施加的最高电压为50kV，最大界面压力为0.5MPa，橡胶试片最大拉伸率可达200％，且可以模拟正常运行或者存在缺陷时的不同界面状况。

Description

XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，具体涉及模拟交联聚乙烯电缆本体绝缘与附件绝缘之间的界面在实际运行状态下承受电-机械应力耦合作用的试验装置及方法。
背景技术
随着城市化进程的加快、材料性能的改善以及加工工艺的成熟，交联聚乙烯电缆凭借其优越的绝缘性能和性价比，在输、配电网络中的用量越来越大。整体预制式电缆附件由于其绝缘性能好、安装方便等特点，目前广泛应用在中、高压交联聚乙烯电力电缆上；而硅橡胶和乙丙橡胶由于弹性好、耐电晕和电蚀性佳、加工技术成熟等原因，广泛用作预制式电缆附件的主绝缘材料。
整体预制式电缆附件的安装过程如下：首先在工厂里完成预制件整体的注射和模塑成型；根据绝缘材料的不同，在工厂按照一定扩径比进行预扩径或在现场安装之前进行现场扩径，衬以螺旋扩径支撑管；安装时将扩径后的预制件置于处理好的电缆上，逐渐抽出螺旋扩径管使其紧压在电缆绝缘上，通过预制件的弹性回缩力来保证附件绝缘与电缆绝缘界面之间的压力。
由于结构复杂且需要现场安装等原因，电缆附件往往成为电缆系统的薄弱环节，故障率远高于电缆本体，而电缆附件的故障多发生在两种绝缘材料的交界面上。当附件绝缘与电缆本体绝缘完好配合时，界面的电场强度在设计范围内，电缆线路可正常运行；当电缆附件界面上存在缺陷时，则会产生放电。缺陷的形成原因包括：制造过程引入的杂质或气隙；安装不规范在附件及电缆绝缘中混入的杂质、水分或气隙；运行过程中由于硅脂固化在界面上形成的气隙，等等。这些生产、制造及运行过程中引入电缆附件的缺陷会造成局部电场畸变，形成放电源，引发后续击穿故障。
此外，为了保证预制型电缆附件的高效安全运行，预制应力锥、附件绝缘和电缆主绝缘之间需要保持一定的界面压力，从而保证一定的界面介电强度。预制型电缆附件的界面应力主要由预制件扩张后产生的箍紧力和弹簧压紧装置的机械力两部分组成，通常预制式电缆附件的界面压力在0.1MPa-0.3MPa之间。因此，界面上附件绝缘将会受到扩张产生的拉伸应力作用，同时电缆本体绝缘与附件绝缘的界面上还存在界面压力的作用。
目前，针对电缆附件界面的研究多集中在局部放电行为、界面电痕现象及机理、电树枝现象及其影响因素上，这些研究大多只考虑了单一电应力的作用。实际运行时，电缆附件的界面应力情况较为复杂，为了尽可能反映实际工况，需要建立一套电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置。
发明内容
为了尽可能真实反映交联聚乙烯电缆附件界面实际受力情况，本发明的目的在于提供一种XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置及方法，该装置可以同时施加电应力、拉伸应力和界面压力，较好地模拟XLPE电缆附件界面在正常运行和缺陷放电下的多应力作用情况。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，包括拉伸应力施加装置1和U型电应力与界面压力施加装置2，
所述拉伸应力施加装置1包括固定支架，固定支架由位于两端的第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2以及四根固定在第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2之间并位于第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2四角的环氧杆1.3构成，第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2中间开有孔径为φ20的通孔，第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7分别穿过第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2的通孔；放置在固定支架中间的第一夹具1.4和第二夹具1.5，第一夹具1.4和第二夹具1.5的外侧壁设有孔径为φ20的螺纹盲孔；第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7的内端分别与第一夹具1.4和第