63kV高压电缆接头的电场强度与设计

● l、 j993年第 6期 63kV高压电缆接头的电场强度与设计 动 力厂 2戗 。f j 电缆本身及端部的电场强度 高压电缆已被广泛地应用于交流输电 中，对于较长的电缆线路要通过接头将各 段电缆连接起来，接 头和端头均在电缆的 端部制作，而电缆端部的电场分布要比电 缆绝缘层内的分布要复杂的多。 在高压电缆中，电场沿轴向是均匀分 布的，并具有很大的轴向分量，因此轴向 分量的存在，将使电缆接头和终端的电气 强度有很大的降低。而径向电场随半径变 化，半径X处的电场强度为： Ex V Xln V一一 导体对地 电压， X——绝缘中任意一点的半径， rL——绝缘外半径； rc——导体外半径。 电场强度是电缆几何尺寸的函数，由 此可以看出绝缘厚度一定要确保维持电场 强度在各种电压下，都在允许范围之内但 在电缆端部，由于要剥除屏蔽和 金 属 护 套，势必造成屏蔽端部的电场发生畸变 ，不 均匀的杂散电场同时存在轴向和径向的分 布，端部的电场分布比电缆绝缘层内的分 布要复杂的多，电场集中在靠近屏蔽端部 边缘具有很大的轴向分量，一般绝缘材料 轴向击穿场强比径向击穿场强低很多，约 差十分之一。 根据传统的模拟等值线路，当边界条 件为X=0时，Vx=0=Oj X=L时(L为 电缆终端剥去金属护套的长度)。 推算沿轴向备点的电场强度用下式表 示 ： Ex：一v ； Y v t 一 、jl 式中：E ——绝缘中任 一点的场强， X——计算点与屏 蔽 边 缘 距 离； r——波导 系数； Yv——体积导纳， Y。——表面导纳。 从式中可以看出： ． 最大电场发生在屏蔽边缘 (在靠近金 属护套边缘)X=D处， 当L相当大时，改变L对E ：o值几乎 没有影响，flpL增长到一定长度后，再剥 去电缆的金属护套亦不能降低护套边缘处 的电场强度； ． 增加等效半径、介电系数和增大表匾 电容可以略降低Ex=o值。 电缆终端处的电场分布比较复杂J而． 接头和终端头中的绝缘一般是手工包绕， 这样就不可避免地会使绝缘受到一些污染 和潮气的侵入。此外用手工包绕的绝缘不 能象电缆本体绝缘那样紧，因此接头和终 、 ／ 维普资讯 http://www.cqvip.com · 32 · 本钢技术 1993年第 6期 头绝缘的径向电场强度约为电缆绝缘的 一 半。为保证接头和终端头与电缆有相同 的电气强度，必须采取措施，使电场沿轴 向呈均匀分布。 ． 用传统的绕包应力锥改善电场分布是 行之有效的．屏蔽末端加厚绝缘，增大了 半径，接地屏蔽向外延伸，降低了屏蔽端 部场强，一般按下式计算： 专 n[ In X] 式中：Y一 一附加绝缘半径， r l——电缆绝缘半径I r——导体半径。 从式中可看出： 在一定电压下，应力锥越长，轴向应 力越小。 应力锥长度固定后，附加绝缘加厚会 使轴向应力增加，所 以绕包时坡度不能太 陡， 当轴向允许立力Ex固定时，附加绝缘 半径随着应力锥长度加长而增大，而且增 长的斜率越来越大，所以绕包时，应力锥 的坡度应先小后大。 2接头的设计与计算 接头的设计主要是内绝缘设计。接头 内绝缘设计主要确定增绕绝缘的厚度、应 力锥和反应力锥的形状和长度以及内绝缘 距离。 2．J 警通直线接头和绝缘接头 的内 绝缘设计 ：．J．1 增绕绝缘厚度 增绕绝缘厚度由线芯连接管的最大场 强决定，线芯连接管的最大场强为： Ei： 1 1n』 r 1 式中：V一～接头的承受电压kV， Ei一一连接管表面的允 许 场 强。一般 取电缆本体最 大 场 强 的 45— 55％，kV／mm， r l一 连接管的半径mm， rn一一 增绕绝缘的半 径mm 。 接头的承受电压也就是接头的设计电 压，与终端头的电压相等 ，其值为1．J倍 的工频干闪试验电压、 由上式得： V r，乜 1 rn = r 1 e ‘ 于是接头的增绕绝缘厚度为： V ． △ n rn—ri l e r l El 式中： ri——电缆绝缘半径mm。 2．1．2 应力锥的计算 应力锥面的形状和长度，是按沿其表 面的轴向场强等于 (或小于)其允许最大 轴向场强来设计的。 