高温对交联聚乙烯电缆/硅橡胶预制件接头界面压力影响的仿真研究

高压电缆接头与电缆主绝缘间的握紧力是确保输电线路安全运行的关键。实际电缆及附件运行中的温升可能导致界面压力变化,但由于接头与电缆过盈配合,面压测量困难,难以实时检测面压和判断老化情况。针对电缆附件用硅橡胶绝缘,通过实际测量电缆绝缘交联聚乙烯及附件硅橡胶料在不同温度下的弹性模量值,基于塑性力学理论,利用ANSYS软件建立10 kV电缆接头三维仿真模型,分析了温度变化对电缆接头界面压力的影响。     

基于有限元分析预制电缆接头界面压力测量方法的研究

预制式电缆接头在电缆线路中应用广泛,电缆与预制接头间界面压力的大小及其分布的均匀性是衡量电缆连接质量的重要因素。实测表明,预制电缆接头安装前后轴向长度会有较大变化,安装后外半径沿轴向变化,而这种变化无法通过理论、有限元的过盈配合分析去体现,且现场测试操作困难。提出了一种以安装实测数据为基础,通过有限元模拟实际装配过程得到界面压力及其分布情况的方法。并以实际预制接头为例,对有限元计算和试验所得界面压力进行对比分析,验证了该方法的合理有效性。研究工作对预制接头的设计及安装具有指导与参考意义。     

电缆弯曲对中间接头界面压力的影响规律研究

由于电缆敷设条件限制,电缆中间接头可能发生一定曲率弯曲使其界面压力偏离预设值。针对上述问题,本研究基于力学理论建立了电缆中间接头发生不同程度弯曲后的过盈变化量数学模型。基于单轴拉伸试验结果和计算得到的Yeoh橡胶本构模型的模型参数,建立了一款110 kV硅橡胶冷缩型直通中间接头的有限元分析模型。结合数学模型和有限元分析结果对该接头过盈安装于不同尺寸电缆并发生不同程度弯曲前后的界面压力分布情况进行分析和验证。结果表明:当过盈安装的电缆中间接头随着电缆发生一定曲率的弯曲后,中间接头上表面中间区域的界面压力变大,两端的界面压力减小,而中间接头下表面中间区域的界面压力变小,两端的界面压力变大;应力锥根部至高压屏蔽管端部范围内的局部界面压力过大或者过小,易造成电缆中间接头局部力学性能劣化或者界面压力不足;应力锥工作区域内的局部界面压力不足和应力锥结构发生机械变形时,无法保证该区域界面电气强度和发挥其匀化电场的作用。     

电缆中间接头在桥梁上的结构疲劳特性分析

以舟岱大桥沿桥敷设220 kV高压电缆预制式中间接头为研究对象,建立了实体电缆振动-热老化平台,采用振动台对220 kV电缆中间接头进行加速振动老化试验,并采用振动加速度传感器和界面压力传感器监测振动加速度及界面压力的变化情况,分析了随桥敷设电缆中间接头在机械振动作用下的结构层疲劳特性,发现当电缆接头受外施振动作用影响时,外界环境的振动传递至电缆与中间接头支架,电缆振动频率为外施振动频率,振幅远超电缆负荷引起的振幅。对电缆接头开展720 h的加速振动老化试验,发现机械振动对接头界面结构层应力影响较小;在电缆载流条件下机械振动引起的电缆接头界面疲劳寿命大于电缆设计使用寿命;振幅较大时应采取增加防振垫等措施来降低振幅,避免局部受力而对电缆中间接头产生破坏。     

500 kV直流电缆接头增强绝缘设计关键参数及其控制研究

500 kV直流电缆接头设计的核心内容是增强绝缘的材料性能和几何结构.本文计算和仿真了直流电缆接头内电缆主绝缘与增强绝缘双层介质的电场分布特征,分析了直流电缆接头由界面放电引起的击穿故障的发展机理,测试了直流电缆接头中的交联聚乙烯(XLPE)与硅橡胶(SR)介质界面的击穿特性.结果表明:增强绝缘与电缆接头主绝缘的电导率和界面切向电场强度是增强绝缘设计的关键参数;增强绝缘材料的电导率在温度和电场容许范围内应始终小于XLPE;主绝缘与增强绝缘界面的切向电场强度是影响直流电缆接头运行可靠性的关键控制参数,在最不利的条件下其阈值为2.5 kV/mm.研究结果为解决直流电缆接头尤其是增强绝缘的设计问题提供了新方法.     

