高压电缆终端接头的研究方法技术

本发明专利技术涉及高压电缆终端接头的研究方法：包括以下步骤：S1）设计半导电应力锥部件的整体结构形状尺寸；S2）采用圆弧样条曲线逼近法代替应力锥锥面形状曲线：将平面曲线按照一定的步距离散化为一组点列,然后采用圆弧样条曲线拟合这组点列,依次计算每两段圆弧公切点到原曲线的最矩距离，若大于给定的误差值,执行步骤S3），若小于或等于给定的误差值,执行步骤S4）；S3）在原曲线上相应于最短距离处插人一新型值点,重新用圆弧样条曲线拟合,返回步骤S2）；S4）建立应力锥有限元二维计算模型；S5）进行有限元计算，得到电缆终端接头锥面曲线的电场强度局部矢量图和电场强度局部云图，通过关系图表验证终端接头电场分布的均匀性和合理性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及：包括以下步骤：S1）设计半导电应力锥部件的整体结构形状尺寸；S2）采用圆弧样条曲线逼近法代替应力锥锥面形状曲线：将平面曲线按照一定的步距离散化为一组点列,然后采用圆弧样条曲线拟合这组点列,依次计算每两段圆弧公切点到原曲线的最矩距离，若大于给定的误差值,执行步骤S3），若小于或等于给定的误差值,执行步骤S4）；S3）在原曲线上相应于最短距离处插人一新型值点,重新用圆弧样条曲线拟合,返回步骤S2）；S4）建立应力锥有限元二维计算模型；S5）进行有限元计算，得到电缆终端接头锥面曲线的电场强度局部矢量图和电场强度局部云图，通过关系图表验证终端接头电场分布的均匀性和合理性。【专利说明】
本专利技术涉及高压电缆终端接头
，尤其是涉及一种高压电缆终端接头的有 限元计算方法和运用圆弧样条曲线无限逼近应力锥锥面对数曲线方法。
技术介绍
高压电缆终端接头是电缆和外部其他电气设备之间相互连接的接口，也是电力 电缆线路的薄弱点，在电力电缆发生故障的统计中，电缆附件的故障率大约为70%。中国的 高压及超高压电缆附件生产技术一直落后于其电缆本体。IlOkV等级的电缆附件，国产和进 口并存，国产电缆附件正在逐步独占市场，但是能够生产220kV电缆附件的制造商却不多， 且对附件关键技术掌握还不够。近年来，超高压电缆附件以安全环保型为主要发展趋势，因 此，淘汰充油和六氟化硫气体的电缆附件产品成为大势所趋。欧洲一些企业正在力图实现 500kV电缆附件的无油化。中国企业也正在努力研制安全环保型产品，目前已能生产 110KV等级的插拔式和GIS干式终端。随着电力负荷的增加，电压等级的提高以及人们安全 环保意识的增加，电力电缆的相关技术也在不断更新，包括超高压与特高压电缆、超导电 缆、特高压直流电缆、电缆绝缘新材料、电缆绝缘厚度的减薄、外护套无卤化、终端无油化、 电缆绝缘寿命评估、高压电缆在线监测及检测技术等。这些新技术的不断进步，对电力电缆 的安全运行、保障供电可靠性、减少环境污染、降低制造及运行成本等方面都有重大意义。 有限元法(FEA，Finite Element Analysis)作为一种需要对整个区域进行剖分的数值方 法，目前在电磁场分析中，是较先进的方法之一，在求解有界问题时是十分有效的。目前，数 控机床一般只提供直线和圆弧插补加工方式，对于非直线和圆弧曲线则采用直线和圆弧分 段拟合的方法进行插补。这种方法在处理复杂曲线时会导致数据量大、精度差、进给速度不 均、编程复杂等一系列问题，必然对加工质量和加工成本造成较大的影响。国内外许多学者 开始寻求一种能够对复杂的自由型曲线曲面进行无限逼近和拟合的方法，近年来，虽然取 得了一些研究成果，但不近理想。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提供一种高压电缆终端接头的有限元计算方法和运 用圆弧样条曲线无限逼近应力锥锥面对数曲线方法。通过对电缆终端接头应力锥锥面对数 曲线采用圆弧样条曲线进行了无限逼近，建立了电场有限元计算模型，通过计算得到了电 缆终端接头应力锥锥面的电场分布，将仿真结果和理论分析进行了对比，验证终端接头电 场分布的均匀性和合理性，以克服现有技术的不足。 本专利技术的技术方案是：:通过采用多段圆弧样条曲 线逼近并替代锥面对数曲线，建立电场有限元计算模型进行计算，包括以下步骤： SI)根据高压电缆终端接头二维轴对称整体结构，设计半导电应力锥部件的整体结构 形状尺寸，包括应力锥的增绕绝缘层的厚度S、应力锥轴向长度/^，应力锥锥面形状曲线 方程； 52) 采用圆弧样条曲线逼近法代替应力锥锥面形状曲线:将平面曲线按照一定的步距 离散化为一组点列，然后采用圆弧样条曲线拟合这组点列，依次计算每两段圆弧公切点到 原曲线的最矩距离d，若―大于给定的误差值逐，执行步骤S3)，若__(^:小于或等于给定的误 差值逐，执行步骤S4); 53) 则在原曲线上相应于最短距离处插人一新型值点，重新用圆弧样条曲线拟合，返回 步骤S2); 54) 根据电场分布规律和相关标准，求得模型参数表，建立应力锥有限元二维计算模 型，执行步骤S5); 55) 根据电缆终端接头模型，结合电缆接头的工作特性方程、满足的边界条件和具体结 构参数，对电缆终端接头进行有限元计算，得到电缆终端接头锥面曲线的电场强度局部矢 量图和电场强度局部云图，在电缆绝缘层上临近屏蔽层处取一节点并定义为起点，以锥面 曲线作为映射路径，沿该路径上不同节点距起始节点的路径长度为S，得出该路径上电场强 度与S的关系图表，通过关系图表验证终端接头电场分布的均匀性和合理性。 