在应力锥面上任意一点下的轴向场强 Et与该点径向场强E应有下列关系： Et Etg0【=E} 如令为一常数，即沿应力锥面轴向场 强为一常数，来确定应力锥面的形状，则 应力锥面的方程为： x：告 n 设应力锥面沿电缆轴向的长度为Lk， 当y=rn时，X=Lk，即 Lk=告 n 嚣一 如电缆绝缘不分阶，并且增绕绝缘的 ● ● ● 维普资讯 http://www.cqvip.com ● ● ● J993年第6期 本钢技术 33 · 介电系数等于电缆绝缘的介电 系 数 (即 el=e2=$11)则 B：一 ～，上两 式 可 I C 简化为： x=缶 ln Lk= V l n 从上武可以看出，Et值取的愈 小 ， 力锥曲面愈平，长度愈大，即接头的长度 愈大，Et一般取电缆径 向场强的 1／10， 若V为设计电压，取Et=】,~,2kV／mm， 若V为工作电压取Et=0．2"-'0．4kV／min， 用 自粘性带绕包的塑料电缆接头 ，若V为 设计电压时，取Et=0．3．--．1 kV／mm。 为了制造及施工安装方便，一般用一 根直线或几根直线所组成的锥面来代替， 则沿此直线锥面各点的轴向场强将不为一 常数，而是随着Y值的增加 而 减小，当 ．= ：= 时，应力锥长度Lk：为： (Yh l—ri)V Lk2 E— tM — ri ln ri rc (rn—Y11I，V + MYh．1n 2．．j．3．反应力锥的计算 ’ 填充绝缘与电缆的工厂绝缘的交接面 称反应力锥，这个锥面亦是接头的薄弱环 节。设计施工不完善的接头往往容易沿此 而发生移滑击穿。反应力锥的形状亦是根 据沿此锥面轴向场强为一常数而确定的， 反应力锥的长度和应力锥长度一样，是决 定接头长度的主要因素之一。 经数学推算，反应力锥沿电缆 长 度 方向的长度Lc为： 1 r In Lc 奇 ，一‘ 』n —— rC 为了安装施工方便，一般反应力锥亦 采用直线锥面而不采用曲线锥面。如果用 两根直线代替反应力锥曲线，则由两根直 线组成的反应力锥沿电缆长度方 向总 长 Lcl为l LC2= V [ r e 警 ] Et ln Ⅱ_L √Ylh ，J re ． ， ， 、 ． 2．2 63kV高压交联电缆接头的主 要 尺寸设计 ‘ 63kV交联电缆的主要 结构 尺 寸 如 下 ： ， 线芯截面Ac=’240 mm。；线芯半径 rc=9．2ramI线芯屏 蔽 半 径 rt：e． JO．2 mm；绝缘层半径ri=26．2min—i绝 缘 ’层 屏蔽半径r i=26．31raIn ． 2．2．J 确定增绕绝缘厚度△n 取在导线接头焊接处表面的径向场强 为电缆本体最大场强的一半，即： ：0．5× ： rcln L rC ln旦 ：r e In r ! i ： r1 0．5r 1 9 ． 21n269． ． 2 2 0．5 x15 皇1 ． 9 如rl为焊接头，则取rl=ISmm ’ rn=rl el·279=15 x el·279=53．89 取55ram 则△n=rn—ri=55—26．2=23．8 取24ram 2。2。2 确定应力锥长度LKl和LK 设 计 电 压 取 j 9 0 k V ’取 Et= O o9kV／mm 于是t 圭 ●l 一 ●l tI 一 ．1 一●l — n 维普资讯 http://www.cqvip.com · 3 · 本钢技术 1993年第 6期 LK-百V ： 1n ：Ⅲ n m ' 00 。‘9 - n嚣9 2～“ ● LK2的计算I ZXn = 昔 -2．6 ÷ = L．2．8 查曲线K=0．375，YV =K／Xn+ri：0．375×24+26．2=35．2 LK l= 垒：二! + EtMri 1n』L (r n—Yh )V EtMri In 2．2．3 确定反应力锥长度LC~flLc2 理想反应力锥长度Lc可按 缶差 式桶反应 力锥上轴向场强取与应力锥上的相同 ，即 Et=0．9kV／mm则 告 In． 26．2 ⋯ 如用两根直线代替理想反应 力 锥 曲 线，则反应力锥长度Lc：可按 盘2V ( 一 ) Et 1n L＼V 一 ／ 式沫 得，故 Lcl= 2×190 ln嚣 、,,y／26 ．2 一J) =283m m YH=、／ =、／， =15．