电缆绝缘层老化对接头界面压力的影响研究

为研究老化电缆绝缘层弹性模量变化对界面压力的影响,本文实测三根不同运行年限电缆绝缘的击穿场强与介质损耗角正切表征其电性能,以及在不同温度下的弹性模量表征力学性能。基于超弹性材料本构理论,计算电缆接头与本体装配后的界面压力,并建立电缆接头的二维轴向仿真模型,计算轴向上的界面压力。仿真与理论计算结果的对比表明,运用二维轴向仿真模型计算电缆接头与本体之间的界面压力的误差不超过3.2%,仿真模型计算的准确度可为研究接头轴向上的界面压力分布提供可靠的数据,虽然不同运行年限电缆绝缘层电性能不同,且弹性模量最大差异为29%,但界面压力仅变化0.275%。因此,全新接头与已运行一定年限的电缆装配后,仍能保证足够的界面压力。     

配电网电缆接头SiR-XLPE绝缘界面热应力与击穿电压关系的实验与分析

通过构建电磁-热-应力多场耦合的电缆接头模型，建立配电网电缆不同稳态负荷电流条件下界面温度与绝缘界面压力的联系，随后通过电缆接头绝缘界面电压击穿实验探究界面压力对绝缘界面起始击穿电压的影响。结果表明：电缆接头绝缘界面压力与线路负荷状态存在强耦合关系，当电缆线芯达到90℃稳态运行时，绝缘界面处的界面压力为初始值的两倍以上；绝缘界面起始击穿电压随着界面压力的增大而增大。在实际线路运维过程中，可以适当提高电缆负荷，促使绝缘界面热应力增大，以提高绝缘界面起始击穿电压。     

电缆硅橡胶附件温度和热老化对接头界面压力的影响

电缆中间接头处硅橡胶充足的界面压力是保证电缆接头正常运行的基本条件,而实际电缆及附件运行中的高温和老化会影响界面压力的大小。通过实验测量10 kV冷缩接头两种不同硅橡胶在不同温度和热老化时长下的单轴拉伸力,根据实测数据拟合Yeoh橡胶本构模型,并将材料模型嵌入结构二维轴对称有限元仿真模型,研究过盈量、温度及热老化时长与界面压力的关系。结果表明：界面压力随过盈量增加而线性增加,在相同过盈量下,与常温相比,50、75、100℃下绝缘硅橡胶根部的界面压力增加了9.1%、12.3%、6.4%,半导电硅橡胶根部的界面压力增加了9.2%、16.3%、5.6%,电缆接头在75℃时的界面压力最大。通过建立的基于Arrhenius原理的老化寿命预测模型,预测附件在工作温度为90℃、界面压力大于初始界面压力55%时的使用寿命为28.9年。     

硅脂环境下电缆中间接头界面压力演变规律研究

在安装电缆附件时,通常会在电缆附件硅橡胶(SR)绝缘和电缆本体交联聚乙烯(XLPE)绝缘的界面处涂覆硅脂,硅橡胶吸收硅脂后会对界面压力产生影响.采用实验和仿真相结合的方法对电缆接头SR和XLPE之间的界面压力进行研究,通过实验测得硅橡胶吸收硅脂后弹性模量的变化,并将其分配到三维模型中进行仿真.结果表明:硅脂环境下,硅橡胶扩张程度越大,质量变化率越大,弹性模量越小.电缆接头SR和XLPE之间的界面压力随吸收硅脂时间的增加而减小;电缆接头扩张程度越大,界面压力越大,界面压力的降低速度越快;界面压力随摩擦系数的增加而略微减小.     

10kV XLPE电缆冷缩中间接头界面压力计算分析

近年来,冷缩中间接头广泛用于10 kV交联聚乙烯电缆线路中。界面压力是冷缩中间接头的重要性能参数,然而国际、国内标准缺少对界面压力测量方法的指导以及对界面压力数值范围的限定,一定程度上影响了冷缩中间接头的质量控制与性能检测。因此建立了界面结构的理论计算模型,推导了界面压力的理论计算公式,并以不同厂家不同尺寸的冷缩管为试品,使用预埋传感器的方式直接测得了实际的界面压力。试验结果表明:界面压力在接头安装后呈增大趋势并在数小时后趋于稳定值,试验数据与理论计算值的相对误差较小,验证了理论计算模型的合理性以及理论计算公式的有效性。研究结果能够为配网电缆中间接头的入网质量检测提供参考,从而提高配网电缆线路的可靠性。     

±320kV直流电缆交联聚乙烯/三元乙丙橡胶附件击穿特性

高压直流电缆接头与终端为电缆系统故障的多发点,其击穿强度为直流输电系统安全稳定运行的重要基础。文中以±320 kV高压直流海底电缆中交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)/三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)附件为研究对象。首先,研究电缆及附件负荷循环耐压试验,发现附件界面为击穿薄弱环节;其次,研究绝缘材料电导率随温度变化特性对电场分布的影响规律,通过有限元仿真模拟电缆空载和满载运行时附件的温度分布与电场分布,发现最大电场出现在电缆绝缘靠近附件应力锥一侧,为29.5 kV/mm,低于附件材料的击穿场强;最后,研究界面在直流电场下空间电荷特性对电场分布规律的影响,通过电声脉冲法测试复合叠层片状样品介质界面的空间电荷及其电场分布,发现场强畸变率约为100%~200%。同材料本征绝缘匹配相比,界面空间电荷积聚对附件内部电场造成的畸变程度更严重,在后续附件提升中应更注重开发抑制空间电荷的绝缘材料。     

