3.9电缆应力锥起什么作用?
在电缆终端和接头中,自金属护套边缘起绕包绝缘带(或者套橡塑预制件),使得金属护套边缘到增绕绝缘外表之间,形成一个过渡锥面的构成件称为应力锥(在设计中,锥面的轴向场强应是一个常数)。
应力锥的作用是改善金属护套末端电场分布、降低金属护套边缘处电场强度,以下是应力锥能起这种作用的简单原理。
注:应力锥 stress-cone
用来增加高压电缆绝缘屏蔽直径的锥形装置 ,以将接头或终端内的电场强度控制在规定的设计范围内。-------GB/T 2900.10-2013 电工术语 电缆
电缆终端和接头端部,在剥去金属护套后,其电场分布与电缆本体相比发生了很大变化,金属护套边缘处的电场强度E可用与剥切长度L有关的双曲余切函数表示:
式中,为导体对地电压;为电缆绝缘层材料的相对介电常数;为周围媒质的相对介电常数;等效半径,R为绝缘层外半径,为导体半径;K为与周围媒质和绝缘层表面有关的常数;L为剥去金属护套长度。
当L达到一定数值时,双曲余切函数,则上式可简化为
从以上公式可知,为了减小金属护套边缘处的电场强度,可采用增绕绝缘以增大等效半径。另外,也可以增大周围媒质的,这就是采用高介电常数材料制成应力控制管的原理。
图3-7是电缆终端和电缆接头处的电压分布等位线示意图。图(a)是没有应力锥时电压等位线分布情况;图(b)是有了应力锥后电压等位线分布情况。有了应力锥之后,在锥面绝缘厚度逐渐增加,绝缘表面的电场强度逐渐递减,于是疏散了电力线密度,提高了过渡界面的游离电压。
应力锥锥面形状,是按其表面轴向场强等于或小于允许最大轴向场强来设计的。图3-8是应力锥电气计算的说明图。图中以电缆导体中心线为X轴,以应力锥起始点为Y轴。
设沿应力锥表面轴向场强为一常数,增绕绝缘半径为,电缆本体绝缘半径为R,导体半径为,U为相电压。假定增绕绝缘的介电常数和电缆绝缘介电常数相等。经数学推导应力锥面上沿电缆轴向长度可用下列简化公式表示
上述公式表明,应力锥的锥面曲线应是复对数曲线。它取决于电缆的运行电压、结构尺寸、电缆和增绕绝缘的厚度和材料性能。决定应力锥锥面的几个要素相互间有以下关系:
1)轴向场强越小,应力锥长度越长。因此,设计时为减少接头尺寸,应取为绝缘层最大允许轴向场强。
2)当确定时,增绕绝缘半径越大,轴向场强越大所以增绕绝缘的 “坡度”不能太陡。
当U和确定后,增绕绝缘半径随应力锥长度加长而增大,而且当越是增大时,的斜率也随之增大。
当U和确定后,增绕绝缘半径随应力锥长度加长而增大,而且当越是增大时,的斜率也随之增大。(以上文字内容节选自《电力电缆安装运行技术问答》)
扩展阅读:
请参阅:
电线电缆手册第4册/魏东主编,第三版
第14篇 电力电缆附件、安装敷设及运行维护
第2章 中低压电力电缆附件
第3章 高压电缆终端与接头相关部分
参考文献:
[1]史传卿主编.电力电缆安装运行技术问答. 北京:中国电力出版社,2007.
[2]魏东主编.电线电缆手册第4册(第三版). 北京:机械工业出版社,2017.
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