專利名稱：一種超高壓電纜接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高壓電纜接頭，屬于電力電纜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)電能的需求越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)電力傳輸和分配 的穩(wěn)定性和可靠性也提出了更高的要求。西電東送以及為電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻而興建的抽水蓄 能電站，都為作為出線方式的超高壓電纜帶來(lái)了極大的發(fā)展機(jī)遇。在超高壓電力電纜系統(tǒng) 中，電纜接頭是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。與電纜本體的結(jié)構(gòu)相比，電纜接頭的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜， 電場(chǎng)分布的均勻性降低，使得在電纜接頭系統(tǒng)中多發(fā)生電樹老化擊穿等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電 纜系統(tǒng)中的事故約70%發(fā)生與電纜接頭有關(guān)。隨著硅橡膠等固體電介質(zhì)材料性能的研究和 提高，硅橡膠預(yù)制式電纜接頭的應(yīng)用逐漸增加，對(duì)于硅橡膠電纜接頭中低壓電極應(yīng)力錐結(jié) 構(gòu)的研究也做了很多工作，但是未能提出一個(gè)較為合理的硅橡膠預(yù)制件的結(jié)構(gòu)控制模型。
目前為止，我國(guó)國(guó)內(nèi)的電纜接頭產(chǎn)品性能有待提高，特別是在高電壓等級(jí)的電纜系統(tǒng) 中，電纜接頭的事故頻發(fā)。其原因主要有兩個(gè)方面， 一是缺乏對(duì)預(yù)制件結(jié)構(gòu)整體電場(chǎng)分布 的具體計(jì)算，在基礎(chǔ)的研發(fā)層面上較為欠缺，二是沒(méi)有對(duì)高性能材料的研制，并且對(duì)電纜 接頭的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少，接頭內(nèi)部的運(yùn)行工況考慮欠妥。目前國(guó)內(nèi)大部分使用的電纜接 頭其運(yùn)行壽命較電纜本體而言相差較多，成為了電纜系統(tǒng)的發(fā)展和使用瓶頸。大部分事故 發(fā)生在高壓電極等其他部位，低壓電極應(yīng)力錐部分的事故較少，如圖1中箭頭處所示，電 場(chǎng)強(qiáng)度分布集中，若高壓電極表面存在缺陷，容易導(dǎo)致電樹的發(fā)生甚至使絕緣介質(zhì)擊穿。 因此預(yù)制式硅橡膠電纜接頭中對(duì)低壓電極應(yīng)力錐的形狀的控制是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種超高壓電纜接頭，改變已有電纜接頭的結(jié)構(gòu)，改善接頭內(nèi)部 電場(chǎng)分布情況，控制絕緣介質(zhì)的復(fù)合界面處的電場(chǎng)強(qiáng)度，防止在絕緣介質(zhì)的復(fù)合界面上發(fā) 生擊穿。
本發(fā)明提出的超高壓電纜接頭，包括低壓電極、高壓電極、連接管、絕緣介質(zhì)、絕緣 層、外屏蔽層和纏繞層，所述的連接管連接兩截電纜的芯線，所述的纏繞層纏繞在連接管 上，所述的高壓電極包裹在纏繞層上，所述的低壓電極對(duì)稱置于兩截電纜上，低壓電極端 部和高壓電極端部之間的距離L與高壓電極和外屏蔽層之間的距離W之比為L(zhǎng):W =
1:0. 7 2. 0,低壓電極端部和高壓電極端部之間的距離L與高壓電極的長(zhǎng)度M之比為L(zhǎng):M =1:3.0 5.0，高壓電極端部下圓弧的半徑R3與高壓電極端部上圓弧的半徑R2之比為R3: R2= 1:6.0 10.0，高壓電極端部下圓弧的半徑&與低壓電極端部的圓弧半徑R,之比 為R3: = 1:2.0 5.0。
