浅析应力锥与应力管在10kV电缆终端上的应用.pdf

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浅析应锥与应管在浅析应锥与应管在10kV电缆终端上的应电缆终端上的应浅析应锥与应管在10kV电缆终端上的应应锥与应管顾名思义均为电缆附件电应控制元件，是中压电缆附件中的重要部件，对电缆附件内部电场分布和电场强度控制起着积极和有效的作。

终端结构设计主要依据电场分布特点和规律，准确地分析其电场分布，制定相应的均化电场的措施1。

理论告诉我们，电缆终端安装时，电缆开剥后，电场分布电缆绝缘层内的分布复杂得多，突出表现在靠近属护套边缘处电场强度明显增强，具有较的轴向应，即电场有沿着电缆长度向分布不均匀的分量。

控制和均化畸变的场强，将终端简化为链形的等效回路，是常的分析和解决问题最有效的法。

经推导，最电场强度发在靠近属护套边缘处，该处电场强度E可与剥切长度L有关的双曲余切函数表2：

E=U0Remkct?

（RemkL）（kV/mm）

（1）式中：

E为绝缘界切向场强；U0为相电压；Re为等效半径，即Re=RlnRr1R为绝缘外半径r1为线芯半径；为电缆绝缘材料相对介电常数；m为媒质相对介电常数；L剥去电缆属护套的长度；k为与表情况有关的常数。

当剥去电缆属护套的长度L达到定数值时，双曲余切函数：

cth（RemkL）1

（2）则式

（1）可简化为：

E=U0Remk（kV/mm）（3）为改善属护套边缘处电场分布，从公式（3）可知，通过采取诸多措施：

如在绝缘上施加新的绝缘层，以增等效半径Re；也可将绝缘浸介电常数较的油中；也可以采取增周围媒质的相对介电常数m，或者减电缆绝缘材料的相对介电常数；在属屏蔽层边缘的绝缘表涂以半导电漆，可以减少沿表的阻抗和属屏蔽层附近的电位梯度；采应锥；采电容锥式接头盒，强迫电场均匀分布等。

实际应中，10kV挤包绝缘电缆外屏蔽切断处的场强处理有两种法：

即应锥（何型）和应控制层（参数型）3，此参数型以应管分析为例。

何型主要是采应锥缓解电场应集中，是前最为流，且应最为泛的种法。

她是根据理论曲线，以直代曲的法，让应锥从绝缘屏蔽层的切断处开始延伸，使零电位形成喇叭状，从改善绝缘屏蔽层的电场分布，使电场强度控制在规定的设计范围内，保证电缆的运寿命和安全。

（图1：

应锥电位分布意图）图1：

应锥电位分布意图1属屏蔽；2-导体；3-等位线；4-应锥从图1中可以看出，应锥的弧形设计使绝缘屏蔽层切断处的电场分布得以改善，电场强度分布相对均匀，避免了电场集中。

参数型从上世纪70年代研发今也得到定应和推，基本原理是采介质系数或可变电阻率（电阻率与电场强度成反）的材料制成管材、带材或材，施加到电缆绝缘屏蔽末端的绝缘表上，以控制电缆接头或终端的电应，使其在能接受的设计范围内。

（图2：

应管电位分布意图）图2：

导电管电位分布意图1属屏蔽；2-导体；3-等位线；4-应管家知道，电缆绝缘本有体积电阻（Rv）和体积电容（Cv），绝缘表有表电阻（Rs）和表电容（Cs），从图3电缆末端等效电路可以看出，这些电阻和电容都是分布参数。

要使屏蔽末端电位分布趋于均匀，就得改变这些参数，由于电缆末端屏蔽切断后必须留有段绝缘，这段绝缘的体积电阻和体积电容法改变，只能改变表电阻和表电容。

如果使电缆末端绝缘表电阻减，则电位也随之降低，这样做是有效果的，但因表电阻减，表泄漏电流会增加，导致电缆绝缘表发热，这是不利的。

另法是增屏蔽末端绝缘表电容，从降低这部分的容抗，也能使电位降下来，容抗减会使表电容电流增加，但不会导致发热，由于电容正于材料的介电常数，也就是说要想增表电容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表附加层介电常数的材料。