二夹具1.5外侧壁的螺纹盲孔配合连接；分别设置在第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7上并分别位于第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2外侧的第一六角螺帽1.8和第二六角螺帽1.9；所述第一夹具1.4和第二夹具1.5用于固定橡胶试片2.5，并在两端第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7的作用下运动，拉伸长度通过第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7上的第一六角螺帽1.8和第二六角螺帽1.9进行调节；
所述U型电应力与界面压力施加装置2包括U型电极支架2.1；高压电极2.2和接地电极2.3，高压电极2.2和接地电极2.3由不锈钢制成，周围浇筑环氧树脂，以防止发生电极沿面放电；交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5的接触面涂抹硅脂2.6后紧贴，放置在高压电极2.2和接地电极2.3之间；界面压力由U型电极支架2.1下方的弹簧装置2.8提供，由U型电极支架2.1上方的界面压力调节装置2.7调节，通过高压电极2.2和接地电极2.3施加；电极支架下板2.1.2设有多个高度调节装置2.9，固定好橡胶试片2.5的拉伸应力施加装置1放置在高度调节装置2.9上，通过调节高度调节装置2.9上的翼形螺母来保证固定在拉伸应力施加装置1上的橡胶试片2.5水平紧贴在接地电极2.3上。
所述拉伸应力施加装置1的第一夹具1.4和第二夹具1.5结构对称，对于第一夹具1.4：第一夹具1.4中间打通圆柱空心管1.4.1，在圆柱空心管1.4.1的左侧壁开有长方体小槽1.4.2，长方体小槽1.4.2与圆柱空心管1.4.1相连通，圆柱空心管1.4.1的右侧壁开有孔径为φ20的螺纹盲孔1.4.3，正上方分别设有四个等间距孔径为φ10的螺纹通孔1.4.4，螺纹通孔1.4.4与圆柱空心管1.4.1相连通，螺纹通孔1.4.4上装有六角螺丝1.4.5，六角螺丝1.4.5的长度大于螺纹通孔1.4.4的长度；柱状压杆1.4.6与圆柱空心管1.4.1配合，橡胶试片2.5一端通过长方体小槽1.4.2进入圆柱空心管1.4.1并沿下侧壁卷曲，柱状压杆1.4.6从圆柱空心管1.4.1一端进入，将橡胶试片2.5压于下方，通过调节六角螺丝1.4.5深入螺纹通孔1.4.4的距离来对柱状压杆1.4.6施加压力，从而固定橡胶试片2.5。
所述六角螺丝1.4.5由尼龙制成；柱状压杆1.4.6由环氧树脂制成，表面粗糙处理。
所述界面压力调节装置2.7由上空心管2.7.1、上施力杆2.7.2、圆形紧固螺帽2.7.3和上螺纹管帽2.7.4四部分组成，四个部分均为钢件；上空心管2.7.1下端部封闭、仅在中心留有上施力杆2.7.2小径通过的小孔，且下部外径大、上部外径小，上端部和中间分别带有两段外螺纹；上施力杆2.7.2两头直径小，中间直径大，中间部分尺寸与上空心管2.7.1内径配合，两端尺寸与上空心管2.7.1端部小孔和上螺纹管帽2.7.4顶部小孔配合，下端部带有螺纹盲孔，用于与高压电极2.2配合；圆形紧固螺帽2.7.3与上空心管2.7.1中间螺纹配合，起固定作用；上螺纹管帽2.7.4与上空心管2.7.1上方螺纹配合，中心留有上施力杆2.7.2小径可通过的小孔；装配时，先将上空心管2.7.1带有螺纹的一端由下往上穿过电极支架上板2.1.1上的通孔，使得下部外径增大部分刚好卡在电极支架上板2.1.1的下表面，将圆形紧固螺帽2.7.3与上空心管2.7.1中间螺纹旋紧，将上施力杆2.7.2下端穿过位于上空心管2.7.1下端部中心的小孔，再将上螺纹管帽2.7.4套在上空心管2.7.1上端，上施力杆2.7.2的上端穿过上螺纹管帽2.7.4中间的小孔，通过旋紧上螺纹管帽2.7.4即能够调节上施力杆2.7.2的行程，进而调节界面压力；