本發(fā)明提出的高壓電纜接頭，其優(yōu)點(diǎn)是全部采用預(yù)制式結(jié)構(gòu)，安裝過(guò)程簡(jiǎn)易方便； 全部采用固體絕緣，體積小，運(yùn)行維護(hù)安全，電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度較好；低壓電極應(yīng)力錐 與高壓電極在尺寸上配合，優(yōu)化附件內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)分布，使其能應(yīng)用于電壓等級(jí)較高的線路； 考慮其實(shí)際運(yùn)行條件，對(duì)高壓電極和低壓電極應(yīng)力錐根部接觸部分的長(zhǎng)度進(jìn)行控制，保證 在運(yùn)行過(guò)程中，由于短時(shí)過(guò)電壓的影響不致使附件的屏蔽作用失效。于此同時(shí)，本發(fā)明可 以對(duì)因電纜芯線與絕緣層的位移而導(dǎo)致的屏蔽失效在一定范圍內(nèi)加以預(yù)防，在滿足正常運(yùn) 行的前提下，提高電纜接頭的使用年限。


圖1是己有電纜線路中使用的電纜接頭的局部剖面示意圖。 圖2是本發(fā)明電纜接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明電纜接頭中低壓電極部分的局部放大圖。 圖4是本發(fā)明電纜接頭中高壓電極的端部的局部放大圖。
圖2 —圖4中，l是低壓電極，2是高壓電極，3是用于電纜芯線連接的連接管，4是 絕緣介質(zhì)，5是電纜本體的絕緣層，6是電纜芯線，7是外屏蔽層，8是纏繞層，R,是低壓 電極端部的圓弧半徑，R2是高壓電極端部上圓弧的半徑，R3高壓電極端部下圓弧的半徑， L是低壓電極端部與高壓電極端部之間的距離，W是高壓電極與外屏蔽層之間的距離，M 是高壓電極的長(zhǎng)度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的超高壓電纜接頭，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括低壓電極l、高壓電極2、 連接管3、絕緣介質(zhì)4、絕緣層5、外屏蔽層7和纏繞層8。連接管3連接兩截電纜的芯線 6。纏繞層8纏繞在連接管3上。高壓電極2包裹在纏繞層8上。低壓電極l對(duì)稱置于兩 截電纜的絕緣層5上，低壓電極1的端部和高壓電極2的端部之間的距離L與高壓電極2 和外屏蔽層7之間的距離W之比為L(zhǎng):W = 1:0.7 2.0。低壓電極1的端部和高壓電極2 的端部之間的距離L與高壓電極2的長(zhǎng)度M之比為L(zhǎng):M= 1:3.0 5.0。高壓電極2端部 下圓弧的半徑R3與高壓電極端部上圓弧的半徑R2之比為R3: R2 = 1:6.0 10.0，如圖4 所示，高壓電極端部下圓弧的半徑R3與低壓電極端部的圓弧半徑R之比為R3: R,= 1:2.0 5.0，如圖3所示。
圖2所示的硅橡膠預(yù)制式高電壓電纜接頭，經(jīng)有限元分析表明，其高壓電極圓弧部分 表面場(chǎng)強(qiáng)值小于8. 0 kV/ram，直線部分表面的場(chǎng)強(qiáng)值小于5. 0 kV/mm。
本發(fā)明的高電壓電纜接頭，包括作為低壓電極的硅橡膠應(yīng)力錐、高壓電極、用于電纜 芯線連接的壓接件和絕緣部分。硅橡膠應(yīng)力錐采用半導(dǎo)電硅橡膠材料，充當(dāng)?shù)蛪弘姌O，其錐面形狀根據(jù)電纜本體絕緣結(jié)構(gòu)和電纜接頭絕緣部分的參數(shù)而定，在一定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)， 保持在復(fù)合界面處的電場(chǎng)強(qiáng)度沿面分布均勻。應(yīng)力錐頭部應(yīng)以較緩和的弧線過(guò)度，防止該 處的電場(chǎng)分布集中。應(yīng)力錐根部與電纜絕緣屏蔽層接觸壓緊，其接觸部位要保證有足夠的 有效長(zhǎng)度， 一般不少于高壓電極長(zhǎng)度的1/2，保證其運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生位移時(shí)不會(huì)與應(yīng)力錐 根部相脫離，導(dǎo)致應(yīng)力錐失效。高壓電極采用半導(dǎo)電硅橡膠材料，預(yù)埋在附件的硅橡膠絕 緣層中，其形狀為兩端圓滑的圓筒型，端部的形狀根據(jù)整體附件內(nèi)部的電場(chǎng)分布情況進(jìn)行 尺寸上的優(yōu)化，其長(zhǎng)度和表面粗糙度為主要參數(shù)。高壓電極的長(zhǎng)度要滿足在電纜正常運(yùn)行 及短時(shí)大電流的狀態(tài)下，電纜芯線的壓接部分不會(huì)滑出其屏蔽范圍，不同的電纜系統(tǒng)其具 體長(zhǎng)度可以通過(guò)計(jì)算和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)給出，另外其表面不能出現(xiàn)毛刺氣泡等明顯缺陷。絕緣部 分采用硅橡膠作為絕緣，對(duì)絕緣材料的要求滿足其在承受短時(shí)過(guò)電壓的情況下不發(fā)生擊穿 和局部放電現(xiàn)象。