图3：

电缆末端等效电路从上述推导的公式（3）中也可得知，增周围媒质的相对介电常数m是改善属护套边缘处电场分布种有措施，们根据经验公式，常常选介电常数的材料（般介电常数为2530）制成应控制管来代替应锥，安装在电缆绝缘屏蔽层切断处以降低其电场强度。

虽然在理论上介电常数是越越好，但是介电常数过引起的电容电流也会产热量，促使应控制材料化。

同时应控制材料作为种分多相结构复合材料，在材料本配合上，介电常数与体积电阻率是对盾，介电常数做得越，体积电阻率相应就会降低，并且材料电参数的稳定性也常常受到各种因素的影响，在长时间电场中运，温度、外部环境变化都将使应控制材料化，化后的应控制材料的体积电阻率会发很的变化，体积电阻率变，应控制材料成了绝缘材料，起不到改善电场的作，体积电阻率变，应控制材料成了导电材料，使电缆出现故障。

这就是应应控制材料改善电场的热缩式电缆附件为什么只能于中压电电缆线路和热缩式电缆附件经常出现故障的原因所在，同样采冷缩应管和应控制带的电缆附件也有类似问题。

10kV电缆终端常见有绕包式终端、热缩式终端、冷缩式终端和预制式终端。

绕包式终端因制作艺落后，成分多，逐步淘汰。

热缩、冷缩、预制式终端泛采，其内部应控制均采取应锥或应管结构，电性能良好，满市场需求。

从何型（应锥）、参数型（应管）控制电场理论上看，应锥更精确，更优越于应管结构。

进步利有限元法ANSYS静电场模块和电场数值计算法，对10kV终端绝缘结构进模拟仿真，通过较电缆终端在应锥、应管两种形状时的电位分布及场强分布情况，更能证明两者之间的差异或区别。

以10kV电缆终端应控制件为应锥和应管两种结构为分析对象，分别建场域模型，并维轴对称场域代替三维场，且图形为1/2平模拟周围电缆终端有限域，外部半圆形区域为模拟电缆终端周围的限空开区域，单元类型使PLANE121单元。

见图4：

10kV电缆终端（应锥）格剖分图；图5：

10kV电缆终端（应管）格剖分图。

图4：

10kV电缆终端（应锥）格剖分图图5：

10kV电缆终端（应管）格剖分图电缆终端电场计算主要是通过考察些关键部位和介质交界的电场分布，通过调节应控制件的形状来优化电场分布达到技术要求。

图6：

10kV电缆终端（应锥）电场分布图；图7：

10kV电缆终端（应管）电场分布图。

图6：

10kV电缆终端（应锥）电场分布图图7：

10kV电缆终端（应管）电场分布图图8：

10kV电缆终端（应管）电场分布局部放图对两者应控制件附近合成电场分布情况，从图中可以看出应锥电场控制得更均匀，应管电场控制稍差，从图8电场分布局部放图中明显看出，应管端部仍有场强存在。

应锥和应管在10kV电缆终端上的应已有多年成熟的运经验，产品设计中，只要何形状或参数值在理论范围内有定裕度，满国家或业相关技术标准，是完全安全可靠的。

应管制作成本低，艺简单，仅在10kV热缩式电缆附件得以应，因其电场强度控制略显不，35kV以上电压等级的电缆附件产品应锥结构占为主导，被业内认可，并得到泛应和推。

参考献：

1：

卓，电电缆设计原理，机械业出版社，1999年92：

河南电技师学院，电业技能才培训系列教材，电电缆，中国电出版社，2007年103：

印永福，电线电缆册第3册，机械业出版社，2001年7