所述弹簧装置2.8由下空心管2.8.1、下施力杆2.8.2、弹簧2.8.3和下螺纹管帽2.8.4四部分组成；所述四部分均为钢件；其中，下空心管2.8.1下端部封闭、仅在中心留有下施力杆1.8.2可通过的小孔，中间一段外径增大，上端部带有螺纹；下施力杆2.8.2中间一段外径增大，用于卡住弹簧2.8.3，上端带有螺纹盲孔，用于与接地电极2.3配合；弹簧2.8.3套在下施力杆2.8.2上；下螺纹管帽2.8.4与下空心管2.8.1上端部螺纹配合；装配时，先将下空心管2.8.1带有螺纹的一端由下往上穿过电极支架下板2.1.2上的通孔，中间外径增大的部分刚好卡在电极支架下板2.1.2的下表面，将弹簧2.8.3套在下施力杆2.8.2下端，然后将下施力杆2.8.2下端穿过下空心管2.8.1下端部中心的小孔，使得弹簧2.8.3卡在下施力杆2.8.2外径增加处与下空心管2.8.1下端之间，再将下螺纹管帽2.8.4套在下空心管2.8.1上端，将下施力杆2.8.2的上端穿过下螺纹管帽2.8.4中间的小孔，旋紧下螺纹管帽2.8.4即可；
U型电应力与界面压力施加装置2在调节界面压力时，只需旋转界面压力调节装置2.7处的上螺纹管帽2.7.4，改变上施力杆2.7.2的行程，高压电极2.2在上施力杆2.7.2的作用下向下移动；接地电极2.3随之向下移动，弹簧装置2.8处的下施力杆2.8.2向下运动，进而压缩卡在下空心管2.8.1下端与下施力杆2.8.2外径增加处之间的弹簧2.8.3，弹簧在压缩作用下对下施力杆2.8.2施加回弹力，最终体现为在高压电极2.2和接地电极2.3之间施加的界面压力。
所述第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7由有机玻璃制成；所述第一六角螺母1.8和第二六角螺帽1.9由尼龙制成。
所述高度调节装置2.9由螺纹杆2.9.1、上翼型螺母2.9.2、下翼型螺母2.9.3和带螺纹盲孔的环氧块2.9.4组成；螺纹杆2.9.1穿过电极支架下板2.1.2上的通孔，从两端分别旋入上翼型螺母2.9.2和下翼型螺母2.9.3，然后上端旋入带螺纹盲孔的环氧块2.9.4上的螺纹盲孔；上翼型螺母2.9.2用于调节高度，下翼型螺母2.9.3与之配合固定螺纹杆2.9.1；
所述螺纹杆2.9.1、上翼型螺母2.9.2和下翼型螺母2.9.3均由尼龙制成。
所述拉伸应力施加装置1和U型电应力与界面压力施加装置2在配合使用时，首先将橡胶试片2.5通过拉伸应力施加装置1两侧的第一夹具1.4和第二夹具1.5固定在拉伸应力施加装置1上，并且通过拉伸应力施加装置1两侧的第一六角螺母1.8和第二六角螺帽1.9调节拉伸长度；再将固定好橡胶试片2.5的拉伸应力施加装置1放置在U型电应力与界面压力施加装置2的U型电极支架2.1下方的多个高度调节装置2.9上；交联聚乙烯试片2.4和拉伸状态下的橡胶试片2.5界面涂抹硅脂2.6后紧贴，置于高压电极2.2和接地电极2.3之间，同时调节U型电极支架2.1上方的界面压力调节装置2.7和U型电极支架2.1下方的4个高度调节装置2.9，保证施加界面压力的同时，橡胶试片2.5始终与接地电极2.3保持水平紧贴状态；安装完成后，在高压电极2.2上施加电压，接地电极2.3与接地线连接，则既能够在交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5的界面上施加电应力和界面压力，又能够对橡胶试片2.5施加机械拉伸应力，较好地模拟电缆附件界面的多应力耦合情况。
所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置对XLPE电缆附件界面正常运行和缺陷放电状态下的多应力耦合情况的模拟试验方法，包括如下步骤：
步骤1：将橡胶试片2.5两端分别通过拉伸应力施加装置1上第一夹具1.4的长方体小槽1.4.2进入圆柱空心管1.4.1并沿下侧壁卷曲，柱状压杆1.4.6从圆柱空心管1.4.1一端进入，将橡胶试片2.5压于下方，通过调节六角螺丝1.4.5深入螺纹通孔1.4.4的距离来对柱状压杆1.4.6施加压力，从而固定橡胶试片2.5；旋转拉伸应力施加装置1两端的第一六角螺帽1.8和第二六角螺帽1.9调节橡胶试片2.5的拉伸长度；
步骤2：卸下U型电应力与界面压力施加装置2的高压电极2.2，将固定并拉伸好橡胶试片2.5的拉伸应力施加装置1放置在U型电应力与界面压力施加装置2的U型电极支架2.1下方的高度调节装置2.9上，在交联聚乙烯试片2.4和拉伸状态下的橡胶试片2.5的界面上涂抹硅脂2.6，将交联聚乙烯试片2.4贴紧在呈拉伸状态的橡胶试片2.5上方；
步骤3：重新装上高压电极2.2，使交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5位于高压电极2.2和接地电极2.3之间，调节U型电极支架2.1上方的界面压力调节装置2.7处的上螺纹管帽2.7.4，即能够调节交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5界面上的压力，同时调节U型电极支架2.1下方的高度调节装置2.9，保证橡胶试片2.5始终与接地电极2.3保持水平，且下表面紧贴接地电极2.3表面；
