直流电缆附件用低电荷积聚应力锥制作方法

技术领域

本发明涉及电缆中间接头用应力锥技术领域，尤其涉及一种直流电缆附件用低电荷积聚应力锥制作方法。

背景技术

高压直流输电系统由高压直流电缆本体和直流电缆附件(接头和终端)组成，直流电缆中间接头是电缆系统的关键部分，也是较易发生故障的环节，直接制约着直流输电系统的发展。

在电缆中间接头的设计过程中，必须综合考虑电缆应力锥中的电场分布。在交流电缆附件中，电场分布取决于绝缘材料的介电常数，而在直流电缆附件中，空间电荷与材料的电导率对场强分布影响较大，直流电缆绝缘与应力锥绝缘组成的复合绝缘界面处极易积聚空间电荷。

目前，没有关于高压直流电缆中间接头应力锥的专门设计理论及结构，更多的是直接套用交流应力锥结构进行对应。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种直流电缆附件用低电荷积聚应力锥制作方法，通过多段式不同橡胶的分布设计，有效降低了空间电荷积聚，提高了产品安全裕度。

根据本发明提出的一种直流电缆附件用低电荷积聚应力锥制作方法，所述方法步骤如下：

S1：通过利用有限元仿真软件，建立直流电缆中间接头及应力锥的模型并进行仿真解析；

S2：建立载流子对流-反应方程、静电场泊松方程和载流子输运方程组成的相互耦合的偏微分方程组，用来描述固体绝缘内部的电荷输运过程；

其中，第一个方程为对流-反应方程，n

载流子的注入过程考虑为肖特基注入，其数学表达式为：

通过上述的数学方程，表征空间电荷在固体绝缘中注入、迁移、复合、扩散、抽出等过程，结合有限元软件与仿真模型，对典型绝缘结构中空间电荷的分布和电场强度的变化进行仿真；

S3：根据仿真结果，发现并改变空间电荷积聚严重的应力锥前端橡胶类型及形状，对空间电荷分布进行优化；

S4：对优化后的应力锥结构尺寸进行系统设计。

优选地，步骤S3中根据仿真结果，发现并改变空间电荷积聚严重的应力锥前端橡胶类型及形状，对空间电荷分布进行优化的方法步骤如下：

S31：对现行构造的应力锥进行仿真分析，查找空间电荷积聚量影响最大的地方；

S32：进行原因分析确定应力锥的改善方向，并再次通过仿真解析确认改善效果；

S33：根据仿真结果形成改善方案，并从生产可行性的角度对改善方案进行微调

优选地，一种直流电缆附件用低电荷积聚应力锥，包括半导电应力锥和绝缘复合锥，所述半导电应力锥和所述绝缘复合锥内壁均呈圆柱形，所述绝缘复合锥设置在所述半导电应力锥的一端，所述半导电应力锥靠近所述绝缘复合锥的一端设置有喇叭口，所述绝缘复合锥通过所述喇叭口与所述半导电应力锥嵌套连接。

优选地，所述绝缘复合锥包括绝缘橡胶和半导电橡胶，所述绝缘橡胶与所述半导电应力锥通过所述喇叭口嵌套连接，所述半导电橡胶设置在所述绝缘橡胶远离所述半导电应力锥的一侧，所述绝缘橡胶和所述半导电橡胶通过高温硫化成型。

优选地，所述绝缘橡胶和所述半导电橡胶内径相同且外壁倾角相同。

优选地，所述半导电橡胶的厚度为绝缘复合锥总长度的3％～6％。

本发明中的有益效果是：通过优化设置绝缘复合锥前端的橡胶分布，消除了绝缘橡胶前端存在的界面空气气隙，实现直流电缆界面电离电荷快速抽出，降低了电荷积聚风险，实现直流电缆中间接头运行安全可靠。

附图说明

在附图中：

图1为本发明提出的一种直流电缆附件用低电荷积聚应力锥的结构示意图；

图2为本发明提出的半导电应力锥前端的局部放大图；

图3为本发明提出的普通应力锥空间电荷积聚量与改进后应力锥空间电荷积聚量的对比图。

图中：1-半导电应力锥、2-绝缘复合锥、3-绝缘橡胶、4-半导电橡胶。

具体实施方式

一种直流电缆附件用低电荷积聚应力锥制作方法，所述方法步骤如下：

S1：通过利用有限元仿真软件，建立直流电缆中间接头及应力锥的模型并进行仿真解析；

S2：建立载流子对流-反应方程、静电场泊松方程和载流子输运方程组成的相互耦合的偏微分方程组，用来描述固体绝缘内部的电荷输运过程；

其中，第一个方程为对流-反应方程，n

载流子的注入过程考虑为肖特基注入，其数学表达式为：

通过上述的数学方程，表征空间电荷在固体绝缘中注入、迁移、复合、扩散、抽出等过程，结合有限元软件与仿真模型，对典型绝缘结构中空间电荷的分布和电场强度的变化进行仿真；

S3：根据仿真结果，发现并改变空间电荷积聚严重的应力锥前端橡胶类型及形状，对空间电荷分布进行优化；

S4：对优化后的应力锥结构尺寸进行系统设计。

参照图1、图2，一种直流电缆附件用低电荷积聚应力锥，包括半导电应力锥1和绝缘复合锥2，半导电应力锥1和绝缘复合锥2内壁均呈圆柱形，绝缘复合锥2设置在半导电应力锥1的一端，半导电应力锥1靠近绝缘复合锥2的一端设置有喇叭口，绝缘复合锥2通过喇叭口与半导电应力锥1嵌套连接；绝缘复合锥2包括绝缘橡胶3和半导电橡胶4，绝缘橡胶3与半导电应力锥1通过喇叭口嵌套连接，半导电橡胶4设置在绝缘橡胶3远离半导电应力锥1的一侧，绝缘橡胶3和半导电橡胶4通过高温硫化成型；绝缘橡胶3和半导电橡胶4内径相同且外壁倾角相同；半导电橡胶4的厚度为绝缘复合锥2总长度的3％～6％。

参照图3，普通应力锥空间电荷积聚量2.12C/m