电力电缆附件中电应力控制方法探究

孙琦淼

【摘要】电力电缆是电力系统中关键的一部分，电缆运行的可靠性对电力系统的正常运行发挥着决定性的作用，而电缆附件中电应力是否集中又在一定程度上影响着电缆运行的可靠性。对此，本文基于电力电缆的结构组成和电缆附件中的电场分布，详细探讨了电力电缆附件中电应力控制方法。

【关键词】电力系统;电缆附件;电应力

电力在社会生产和人们的日常生活中都是必不可少的主要能量，电力系统是指通过电厂生产后，再由输电线路和变配电所的升降压变压力等设备进行输送和分配，最后供给用户使用。电力系统发挥着生产电能、分配电能和输送电能的功能，必须确保其安全、可靠和稳定运行。而通过电力电缆能够有效连接各种电气设备及其附件，对于电力系统的正常运行至关重要。

1、电力电缆的结构组成

输电电路是电网的主要组成部分之一。随着科学技术的快速发展，电力电缆的种类越来越多，然而它们的主要结构基本一样，电力电缆的结构从里到外主要有导体、绝缘层和保护层，第一，导体部分用于传输电流，主要由铜和铝材料制成。第二，导体的外部是绝缘层，绝缘层用于隔离导体，以免其受到外界干扰，同时还能阻断电流的泄露，并分担一些电压力，绝缘层通常使用聚乙烯、交联聚乙烯和油浸纸制成，以及近期推出的环保电缆，聚丙烯绝缘电缆，在绝缘层的内部和外部都有屏蔽层，同来屏蔽电磁干扰，发挥保护电缆线芯和电缆绝缘层的功能。第三，保护层在绝缘层的外部，有内护层和外护层之分，外护层从内到外有内衬层，铠装层和外被层。不同型号和用途的电缆，其结构设计也不同，当前市场比较常见的中低压交联聚乙烯绝缘电力电缆，在电力行业中得到了广泛应用。

2、电缆附件中的电场分布

在正常运行的电缆中，电缆上的电场分布要和缆芯保持垂直，从而形成由缆芯指向屏蔽层的径向电场分布，在这种情况下，电场可以均匀地分布，并且電缆能够稳定运行。然而在电缆终端操作过程中，往往需要切断电缆屏蔽层，该操作会对电缆电场的均匀分布造成一定影响，屏蔽层切断位置的电场会发生畸变，而且会使断面位置的场强分布发生不均匀变化，导致电缆中既有径向电场分布，有在屏蔽层断面出现轴向弯曲的电场线，而且集中在屏蔽层的断面处，因此屏蔽层断面处的电场强度非常高，很容易破坏电缆绝缘，从而导致电缆无法正常运行。

3、电力电缆附件中电应力控制方法

3.1应力锥分散法

应力锥分散法主要是指将电缆外部屏蔽层的断口处向外进行合理延伸，以形成弧形应力锥状，使其零电位形成向外扩张的喇叭状，从而扩大电力线的弧度，并使集中的电场强度分散开，从而改善电场分布。从电气方面来看，应力锥分散法是最安全，也是最可靠的一种，然而该方法对电缆附件绝缘层尺寸的要求较高，而且在电缆接头位置的安装也比较复杂，需确保金具接管长度小于接头内部屏蔽管长度，并位于屏蔽管正中心。利用屏蔽管（一般为半导电材料）均化高电位电场。为减少气隙或气泡引起的局部放电，若为铜接管，压接后需在金具外涂抹硅脂，以填充气隙;若为铝接管，需在接管内部涂抹导电膏后再进行压接。应力锥的绝缘材料主要由硅橡胶和三元乙丙橡胶制成，这两种绝缘材料的性能有很大不同，根据研究表明，高温下硅橡胶的体积电阻率比较低，而在25kV/ram电场强度下，该材料基本不会受到影响，因此当前在超高压电缆附件中的绝缘材料广泛使用硅橡胶[1-2]。当应力锥施加到屏蔽层边缘场强比较集中的位置时，其表面呈锥形曲面，而且和屏蔽层互相连接产生零电位，锥面为等位面。调整应力锥曲线形状的参数或者应力锥端的曲率，能够改变其内部的电场分布，从而使电场均匀分布。现阶段，通常使用有限元法对应力锥曲线形状的参数或者应力锥端的曲率进行分析设计，该方法将分析对象细分为若干个单元，每个单元内又有若干个节点，根据一定边界和初始条件对每个节点的电势和其他有关量进行解答，同时对电场分布进行直观分析，从而改变锥形参数或曲率，并改善电场分布[3]。（详见图1）

3.2电应力层控制法

电应力层的控制方法也就是指在电缆半导电屏蔽层的断口位置引入一种具备高介电常数的复合电介质层，根据调整电应力层介质的电气参数对屏蔽层断口位置的绝缘表面的电位分布进行调控，从而改善电场分布电缆绝缘本体和表面的电阻、以及电容参数的变化。因为电缆屏蔽层被切断破损后剩下的绝缘本体参数无法更改，仅能通过更改本段中的绝缘表面参数对电位进行均化。而更改电缆末端绝缘表面的电阻可以有效地降低电位，然而也会由于表面泄漏的电流太多而导致电缆的绝缘表面逐渐变热，从而使电缆加速老化，并缩短其使用期限。对此，应增加电缆屏蔽位置绝缘表面的电容参数，降低其容抗值，从而使电位下降。

结语：

现阶段，电力电缆逐渐朝着超高压和特高压方面发展，电压等级越高，电缆终端处的电场变形就越明显，因此，非常有必要解决电缆附件中电应力集中的问题。在设计和制造电力电缆附件过程中，应使用应力锥分散法或电应力控制层法对电缆屏蔽层断口位置的变形电场进行疏散，从而促进电力电缆运行的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]徐甜，贾超，徐嵩.高压电力附件应力锥尺寸制作研究方法——以500kV电缆为例[J].通信电源技术，2018，35（6）：41-43.

[2]朱智恩，陈龙啸，杨黎明，等.柔性直流电缆附件应力锥设计研究[J].绝缘材料，2019，52（6）：86-91.