电缆、接头和终端的电应力控制

如何控制电缆接头和终端的电应力？

简介

电力电缆在输配电系统中非常重要。

端子和接头是基本配件 电力电缆，它们需要在线路之间或电气设备之间建立连接 .

在设计电缆终端和接头时考虑了各个方面 因为它们必须具有相同的完整性 作为他们的相关电缆 同时连接所有室内和室外应用。

最关键的方面 高压电缆的连接和端接 是介电应力的控制 起源于屏幕终止点 –电应力控制 .

电应力和应力控制

高、中压电缆的终端和接头必须管理电场 在结束 .当绝缘屏蔽 从电缆中移除，高电位梯度 集中在削减点 ，如 图 1 所示。

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在这张图中可以看到电缆的接地屏蔽 (0% ) 是切 f、等势线 （从 20% 到 80% ) 集中在边缘 接地电极 ，导致高电应力 .

电场增强 在这些点会产生局部放电 这可能会导致沿绝缘表面闪络或介电击穿导致电缆故障 .

在电缆安装中，屏蔽电源线 需要电应力控制 终止时。

电缆终端和连接 旨在消除屏幕终端处的应力集中 避免电缆损坏 – 电场 必须控制 在电缆端接和连接 .

应力分布 在导体接头处变化很大 由于使用套圈导致的配置文件发生变化 .

锐边和突出 在联合 , 如果没有缓解 也会导致应力梯度的突变 .

这是因此必不可少 使导体具有平滑的轮廓 这样就不会有应力过度集中 .

不过，压力控制更重要的方面 适用于绝缘屏终止位置 .

需要注意的是，不仅介电应力增加 在终止区域 , 也是一个潜在的梯度 沿电介质和周围介质之间的界面设置 .

电介质中的应力 在屏幕终止 将远高于 设计压力 并且可能导致过早失效 .

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另外如果周围的介质是空气 , 或存在电介质和填充介质之间的空隙 ，然后是该区域的压力 可能导致空气即使在工作电压下也允许放电 .

论文 有点对这些放电有抵抗力 ，但对于聚合物绝缘 ，如 XLPE （交联聚乙烯），这种放电会迅速腐蚀电介质，最终导​​致失效。

不应用压力控制 , 会发生放电 ，对生活产生不利影响 联合和终止 .

图2 显示没有和有应力控制的电场分布。

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原因

主要弱点 在需要应力控制的高压和中压电缆的终端和接头领域 分别是：

• 压缩接线片允许湿气渗入导体芯
• 未能消除气穴
• 核心交叉导致局部放电
• 电缆准备不足
• 水分渗透
• 相间和相间间隙不足
• 跟踪
• 不良的连接说明

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压力控制方法

没有万能终止或联合。有多种不同类型的端接和接头，各有优缺点。

电缆终端的优化是通过研究各种结构来实现的。

正确的端接方法应提供良好的电气和机械完整性。

要设计合适的端接，应在关键区域进行电场分布分析 .

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应力锥法

压力控制常用的方法 是使用应力锥 如图 3 所示 .

• 另请阅读：绝缘和介电材料 - 类型、特性和应用

应力锥 是控制电容的平均值 在屏幕终止区域 ，从而降低介电应力 沿终止点的可容忍限度的梯度 .

应力锥 延伸到屏蔽终端之外，使电介质表面的电位梯度降低到不会发生放电的水平。

在高、中压纸电缆的接头 , 应力锥 通常通过用绝缘纸胶带手工粘贴按预定的轮廓建造 , 而在终端应力锥 是手工应用或执行 .随着聚合物和弹性电缆的发展 , 预成型 应力锥 也已经介绍过了。

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在应力锥之前 应用时，有必要减少电应力 在导体接头处 , 由前面解释的原因引起 .

概念 是提供一个平滑的轮廓，使压力均匀 .这是通过电缆纸的“步进”获得的 ，这是通过在一组步骤中去除纸绝缘来实现的 , 具有从内导体表面到外绝缘表面的立管和踏板 .

用两个电缆端 如此处理并连接在一起，手工粘贴的浸渍纸带 施加在组件上以形成接头电介质。

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热缩应力控制管法

另一种常用的方法是热缩应力控制管 用于控制高电应力 在中压塑料和纸绝缘中的绝缘屏蔽终端点处 高达 36 kV 的电缆接头和终端 .

它们还控制高压力接头中的连接器 .

压力控制管 由热稳定交联的高介电常数和高电阻率聚合物材料制成 .

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其他控制压力的方法

其他方法有：

• 高电阻胶带或涂层，以及具有非线性电阻层的材料，具有恒定表面电阻率的材料通过小电流，从而沿其长度建立线性电压梯度。使用非线性电阻率的材料可以获得更好的应力分布，这也允许层中的小电流增加，材料的电阻下降，并且沿着施加的长度实现平滑的线性电压梯度。
• 相对介电常数显着高于电缆电介质的材料。该方法基于以下原理：当介电常数不同的材料在其组合厚度上受到电位梯度的影响时，具有最低介电常数的材料会承受最高应力。从示意图中可以看出，等势线逐渐从介质中出现，从而在介质表面产生了平滑的梯度。

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关于作者：Manuel Bolotinha

- 电气工程学士学位 - 能源和电力系统（1974 - Instituto Superior Técnico/里斯本大学）
- 电气和计算机工程硕士学位（2017 - Faculdade de Ciências e Tecnologia/新里斯本大学）
– 变电站和电力系统高级顾问；专业导师