CN201904170U - 高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型说明了一种高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，该终端套设在直流电缆外，该终端包含：伞群护套，该伞群护套包含顶部和尾部，该顶部的顶端与直流电缆的终端对应设置；以及，设置在该伞群护套内侧的尾部的应力锥；直流电缆的终端与应力锥根部之间的距离为内爬距；该内爬距满足6L_i〉1.1L，式中，L为伞群护套的爬电距离。本实用新型结构简单，装置结构小；伞群护套的大伞和小伞的上表面设为倾角结构，使伞群护套的表面的污秽状况与自清扫性能达到最优，同时大伞和小伞采用交叉布置方式，可实现非均匀污染，而且伞群护套的内爬距设计中采用的参数使用高污染地区的参数，使伞群护套的设计完全满足高污秽地区的使用要求。

Description

高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端

技术领域

本实用新型涉及一种高压直流输电技术领域的配合高压直流交联聚乙烯电缆使用的终端，具体涉及一种高压等级的直流交联聚乙烯电缆预制型终端。

背景技术

目前，随着煤炭等一次能源的日渐枯竭，各国正在大力研究发展风能、太阳能、潮汐能等二次新能源的发电和输电技术。国内外研究得比较热门的是风能的利用。不同地区不同时段风能的时刻变化性导致生产的电能的频率也是时刻变化的，因此风能产出的电能不能直接并入电网。切实可行的办法是采用高压直流输电方式，即将风能产出的电能在送端整流成直流电，经过直流输电线路将电能送往受端，而在受端再将直流电逆变为工频交流，继而并入电网。众所周知，高压直流输电在远距离大功率输电、海底电缆送电、两个电网间的非同步互联等方面比高压交流输电具有更大的优势。然而，常规高压直流输电也存在着一些缺点，例如：受端必须有旋转电机，有换相失败的危险，难以应用到小功率的场合等。柔性高压直流输电（HVDC light）技术正是从根本上克服这些缺点而逐渐发展起来的输电技术。

由于大城市的工商业发达，人口稠密、用电密度高，因此环境保护的要求在城市附近建设大型电站是不允许的，同时在这些地区选择高压架空线路的走廊也很困难。因而向大城市送电的发展方向是选择地下电缆送电。而柔性高压直流输电电缆是一种挤压式、单极电缆，具有体积小、强度高、重量轻、传输容量大、绝缘水平优越、环保和敷设容易等优点，解决了传统电缆由于绝缘体中空间电荷积累导致的局部电场畸变而引起的绝缘老化甚至击穿，以及温度敏感引起的压力分配不均匀导致绝缘体外部过应力的问题。

电缆终端是连接电缆与其他电力设备（如变压器等）不可或缺的元件。与电缆本体不同的是，电缆终端中存在双层绝缘介质，而这个交界面的存在更容易积聚空间电荷。双层介质交界面上的空间电荷量主要由各层绝缘材料的介电常数比值与电导率比值间的差值决定，差值越大，则积聚的空间电荷就大，反之，两者比较接近时，积聚的空间电荷就小甚至消除。在不同温度不同电场强度下，材料的介电常数变化非常小，也就是说两种材料的介电常数比值是基本固定的，但是材料的电导率却随着温度和电场强度的变化而显著变化，有时达几个数量级的变化。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，结构简单，体积小，与电缆交界面上积累的空间电荷少，且满足高污秽地区的使用要求。

为实现上述目的，本实用新型提供一种高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，该终端套设在直流电缆外，其特征是，该终端包含：

伞群护套，该伞群护套包含顶部和尾部，该顶部的顶端与直流电缆的终端对应设置；以及，

设置在该伞群护套内侧的尾部的应力锥；

上述的直流电缆的终端与应力锥根部之间的距离为内爬距；该内爬距满足以下关系式：

6 L_i 〉1.1L                            1）

上述的1）式中，L为伞群护套的爬电距离。

上述的伞群护套上设有若干个间隔设置的大伞和小伞；该大伞和小伞与伞群护套尾部相对应的一面为下表面，与顶部对应的一面为上表面，该下表面采用平面结构，上表面设为倾角结构。