关于110kV交联电缆(XLPE)竣工试验的探讨

目前国内基于试验设备的情况和试验条件的限制,对于110kV交联电缆的耐压试验多数还是采用直流192kV、15分钟作为标准,IEC60840则对于交联电缆的耐压试验推荐采用交流系统最高运行电压、5分钟作为试验标准。110kV三蕉线前后两次分别采用了直流、交流作了试验,根据两次试验的结果,结合国内外形势发展趋势,有必要制订本行业关于110kV交联电缆(XLPE)竣工试验的标准。     

直流XLPE电缆用预制接头最大场强解析算法

由于电缆接头结构复杂并含有多个复合界面,对其进行直流电场分析通常需要借助数值仿真软件、采用电-热耦合方法进行迭代计算,耗时费力。为了满足工程中仅对中低压直流XLPE电缆用中间接头最大场强进行校核的需求,利用传热学与电磁学相关理论,建立接头热场分布的简化分析模型,推导出计算应力锥根部场强的解析式,仅需输入少量必要参数,即可确定接头中的最大场强。通过以10 kV和35 kV XLPE电缆用硅橡胶和乙丙橡胶接头为例,分别在不同直流电压及接头内外温差下进行解析计算,并与相应的有限元仿真结果对比,验证所提方法的计算精度及适用性,为工程人员进行中低压直流预制接头的设计及校核提供强有力工具。     

直流XLPE电缆用预制接头最大场强解析算法

由于电缆接头结构复杂并含有多个复合界面,对其进行直流电场分析通常需要借助数值仿真软件、采用电-热耦合方法进行迭代计算,耗时费力。为了满足工程中仅对中低压直流XLPE电缆用中间接头最大场强进行校核的需求,利用传热学与电磁学相关理论,建立接头热场分布的简化分析模型,推导出计算应力锥根部场强的解析式,仅需输入少量必要参数,即可确定接头中的最大场强。通过以10 kV和35 kV XLPE电缆用硅橡胶和乙丙橡胶接头为例,分别在不同直流电压及接头内外温差下进行解析计算,并与相应的有限元仿真结果对比,验证所提方法的计算精度及适用性,为工程人员进行中低压直流预制接头的设计及校核提供强有力工具。     

导电硅橡胶弹性体的性能与影响因素

介绍了在一定用途的绝缘聚合物上加适量导电填料(导电炭黑)生产导电塑料与导电硅橡胶弹体等导电聚合材料的方法。聚合材料的导电率随填料量的增加先缓慢上升,当填料量达到渗透极限后则以指数曲线快速上升。这种材料的机、电性能取决于原料和加工方法,与温度、拉伸、压力、电场状况等多种因素相关。此材料产品可应用于高电压及电子技术、医疗技术等领域。     

划痕类微孔对交联聚乙烯—硅橡胶界面电痕破坏的影响

交联聚乙烯电力电缆安装过程中可能会产生刀具划痕类微孔和微导电屑等缺陷。在分析界面电痕破坏过程中的放电光和炭化分布的基础上,研究了划痕类微孔对交联聚乙烯—硅橡胶界面电痕破坏的影响。试验中使用1片聚乙烯和1片硅橡胶样品模拟交联电缆接头的界面并在界面两端设置电极。界面划痕分为分布在两电极之间、连接高压电极、贯穿两电极3种情况。高压实验电源施加于两电极上直至界面电痕破坏。使用摄像机录制了界面从放电至电痕破坏整个过程的放电光和炭化通道分布。随后,对放电光和炭化通道的宽度分布的分析结果表明,划痕增强了电荷的输运,易导致界面放电和电痕破坏。界面存在微导电屑时的界面放电光和炭化分布特征证明了这个结论。     

高压及超高压XLPE电缆户外终端设计

电缆户外终端是高压及超高压XLPE电缆投入电网运行时必不可少的附件,其质量的好坏直接影响到电网线路的运行.对影响户外终端的界面压力、电场强度分布和机械力等3个方面进行理论阐述.     

XLPE电缆外半导电层电特性的试验研究

以XLPE电缆为绕组的新型变压器和电机所用交联聚乙烯电缆没有金属回流层,其外部只有一层半导电层,为了解其电特性,测量了长351和103cm的两段XLPE电缆从0(直流)至2MHz交流下的电阻率、阻抗、电容,结果表明:外半导电层电阻率约0.095Ωm,单位长电容40pF/m,在试验频率(<20MHz)范围内变化不大。     

交联聚乙烯电缆空间电荷与理化性能的关系

针对高压交联XLPE电缆,通过对未老化、加速老化1年和实际运行30年的电缆绝缘的空间电荷特性、力学性能及理化性能进行研究,分析了老化过程中电缆绝缘空间电荷分布与理化性能之间的关系。结果表明:沿电缆径向由内向外,未老化电缆电荷积累量增加,加速老化1年的电缆电荷积累量呈下降趋势,实际运行30年的电缆电荷积累量上升。结合力学性能及理化分析认为,加速老化电缆绝缘老化起始于绝缘内侧,并且影响到绝缘中间部位;而实际运行30年的电缆绝缘老化起始于绝缘外侧。