6k3V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　

、　／　·　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　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　

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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　ｌｎ　

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—ｔＭｒｉ　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［　ｒｅ　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　９２１ｎ２６９．２２　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　·　３　·　本钢技术　１９９３年第６期　ＬＫ－百Ｖ　：　１ｎ　：Ⅲｎ　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）　＝２８３ｍｍ　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）　

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