5 mill 2．2．4 确定内绝缘距离Ls 、， 内绝缘距离可 按 Ls= 式求得在 gt 自粘性带绕包绝缘场合，对应于V为设 计 电压时，取gt=0．5～0．7kV／mm则 (35．2—26．2) ×J90。(55—35．2)×J90 D．9×26．21n等 D．9×26．21n 35．2 Ls= =380ram U．a 3 关于高压电缆终端电场和绝缘 的处理 3．J 关于应力锥的作用 高压电缆终端电场处理的成功与否， 将直接影响电缆头的质量，单芯 电 缆 本 体中几乎只有垂直于绝缘层的径 向场强， 可是在电缆外屏蔽切断处，其电场就变借 复杂多了，在外屏蔽切断处附近不仅电场 非常集中，而且有很强的轴向分量，如不 采取相应措施，在较低电压下，就会在外屏 蔽切断处发生电晕，甚至滑闪放电，这时仅 仅靠增加沿面距离并不会带来显著效果， 必须设法改善电场分布。 改善电场分布的方法是采用适宜形状 的应力锥，使得原来集中由外屏蔽层的切 断处发出的电力线变为沿应力锥面上较均 匀的发出，这样沿锥面各点的轴向场强都 可降至允许值下，可见应力锥对于改善终 端电场起到了极其重要的作用，施工时必 须按设计出厂预制的应力锥工艺 要 求 去 做，达到良好的效果。 3．2 关于反应力锥的作用 在终端头线芯与出线梗焊接处，切割 (下转38页) ● ● ● n n ●I 维普资讯 http://www.cqvip.com ·38 · 本钢技术 1993年第 6期 的电压 变。投入动补装置后，由于它提 供了动态无功补偿，使得无功功率稳定在 一 个定值附近而只有微小波动。 6．2．2 提高运行电函，减少电压波 动，使冷轧lOkW母线电压波动小于7％ 采用无动补偿装置时，其电压降到85 ％， 即电压波动幅值可达j5％左右I当投 入动补装置后 ，电压基本稳定在93 附 近，冷轧机冲击负荷 引起的7．6％ 的电压 波动被消除。电压质量的改善可使产品质 量有较大的提高。 6．2．3 补偿无功功率，提高功率因 数。可使冷轧 1okV母线功率因数由0．73 提高到0．95。 6．2．4 吸收高次谐波，减少电压畸 变，使101 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 7 结束语 本钢冷轧动态无功补偿装置，是冷轧 厂供电配套装置。动态无功补偿装置良好 的技术性能，使冷轧厂电能质量获得较好 的技术指标，从而使冷轧厂的产品产量和 质量得到根本保证 。获得较 高的 经济效 益。本钢冷轧供电系统应用动态无功补偿 装置，在本钢供电网中尚属首次，这项新 技术应用的成功，势必在本钢供电网运行 管理方面引起足够的重视，为改善本钢供 电系统电能量提供借鉴、经验。 (上接 页_) (‘5) 、 · ‘。‘ 手工包绕绝缘带以及瓷套内的聚异丁烯这 电缆本体绝缘后，由于该处与应力锥有一 些绝缘材料的介质常数不相同，其电场分 定距离、作用于本体绝缘切断面附近电场 布次不一样，使界面附近司一层绝缘相邻 情况是§其电力戡 由线芯发出呈 陆 峭 形 两点之间产生一定的电缆差、形成轴向场 状，因此在该处电场的径向分量远大于轴 强。为了改善这一部份的电场分布，需要 向 量 在本体绝缘 的切断面 本体绝缘 将电缆本体绝缘切削成象铅笔头一样的反 与手工包绕绝缘形成了一个界面，在电场 应力锥这样就使沿锥面的电场平滑过渡， ’ 中界面是-一．个薄弱点，而径向应力全部作 减少了界面附近同一绝缘相邻两点之间的 用在界而方向上，‘容易沿界商出穿。如果 电缆差 从而大大改善了轴向场强。 · 有反碰力锥， 郧么措界而反应力锥面的应 因此反应力锥无论是从改善界面附近 力l-只是径向应力的一个分量，只要选择。一 的轴向场强、还是从减少径向应力对界面 个适当的角，就能传沿界而反应力锥面的 的危害、都起到了很重要的作用，在制作 应力小于界的所能承受的应力、从而达到 反应力锥时，要按设计尺寸，要求十分细 改善该处承受电场能力的目的。 较，要做到同轴对称表面平滑、这样才能 另外、在接头、由于电缆本面绝缘和 起到应有的作用。 ● 》女謦 维普资讯 http://www.cqvip.com