本發(fā)明電纜接頭中的高壓電極，根據(jù)橡膠零件適用的"航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB8233"，其表 面粗糙度小于Ra0.8，公差等級(jí)低于M2，表面粗糙度由模具保證。
本發(fā)明用于高壓電纜系統(tǒng)電纜之間的連接，采用整體預(yù)制式結(jié)構(gòu)， 一般選取硅橡膠等 材料作為絕緣介質(zhì)。根據(jù)所使用線路的電壓等級(jí)確定其絕緣層厚度和應(yīng)力錐的錐面曲線， 通過(guò)低壓電極應(yīng)力錐和高壓電極的尺寸配合，改善接頭內(nèi)部的電場(chǎng)分布情況，根據(jù)電纜線 路的長(zhǎng)度，運(yùn)行環(huán)境條件等確定其高壓電極的屏蔽長(zhǎng)度和應(yīng)力錐根部屏蔽的長(zhǎng)度，保證電 纜運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)因移位而產(chǎn)生屏蔽失效的情形。在滿足上述條件的前提下，根據(jù)其 具體應(yīng)用情況，采用硅橡膠澆注成型設(shè)備制成預(yù)制件，以備現(xiàn)場(chǎng)使用。
以下介紹本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例
以500 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜系統(tǒng)為例，本發(fā)明所使用的的主要尺寸L=135 mra， W=95 mm, M=450 mm， L:W = 1:0.7， L:M = 1:3.3， R, =6 mm， R2 =25 mm， R3 =3 mm, R3: R2 =1:8.3， R3: R, = 1:2.0,經(jīng)有限元計(jì)算分析表明，其高壓電極圓弧部分的最大計(jì)算場(chǎng) 強(qiáng)值為7. 3 kV/mm，直線部分的最大計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)值為4. 4 kV/mm。
權(quán)利要求
1、一種超高壓電纜接頭，其特征在于該電纜接頭包括低壓電極、高壓電極、連接管、絕緣介質(zhì)、絕緣層、外屏蔽層和纏繞層，所述的連接管連接兩截電纜的芯線，所述的纏繞層纏繞在連接管上，所述的高壓電極包裹在纏繞層上，所述的低壓電極對(duì)稱置于兩截電纜上，低壓電極端部和高壓電極端部之間的距離L與高壓電極和外屏蔽層之間的距離W之比為L(zhǎng)∶W＝1∶0.7～2.0，低壓電極端部和高壓電極端部之間的距離L與高壓電極的長(zhǎng)度M之比為L(zhǎng)∶M＝1∶3.0～5.0，高壓電極端部下圓弧的半徑R3與高壓電極端部上圓弧的半徑R2之比為R3∶R2＝1∶6.0～10.0，高壓電極端部下圓弧的半徑R3與低壓電極端部的圓弧半徑R1之比為R3∶R1＝1∶2.0～5.0。
2、 如權(quán)利要求l所述的電纜接頭，其特征在于其中所述的高壓電極的表面粗糙度小于Ra0.8,公差等級(jí)低于M2。.
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高壓電纜接頭，屬于電力電纜技術(shù)領(lǐng)域。包括低壓電極、高壓電極、連接管、絕緣介質(zhì)、絕緣層、外屏蔽層和纏繞層。低壓電極端部和高壓電極端部之間的距離與高壓電極和外屏蔽層之間的距離之比為L(zhǎng)∶W＝1∶0.7～2.0，低壓電極端部和高壓電極端部之間的距離與高壓電極的長(zhǎng)度之比為L(zhǎng)∶M＝1∶3.0～5.0，高壓電極端部下圓弧的半徑與高壓電極端部上圓弧的半徑之比為R₃∶R₂＝1∶6.0～10.0，高壓電極端部下圓弧的半徑與低壓電極端部的圓弧半徑之比為R₃∶R₁＝1∶2.0～5.0。本發(fā)明電纜接頭，采用預(yù)制式結(jié)構(gòu)，安裝過(guò)程簡(jiǎn)易方便；采用固體絕緣，體積小，運(yùn)行維護(hù)安全，電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度較好；使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H02G15/18GK101505047SQ20091008069
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者睿 劉, 周遠(yuǎn)翔, 瓊 聶, 郭紹偉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)