上述的大伞和小伞采用交叉布置方式。

上述的大伞和小伞的上表面的边缘处采用倒圆角结构。

上述的直流电缆上的伞群护套的大伞和小伞，其伞盘半径大于交流电缆上采用的伞盘的伞盘半径。

上述的伞群护套采用三元乙丙橡胶材料。

上述的应力锥采用全弧型结构，其形状符合三次贝塞尔曲线。

上述的爬电距离满足以下关系式：

L=λ_DCU_m                            2）

上述的2）式中，λ_DC为直流下伞群护套的爬电比距；U_m为直流电缆的电压等级；

上述的直流下伞群护套的爬电比距满足以下关系式：

                        3）

上述的3）式中，λ_AC为交流下瓷绝缘子的爬电比距；K_SR/P为伞群护套与瓷绝缘子爬电比距的比值；K_DC/AC为伞群护套的直交比。

本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端和现有技术相比，其优点在于，本实用新型是运用于直流电缆上的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其结构简单，装置结构小；

本实用新型的伞群护套的大伞和小伞的上表面设为倾角结构，使伞群护套的表面的污秽状况与自清扫性能达到最优，同时大伞和小伞采用交叉布置方式，可实现非均匀污染，而且伞群护套的内爬距设计中采用的参数使用高污染地区的参数，使伞群护套的设计完全满足高污秽地区的使用要求。

附图说明

图1为本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端的结构示意图；

图2为本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端的三元乙丙橡胶材料的电导率分布图；

图3为本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端的应力锥的贝赛尔曲线图；

图4为本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端的伞群护套与直流电缆主绝缘交界面轴向切向电场强度分布图；

图5为本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端的应力锥曲线上轴向电场强度分布图；

图6为本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端的应力锥曲线上电场强度模值分布图。

具体实施方式

以下结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型公开了一种高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，该终端套设在电压等级为±30kV，电缆线芯截面积为300mm²，主绝缘厚度为4mm的直流电缆3的终端外，用于在直流电缆3终端和其他电力设备之间建立连接。

如图1所示，高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端包含：伞群护套1以及设置在伞群护套1内的应力锥2。

伞群护套1采用三元乙丙橡胶材料，该材料的电导率如图2所示，图中标示了80℃、50℃、30℃三种不同温度下三元乙丙橡胶材料的电导率，其中80℃时，电导率最大，而30℃时其电导率较小。在伞群护套1内部设有用于安置直流电缆3的筒状内腔。伞群护套1包含顶部和尾部，伞群护套1的顶部与直流电缆3的终端相对应设置，同时，伞群护套1顶部的顶端津贴直流电缆3终端的顶端设置。在伞群护套1上设有若干个间隔设置的大伞11和小伞12，该大伞11和小伞12采用交叉布置方式，以实现非均匀污染，提高闪络电压。同时，该相邻的大伞11和小伞12之间的间隔距离相等，大伞11和小伞12之间的长度差设定为25mm。该大伞11和小伞12与伞群护套1的尾部方向相对应的一面为其下表面，与伞群护套1的顶部方向相对应的一面为其上表面。该大伞11和小伞12的上表面以一定倾角设置，为使伞群表面的污秽状况与自清扫性能达到最优，该倾角控制在10°到18°之间。同时，为尽可能增大伞群直径，减少耗材以及减少伞群边缘效应引起的不明闪络，该上表面的倾角需尽量取小，所以在本实用新型中大伞11和小伞12上表面的倾角采用10°。大伞11和小伞12的下表面采用平面结构，便于空气流通交换，避免大伞11和小伞12的下表面堆积污秽空气，也便于有憎水迁移性表面的雾珠和水滴垂直下落，防止水珠流动降低下表面闪络电压。大伞11和小伞12边缘不采用滴水沿，在上表面边缘处采取倒圆角措施，减少大伞11和小伞12边缘场强畸变，有效防止滴水沿处由于水带存在而显著降低边缘间隙闪络电压。

直流电压没有交流电压的周期性极性转换，大伞11和小伞12的表面长期存在离子定向迁移，其绝缘表面的局部电弧往往持续时间比较长，电弧容易桥接，所以直流电缆3的伞群护套1的伞径要设计得比交流的大。具体伞径的大小需要根据电缆的结构尺寸来确定。在本实施例中根据直流电缆3的尺寸，设定大伞11的伞径为190mm，小伞12的伞径为140mm。