步骤4：将高压电极2.2与高压源输出端连接，将接地电极2.3与接地线连接，施加电压；
步骤5：在设定试验条件下进行附件界面模拟试验。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明涉及的拉伸应力施加装置采用柱状压杆与圆柱空心管配合的夹具，可以实现长时间固定面积较大、表面光滑和拉伸强度大的橡胶试片，避免试片在拉伸过程中发生滑移；
本发明涉及的电应力与界面压力施加装置采用环氧浇筑平板钢电极，在电极架上方设置界面压力调节装置、电极架下方设置弹簧装置，可对交联聚乙烯试片和橡胶试片的界面同时施加电应力和界面压力；通过XLPE试片及橡胶试片界面的不同处理(有无气隙缺陷)，既可模拟电缆附件界面正常运行时的多应力耦合情况，又可模拟当界面存在缺陷导致放电时的多应力耦合情况；此外，环氧浇筑电极的使用可防止发生电极沿面放电；
本发明涉及的拉伸应力施加装置和电应力与界面压力施加装置组装拆卸方便，二者配合使用，既可在XPLE和橡胶界面施加电应力和界面压力，又可对橡胶绝缘施加机械拉伸应力，较好地模拟电缆附件界面的多应力耦合情况。
所述XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置可施加的最高电压为50kV，最大界面压力为0.5MPa，橡胶试片最大拉伸率可达200％，且可以模拟不同界面状况。
附图说明
图1为XLPE电缆附件界面正常运行时多应力耦合模拟试验装置的结构示意图。
图2为拉伸应力施加装置的结构示意图，其中图2a是拉伸应力施加装置整体结构俯视图，图2b是夹具侧视图，图2c是夹具主视图。
图3为U型电应力与界面压力施加装置的结构示意图，其中图3a是装置整体结构示意图，图3b是界面压力调节装置结构示意图，图3c是弹簧装置结构示意图，图3d是高度调节装置结构示意图。
图4为模拟XLPE电缆附件界面存在缺陷时对应的电应力与界面压力施加装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本案提出的技术方案做进一步说明，但不作为对保护范围的限制。
实施例一
以XLPE电缆附件正常运行时界面多应力耦合模拟装置为例对本发明涉及的技术方案进行详细说明，结构示意图如图1所示，该装置可同时施加电应力、界面压力和拉伸应力。
参照图1、图2和图3所示，本发明XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，采用了拉伸应力施加装置1和U型电应力与界面压力施加装置2，首先将橡胶试片2.5通过拉伸应力施加装置1两侧的第一夹具1.4和第二夹具1.5固定在拉伸应力施加装置1上，并且通过拉伸应力施加装置1两侧的第一六角螺帽1.8和第二六角螺帽1.9调节拉伸长度；再将固定好橡胶试片2.5的拉伸应力施加装置1放置在U型电应力与界面压力施加装置2的U型电极支架2.1下方的4个高度调节装置2.9上；交联聚乙烯试片2.4和拉伸状态下的橡胶试片2.5界面涂抹硅脂2.6后紧贴，置于高压电极2.2和接地电极2.3之间，同时调节U型电极支架2.1上方的界面压力调节装置2.7和U型电极支架2.1下方的4个高度调节装置2.9，保证施加界面压力的同时，橡胶试片2.5始终与接地电极2.3保持水平紧贴状态；安装完成后，在高压电极2.2上施加电压，接地电极2.3与接地线连接，则既可在交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5的界面上施加电应力和界面压力，又可对橡胶试片2.5施加机械拉伸应力，较好地模拟电缆附件界面的多应力耦合情况。