上述的高压电缆终端接头的，i?为任意小的正实数 值且5 < 0.001mm。 本专利技术的有益效果如下:本专利技术对电缆终端接头应力锥锥面对数曲线采用圆弧样 条曲线进行了无限逼近，建立了电场有限元计算模型，通过计算得到了电缆终端接头应力 锥锥面的电场分布，并将仿真结果和理论分析进行了对比，符合电场分布规律，即电场最 大处处在金属屏蔽层切断口附近，并随着应力锥弧度距离的增大，电场值逐渐衰减，到一定 远处后，电场非常微小。用有限元分析计算方法验证终端接头电场分布的均匀性和合理性， 而且效果非常明显。这些结论为设计终端接头的尺寸、如何进一步均匀电场分布的研究奠 定了基础并具有实用价值。【附图说明】 图1为本专利技术高压电缆终端处的等效电路图。 图2为本专利技术高压电缆终端接头二维轴对称结构模型图。 图3为圆弧样条曲线逼近对数曲线示意图。 图4为本专利技术终端接头有限元二维计算模型图。 图5为本专利技术终端接头锥面曲线的电场强度局部矢量图。 图6为本专利技术终端接头锥面曲线的电场强度局部云图。图7为本专利技术高压电缆终端接头E、EX(电场X分量）、EY(电场Y分量)值沿锥面曲线 的变化图。【具体实施方式】 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。 -、首先进行高压电缆终端屏蔽层断口处电场应力现象分析： 高压电缆线路在远离电力电缆终端的区域，高压电缆每一相线芯外均有一接地的(铜） 屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。正常电缆的电场只有从(铜)导线沿 半径向（铜）屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场（电力线），屏蔽和电缆导体之间相当于 一个均匀的电容极板，其电场分布也均匀。在电缆的终端剥去一定尺寸的外护层和屏蔽层 后，改变了电缆原有的电场分布，产生了电场畸变，在屏蔽切断处电力线较为集中。在忽略 电感而主要考虑电容和电阻作用时，其等效电容可简化为由体积电容CV和表面电容(7 3组 成的电容链，绝缘体和绝缘外表面均可看成电阻(体积电阻和表面电阻爲;)和电容并联 的等效电路，通过这样的等效方法，在电缆终端采用电容和电阻的集中参数将电缆终端处 的链形电路等效地表示出来，如图1所示。中，1为电缆导电线芯半径，及为电缆的绝缘外半径，游为绝缘介质的体积电阻率。_为真 空介电常数，赶为介质的相对介电常数，呑〗为电缆绝缘层单位长度表面电阻，與《为电缆单 位长度周围媒质电阻，K为和电缆绝缘表面情况有关的本文档来自技高网...

【技术保护点】
高压电缆终端接头的研究方法：通过采用多段圆弧样条曲线逼近并替代锥面对数曲线，建立电场有限元计算模型进行计算，其特征在于包括以下步骤：S1）根据高压电缆终端接头二维轴对称整体结构，设计半导电应力锥部件的整体结构形状尺寸，包括应力锥的增绕绝缘层的厚度、应力锥轴向长度,应力锥锥面形状曲线方程；S2）采用圆弧样条曲线逼近法代替应力锥锥面形状曲线：将平面曲线按照一定的步距离散化为一组点列,然后采用圆弧样条曲线拟合这组点列,依次计算每两段圆弧公切点到原曲线的最矩距离，若大于给定的误差值,执行步骤S3），若小于或等于给定的误差值,执行步骤S4）；S3）则在原曲线上相应于最短距离处插人一新型值点,重新用圆弧样条曲线拟合,返回步骤S2）；S4）根据电场分布规律和相关标准，求得模型参数表，建立应力锥有限元二维计算模型，执行步骤S5）；S5）根据电缆终端接头模型，结合电缆接头的工作特性方程、满足的边界条件和具体结构参数，对电缆终端接头进行有限元计算，得到电缆终端接头锥面曲线的电场强度局部矢量图和电场强度局部云图，在电缆绝缘层上临近屏蔽层处取一节点并定义为起点，以锥面曲线作为映射路径，沿该路径上不同节点距起始节点的路径长度为S,得出该路径上电场强度与S的关系图表，通过关系图表验证终端接头电场分布的均匀性和合理性。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周秀君，
申请(专利权)人：顺德职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44