直流电缆3需采用的伞盘半径大，为防止闪络电压直接沿伞群护套1的边缘垂直贯穿，伞间距要选得大些，一般认为伞宽和伞间距满足1：2的关系是较合理的，本实施例中，伞间距采用130mm。

直流电压下，伞群护套1的污闪电压不存在极性效应，两种极性的污闪电压基本一致，且伞群护套1的直交比变化也比较小，在1.0左右。直流下伞群护套1的爬电比距λ_DC满足以下关系式：

                       3）

上述的3）式中，λ_DC为直流下伞群护套1的爬电比距；λ_AC为交流下瓷绝缘子的爬电比距，该值可根据交流线路中瓷绝缘子的运行经验得到选取，在本实施方式中，考虑污秽比较严重时的情况，选择λ_AC=31mm/kV；K_SR/P为伞群护套1与瓷绝缘子爬电比距的比值，由于我国污秽比较严重，根据93年电力部门推出的方案，选择为0.75；K_DC/AC为伞群护套1的直交比，选为1.0。根据式3）可以计算得到直流的伞群护套1的爬电比距λ_DC为40mm/kV。

伞群护套1的爬电距离L满足以下关系式：

                         2）

上述的2）式中，λ_DC为根据式1）计算得到的爬电比距；U_m为直流电缆的电压等级；L即为爬电距离。由上述得出的爬电比距λ_DC=40mm/kV，可得出爬电距离L为1200mm。

两大伞间的爬电距离可按式4）进行计算：

                      4）

上述的4）式中，P₁为大伞11的伞宽，其值等于大伞11伞径与伞群护套1外径之差的一半；P₂为小伞12的伞宽，其值为小伞12伞径与伞群护套1外径之差的一半；S为两个大伞11间的间距，其值为大小伞间距的两倍。结合式2）计算得到的爬电距离L除以式4）中的L_p可大致知道大小伞的个数。在此大小伞个数下，如果重新计算得到的爬电距离L大于式2）的值，则以此大小伞个数作为最终伞群个数；如果重新计算得到的爬电距离小于式2）的值，则在此大小伞个数的基础上适当增加，直至满足要求。本实施例中，按上述4）式得出，采用3个大伞11和4个小伞12。

伞群护套1筒形内腔的内径还设有过盈量b，伞群护套1具有足够的过盈量b才能保证伞群护套1与直流电缆3的主绝缘的界面具有足够的压力，一般情况下，过盈量b选为单边2-5mm。由于伞群护套1是可以修改的，过盈量b开始可选得小点，这样可避免伞群护套1发生撕裂，可以先定过盈量先为单边2mm，之后根据试验情况进行修改，确保界面压强达到0.4MPa以上。

伞群护套1的厚度的确定依据主要有两个：①保证伞群护套1径向不会发生绝缘击穿；②伞群护套1与直流电缆3的主绝缘的界面压强足够大，至少在0.4MPa以上。伞群护套1与直流电缆3的主绝缘交界面上，界面压强P_interface具有以下关系式：

                  5）

上述的式5）中，k为三元乙丙橡胶的弹性模量；r_XLPE为直流电缆3主绝缘的外半径；r₁，r₂分别为伞群护套1的内、外半径；r为伞群护套1某一位置半径；

，其中，b为过盈量。根据上式，在本实施例中可得出伞群护套1的厚度采用15mm。

应力锥2设置在伞群护套1内径的尾部，该应力锥2以一定角度倾斜朝向应力锥2的顶部。应力锥2采用全弧型结构，其形状符合三次贝塞尔曲线。

如图3所示，在平面或三维空间中，可由四点确定贝赛尔曲线。曲线起始于P0，走向P1，并从P2的方向来到P3，一般不会经过P1或P2（这两点只是提供方向资讯）；P0和P1之间的间距决定了曲线在转而趋近P3之前，走向P2方向的长度有多长。在伞群护套1的模型中，P0对应于应力锥2根部位置，P1在弧线上，P2对应于应力锥2头部，P3与P0重合，只要调整P1点的位置即可知道所确定的弧形曲线的坐标分布。将三次贝塞尔曲线表示为参数形式如式6）所示：