图2中图2a、图2b和图2c为拉伸应力施加装置的结构示意图，由位于支架两端的第一固定环氧块1.1、第二固定环氧块1.2和四根环氧杆1.3组成固定支架，第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2中间开有孔径为φ20的通孔；第一夹具1.4和第二夹具1.5放置在固定支架中间，外侧壁设有孔径为φ20的螺纹盲孔；橡胶试片2.5一端通过夹具内侧的长方体小槽1.4.2进入圆柱空心管1.4.1并沿下侧壁卷曲，柱状压杆1.4.6从圆柱空心管1.4.1一端进入，将橡胶试片2.5压于下方，通过调节六角螺丝1.4.5深入螺纹通孔1.4.4的距离来对柱状压杆1.4.6施加压力，从而固定橡胶试片2.5；直径为φ20的第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7分别穿过第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2上的小孔，与第一夹具1.4和第二夹具1.5外侧壁的螺纹配合；第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7与两端第一固定环氧块1.1和第二固定环氧块1.2外侧之间设有第一六角螺帽1.8和第二六角螺帽1.9；第一夹具1.4和第二夹具1.5可在两端第一拉伸螺杆1.6和第二拉伸螺杆1.7的作用下运动，拉伸长度通过螺杆上的第一六角螺帽1.8和第二六角螺帽1.9进行调节，调节范围与固定支架的长度、试样材质和尺寸及拉伸螺杆长度的选择有关。
图3中图3a、图3b、图3c和图3d为U型电应力与界面压力施加装置的结构示意图，该装置采用U型结构，方便放置拉伸应力施加装置；U型电极支架2.1由环氧树脂制成；电极支架上板2.1.1设有界面压力调节装置2.7，界面压力调节装置2.7通过上施力杆2.7.2与高压电极2.2螺纹配合；电极支架下板2.1.2设有弹簧装置2.8，弹簧装置2.8通过下施力杆2.8.2与接地电极2.3螺纹配合；高压电极2.2和接地电极2.3由不锈钢制成，周围浇筑环氧，以防止发生电极沿面放电；交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5界面涂抹硅脂2.6后紧贴，放置在高压电极2.2和接地电极2.3之间；所述界面压力由U型电极支架2.1下方的弹簧装置2.8提供，由U型电极支架2.1上方的界面压力调节装置2.7调节，通过高压电极2.2和接地电极2.3施加，界面压力的范围与弹簧弹性系数的选择、界面压力调节装置2.7的调节范围以及平板电极的尺寸有关，若选用型号为TM25mm*12.5mm*35mm，弹性系数为109.8N/mm的弹簧，环氧浇筑后平板电极的直径为75mm，界面压力调节装置2.7的最大调节范围为10mm，则最多可以在界面上施加0.25MPa的界面压力；电极支架下板2.1.2设有4个高度调节装置2.9，可通过调节翼形螺母来保证固定在拉伸应力施加装置1上的橡胶试片2.5水平放置在接地电极2.3上。
实施例二
以XLPE电缆附件界面缺陷放电时多应力耦合模拟装置为例对本发明涉及的技术方案进行详细说明，该装置可同时施加放电应力、界面压力和拉伸应力。
本例中的XLPE电缆附件界面缺陷放电时多应力耦合模拟装置的结构与实施例一中的结构相似，采用了拉伸应力施加装置1和U型电应力与界面压力施加装置2，拉伸应力施加装置1和两装置的配合方式完全相同，而U型电应力与界面压力施加装置2稍有不同。不同之处体现在试样的处理，本例中，交联聚乙烯试片2.4下表面人为制造一个长方体凹陷，在交联聚乙烯试片2.4和拉伸状态下橡胶试片2.5的界面涂抹硅脂2.6，将两试片贴合，即人为在交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5界面制造了一个气隙缺陷2.10。
图4是模拟XLPE电缆附件界面存在缺陷时对应的电应力与界面压力施加装置结构示意图，U型电极支架2.1、高压电极2.2、接地电极2.3、界面压力调节装置2.7、弹簧装置2.8和高度调节装置2.9的结构与装配与图2完全相同，不同的是试片的处理，交联聚乙烯试片2.4下方人为制造一个长方体状的缺陷，在交联聚乙烯试片2.4与橡胶试片2.5的接触面上涂抹硅脂2.6，将二者放置在高压电极2.2和接地电极2.3之间，等同于在交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5的界面人为制造了一个气隙缺陷2.10，在外加电场作用下，交联聚乙烯试片2.4和橡胶试片2.5之间的气隙2.10上场强集中，当场强高于空气的击穿场强，气隙开始放电，在界面上施加放电应力。
下面结合具体操作步骤对本发明作更详细的说明。
利用本发明所涉及的试验装置对交联聚乙烯电缆附件界面正常运行和缺陷放电状态下的多应力耦合情况进行模拟，具体操作步骤如下：
步骤1：将橡胶试片2.5两端分别通过拉伸应力施加装置1上第一夹具1.4的长方体小槽1.4.2进入圆柱空心管1.4.1并沿下侧壁卷曲，柱状压杆1.4.6从圆柱空心管1.4.1一端进入，将橡胶试片2.5压于下方，通过调节六角螺丝1.4.5深入螺纹通孔1.4.4的距离来对柱状压杆1.4.6施加压力，从而固定橡胶试片2.5；旋转拉伸应力施加装置1两端的第一六角螺帽1.8和第二六角螺帽1.9调节橡胶试片2.5的拉伸长度；
步骤2：卸下U型电应力与界面压力施加装置2的高压电极2.2，将固定并拉伸好橡胶试片2.5的拉伸应力施加装置1放置在U型电应力与界面压力施加装置2的U型电极支架2.1下方的4个高度调节装置2.9上，在交联聚乙烯试片2.4(完好/带缺陷)和拉伸状态下的橡胶试片2.5的界面上涂抹硅脂2.6，将交联聚乙烯试片2.4(完好/带缺陷)紧贴在呈拉伸状态的橡胶试片2.5上方；
步骤3：重新装上高压电极2.2，使交联聚乙烯试片2.4(完好/带缺陷)和橡胶试片2.5位于高压电极2.2和接地电极2.3之间，调节U型电极支架2.1上方的界面压力调节装置2.7的上螺纹管帽2.7.4，即能够调节交联聚乙烯试片2.4(完好/带缺陷)和橡胶试片2.5界面上的压力，同时调节U型电极支架2.1下方的4个高度调节装置2.9，保证橡胶试片2.5始终与接地电极2.3保持水平，且下表面紧贴接地电极2.3表面；
步骤4：将高压电极2.2与高压源输出端连接，将接地电极2.3与接地线连接，施加电压；
步骤5：在设定试验条件下进行附件界面模拟试验。

Claims (8)

1.XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，其特征在于：包括拉伸应力施加装置(1)和U型电应力与界面压力施加装置(2)，
所述拉伸应力施加装置(1)包括固定支架，固定支架由位于两端的第一固定环氧块(1.1)和第二固定环氧块(1.2)以及四根固定在第一固定环氧块(1.1)和第二固定环氧块(1.2)之间并位于第一固定环氧块(1.1)和第二固定环氧块(1.2)四角的环氧杆(1.3)构成，第一固定环氧块(1.1)和第二固定环氧块(1.2)中间开有通孔，第一拉伸螺杆(1.6)和第二拉伸螺杆(1.7)分别穿过第一固定环氧块(1.1)和第二固定环氧块(1.2)的通孔；放置在固定支架中间的第一夹具(1.4)和第二夹具(1.5)，第一夹具(1.4)和第二夹具(1.5)的外侧壁设有螺纹盲孔；第一拉伸螺杆(1.6)和第二拉伸螺杆(1.7)的内端分别与第一夹具(1.4)和第二夹具(1.5)外侧壁的螺纹盲孔配合连接；分别设置在第一拉伸螺杆(1.6)和第二拉伸螺杆(1.7)上并分别位于第一固定环氧块(1.1)和第二固定环氧块(1.2)外侧的第一六角螺帽(1.8)和第二六角螺帽(1.9)；所述第一夹具(1.4)和第二夹具(1.5)用于固定橡胶试片(2.5)，并在两端第一拉伸螺杆(1.6)和第二拉伸螺杆(1.7)的作用下运动，拉伸长度通过第一拉伸螺杆(1.6)和第二拉伸螺杆(1.7)上的第一六角螺帽(1.8)和第二六角螺帽(1.9)进行调节；
所述U型电应力与界面压力施加装置(2)包括U型电极支架(2.1)；高压电极(2.2)和接地电极(2.3)，高压电极(2.2)和接地电极(2.3)由不锈钢制成，周围浇筑环氧树脂，以防止发生电极沿面放电；交联聚乙烯试片(2.4)和橡胶试片(2.5)的接触面涂抹硅脂(2.6)后紧贴，放置在高压电极(2.2)和接地电极(2.3)之间；界面压力由U型电极支架(2.1)下方的弹簧装置(2.8)提供，由U型电极支架(2.1)上方的界面压力调节装置(2.7)调节，通过高压电极(2.2)和接地电极(2.3)施加；电极支架下板(2.1.2)设有多个高度调节装置(2.9)，固定好橡胶试片(2.5)的拉伸应力施加装置(1)放置在高度调节装置(2.9)上，通过调节高度调节装置(2.9)上的翼形螺母来保证固定在拉伸应力施加装置(1)上的橡胶试片(2.5)水平紧贴在接地电极(2.3)上；