       6）

上述的式6）中，B(t)为曲线形状，t为参数。在本实施例中应力锥3长度为68mm。

如图1所示，本实用新型中的内爬距L_i为直流电缆3的终端处到应力锥2根部的距离，内爬距L_i的确定主要有两个方面的依据条件：①在直流电压下不会由于内爬距L_i太短而发生击穿；②外绝缘对内绝缘起保护作用。根据条件①可计算得到一个内爬距L_i的基本要求，即内爬距L_i至少要大于直流电压除以界面的允许切向电场强度（0.6kV/mm）的值。在污染比较严重的情况下，伞群护套1的污闪梯度大致在1kV/mm。为达到上述保护要求，内爬距L_i具有以下关系式：

6 L_i 〉1.1L                            1）

上述的式1）中，L_i 即为内爬距；L为爬电距离。再根据伞群护套1和内爬距L_i的结构配合，则可定出满足条件的内爬距值。本实施例中，内爬距L_i根据式1）计算得到为220mm，但考虑伞群护套1和内爬距L_i的结构配合，最后内爬距定为420mm。

伞群护套1整体成型后，伞群护套1与直流电缆3主绝缘交界面轴向切向电场强度分布图如图4所示；应力锥2曲线上轴向电场强度分布图如图5所示；应力锥2曲线上电场强度模值分布图如图6所示。如图4、图5和图6中显示，其电场分布满足以下条件：

1、应力锥2与直流电缆3主绝缘交界面切向电场强度不超过0.6kV/mm，且比较均匀。2、应力锥2曲线上轴向电场强度值不超过0.6kV/mm，且比较均匀。3、应力锥2曲线根部的电场强度模值最大，从根部到端部呈递减趋势，且应力锥2根部的电场强度模值不超过3kV/mm。

满足以上条件，说明本实用新型高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端的绝缘层处的电场分布情况达到最优的特点。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，该终端套设在直流电缆（3）外，其特征在于，该终端包含：

伞群护套（1），该伞群护套（1）包含顶部和尾部，该顶部的顶端与所述的直流电缆（3）的终端对应设置；以及，

设置在所述的伞群护套（1）内侧的尾部的应力锥（2）；

所述的直流电缆（3）的终端与所述的应力锥（2）根部之间的距离为内爬距（L_i）；所述的内爬距（L_i）满足以下关系式：

                  6 L_i 〉1.1L                            1）

上述的1）式中，L为所述的伞群护套（1）的爬电距离。

2.如权利要求1所述的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其特征在于，所述的伞群护套（1）上设有若干个间隔设置的大伞（11）和小伞（12）；所述的大伞（11）和小伞（12）与伞群护套（1）尾部相对应的一面为下表面，与顶部对应的一面为上表面，该下表面采用平面结构，上表面设为倾角结构。

3.如权利要求2所述的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其特征在于，所述的大伞（11）和小伞（12）采用交叉布置方式。

4.如权利要求2所述的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其特征在于，所述的大伞（11）和小伞（12）的上表面的边缘处采用倒圆角结构。

5.如权利要求2所述的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其特征在于，所述的直流电缆（3）上的伞群护套（1）的大伞（11）和小伞（12），其伞盘半径大于交流电缆上采用的伞盘的伞盘半径。

6.如权利要求1所述的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其特征在于，所述的伞群护套（1）采用三元乙丙橡胶材料。

7.如权利要求1所述的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其特征在于，所述的应力锥（2）采用全弧型结构，其形状符合三次贝塞尔曲线。

8.如权利要求1所述的高压直流交联聚乙烯电缆预制型终端，其特征在于，所述的爬电距离（L）满足以下关系式：

                      L=λ_DCU_m                          2）

上述的2）式中，λ_DC为直流下伞群护套（1）的爬电比距；U_m为直流电缆（3）的电压等级；

所述的直流下伞群护套（1）的爬电比距（λ_DC）满足以下关系式：

                                                                

                       3）

上述的3）式中，λ_AC为交流下瓷绝缘子的爬电比距；K_SR/P为伞群护套（1）与瓷绝缘子爬电比距的比值；K_DC/AC为伞群护套（1）的直交比。

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