所述界面压力调节装置(2.7)由上空心管(2.7.1)、上施力杆(2.7.2)、圆形紧固螺帽(2.7.3)和上螺纹管帽(2.7.4)四部分组成，四个部分均为钢件；上空心管(2.7.1)下端部封闭、仅在中心留有上施力杆(2.7.2)小径通过的小孔，且下部外径大、上部外径小，上端部和中间分别带有两段外螺纹；上施力杆(2.7.2)两头直径小，中间直径大，中间部分尺寸与上空心管(2.7.1)内径配合，两端尺寸与上空心管(2.7.1)端部小孔和上螺纹管帽(2.7.4)顶部小孔配合，下端部带有螺纹盲孔，用于与高压电极(2.2)配合；圆形紧固螺帽(2.7.3)与上空心管(2.7.1)中间螺纹配合，起固定作用；上螺纹管帽(2.7.4)与上空心管(2.7.1)上方螺纹配合，中心留有上施力杆(2.7.2)小径可通过的小孔；装配时，先将上空心管(2.7.1)带有螺纹的一端由下往上穿过电极支架上板(2.1.1)上的通孔，使得下部外径增大部分刚好卡在电极支架上板(2.1.1)的下表面，将圆形紧固螺帽(2.7.3)与上空心管(2.7.1)中间螺纹旋紧，将上施力杆(2.7.2)下端穿过位于上空心管(2.7.1)下端部中心的小孔，再将上螺纹管帽(2.7.4)套在上空心管(2.7.1)上端，上施力杆(2.7.2)的上端穿过上螺纹管帽(2.7.4)中间的小孔，通过旋紧上螺纹管帽(2.7.4)即能够调节上施力杆(2.7.2)的行程，进而调节界面压力；
所述弹簧装置(2.8)由下空心管(2.8.1)、下施力杆(2.8.2)、弹簧(2.8.3)和下螺纹管帽(2.8.4)四部分组成；所述四部分均为钢件；其中，下空心管(2.8.1)下端部封闭、仅在中心留有下施力杆(2.8.2)可通过的小孔，中间一段外径增大，上端部带有螺纹；下施力杆(2.8.2)中间一段外径增大，用于卡住弹簧(2.8.3)，上端带有螺纹盲孔，用于与接地电极(2.3)配合；弹簧(2.8.3)套在下施力杆(2.8.2)上；下螺纹管帽(2.8.4)与下空心管(2.8.1)上端部螺纹配合；装配时，先将下空心管(2.8.1)带有螺纹的一端由下往上穿过电极支架下板(2.1.2)上的通孔，中间外径增大的部分刚好卡在电极支架下板(2.1.2)的下表面，将弹簧(2.8.3)套在下施力杆(2.8.2)下端，然后将下施力杆(2.8.2)下端穿过下空心管(2.8.1)下端部中心的小孔，使得弹簧(2.8.3)卡在下施力杆(2.8.2)外径增加处与下空心管(2.8.1)下端之间，再将下螺纹管帽(2.8.4)套在下空心管(2.8.1)上端，将下施力杆(2.8.2)的上端穿过下螺纹管帽(2.8.4)中间的小孔，旋紧下螺纹管帽(2.8.4)即可；
U型电应力与界面压力施加装置(2)在调节界面压力时，只需旋转界面压力调节装置(2.7)处的上螺纹管帽(2.7.4)，改变上施力杆(2.7.2)的行程，高压电极(2.2)在上施力杆(2.7.2)的作用下向下移动；接地电极(2.3)随之向下移动，弹簧装置(2.8)处的下施力杆(2.8.2)向下运动，进而压缩卡在下空心管(2.8.1)下端与下施力杆(2.8.2)外径增加处之间的弹簧(2.8.3)，弹簧在压缩作用下对下施力杆(2.8.2)施加回弹力，最终体现为在高压电极(2.2)和接地电极(2.3)之间施加的界面压力。
2.根据权利要求1所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，其特征在于：所述拉伸应力施加装置(1)的第一夹具(1.4)和第二夹具(1.5)结构对称，对于第一夹具(1.4)：第一夹具(1.4)中间打通圆柱空心管(1.4.1)，在圆柱空心管(1.4.1)的左侧壁开有长方体小槽(1.4.2)，长方体小槽(1.4.2)与圆柱空心管(1.4.1)相连通，圆柱空心管(1.4.1)的右侧壁开有螺纹盲孔(1.4.3)，正上方分别设有四个等间距的螺纹通孔(1.4.4)，螺纹通孔(1.4.4)与圆柱空心管(1.4.1)相连通，螺纹通孔(1.4.4)上装有六角螺丝(1.4.5)，六角螺丝(1.4.5)的长度大于螺纹通孔(1.4.4)的长度；柱状压杆(1.4.6)与圆柱空心管(1.4.1)配合，橡胶试片(2.5)一端通过长方体小槽(1.4.2)进入圆柱空心管(1.4.1)并沿下侧壁卷曲，柱状压杆(1.4.6)从圆柱空心管(1.4.1)一端进入，将橡胶试片(2.5)压于下方，通过调节六角螺丝(1.4.5)深入螺纹通孔(1.4.4)的距离来对柱状压杆(1.4.6)施加压力，从而固定橡胶试片(2.5)。
3.根据权利要求2所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，其特征在于：所述六角螺丝(1.4.5)由尼龙制成；柱状压杆(1.4.6)由环氧树脂制成，表面粗糙处理。
4.根据权利要求1所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，其特征在于：所述第一拉伸螺杆(1.6)和第二拉伸螺杆(1.7)由有机玻璃制成；所述第一六角螺帽(1.8)和第二六角螺帽(1.9)由尼龙制成。
5.根据权利要求1所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，其特征在于：所述高度调节装置(2.9)由螺纹杆(2.9.1)、上翼型螺母(2.9.2)、下翼型螺母(2.9.3)和带螺纹盲孔的环氧块(2.9.4)组成；螺纹杆(2.9.1)穿过电极支架下板(2.1.2)上的通孔，从两端分别旋入上翼型螺母(2.9.2)和下翼型螺母(2.9.3)，然后上端旋入带螺纹盲孔的环氧块(2.9.4)上的螺纹盲孔；上翼型螺母(2.9.2)用于调节高度，下翼型螺母(2.9.3)与之配合固定螺纹杆(2.9.1)。
6.根据权利要求5所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，其特征在于：所述螺纹杆(2.9.1)、上翼型螺母(2.9.2)和下翼型螺母(2.9.3)均由尼龙制成。
7.根据权利要求1所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置，其特征在于：所述拉伸应力施加装置(1)和U型电应力与界面压力施加装置(2)在配合使用时，首先将橡胶试片(2.5)通过拉伸应力施加装置(1)两侧的第一夹具(1.4)和第二夹具(1.5)固定在拉伸应力施加装置(1)上，并且通过拉伸应力施加装置(1)两侧的第一六角螺帽(1.8)和第二六角螺帽(1.9)调节拉伸长度；再将固定好橡胶试片(2.5)的拉伸应力施加装置(1)放置在U型电应力与界面压力施加装置(2)的U型电极支架(2.1)下方的多个高度调节装置(2.9)上；交联聚乙烯试片(2.4)和拉伸状态下的橡胶试片(2.5)界面涂抹硅脂(2.6)后紧贴，置于高压电极(2.2)和接地电极(2.3)之间，同时调节U型电极支架(2.1)上方的界面压力调节装置(2.7)和U型电极支架(2.1)下方的高度调节装置(2.9)，保证施加界面压力的同时，橡胶试片(2.5)始终与接地电极(2.3)保持水平紧贴状态；安装完成后，在高压电极(2.2上)施加电压，接地电极(2.3)与接地线连接，则既能够在交联聚乙烯试片(2.4)和橡胶试片(2.5)的界面上施加电应力和界面压力，又能够对橡胶试片(2.5)施加机械拉伸应力，较好地模拟电缆附件界面的多应力耦合情况。
8.权利要求1至7任一项所述的XLPE电缆附件界面多应力耦合模拟试验装置对XLPE电缆附件界面正常运行和缺陷放电状态下的多应力耦合情况的模拟试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：第一夹具(1.4)固定方式：将橡胶试片(2.5)两端分别通过拉伸应力施加装置(1)上第一夹具(1.4)的长方体小槽(1.4.2)进入圆柱空心管(1.4.1)并沿下侧壁卷曲，柱状压杆(1.4.6)从圆柱空心管(1.4.1)一端进入，将橡胶试片(2.5)压于下方，通过调节六角螺丝(1.4.5)深入螺纹通孔(1.4.4)的距离来对柱状压杆(1.4.6)施加压力，从而固定橡胶试片(2.5)；旋转拉伸应力施加装置(1)两端的第一六角螺帽(1.8)和第二六角螺帽(1.9)调节橡胶试片(2.5)的拉伸长度；第二夹具(1.5)与第一夹具(1.4)的固定方式相同；
步骤2：卸下U型电应力与界面压力施加装置(2)的高压电极(2.2)，将固定并拉伸好橡胶试片(2.5)的拉伸应力施加装置(1)放置在U型电应力与界面压力施加装置(2)的U型电极支架(2.1)下方的高度调节装置(2.9)上，在交联聚乙烯试片(2.4)和拉伸状态下的橡胶试片(2.5)的界面上涂抹硅脂(2.6)，将交联聚乙烯试片(2.4)贴紧在呈拉伸状态的橡胶试片(2.5)上方；
步骤3：重新装上高压电极(2.2)，使交联聚乙烯试片(2.4)和橡胶试片(2.5)位于高压电极(2.2)和接地电极(2.3)之间，调节U型电极支架(2.1)上方的界面压力调节装置(2.7)处的上螺纹管帽(2.7.4)，即能够调节交联聚乙烯试片(2.4)和橡胶试片(2.5)界面上的压力，同时调节U型电极支架(2.1)下方的高度调节装置(2.9)，保证橡胶试片(2.5)始终与接地电极(2.3)保持水平，且下表面紧贴接地电极(2.3)表面；
步骤4：将高压电极(2.2)与高压源输出端连接，将接地电极(2.3)与接地线连接，施加电压；
步骤5：在设定试验条件下进行附件界面模拟试验。
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