模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法技术

本发明专利技术公开了一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：确定电缆导体的参数，计算直流电缆本体绝缘内外表面的温差；步骤二：计算直流电缆绝缘层中心点处电场强度；步骤三：计算直流电缆软接头反应力锥曲线方程；步骤四：得到反应力锥结构，从而得到具体的电缆软接头的结构。优点：避免了因电缆本体绝缘材料和模注绝缘材料的电阻率不匹配问题引起两者交界面处的场强积聚；同时考虑温度、电场因素对电阻率的影响，提出柔直电缆终端绝缘中的电场分布，为柔直电缆软接头设计提供理论基础；确保柔直电缆软接头部位电场均匀；满足整个柔直电缆系统对接头的电性能要求，保证柔直电缆系统的长期安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，属于直流电缆附件

技术介绍
随着太阳能、风能等清洁能源的兴起，加上拥有输送效率高，线路损失小，功率方向控制的简单性，经济性能优越等优势，柔性直流输电技术受到越来越多的关注，近年来也在多个工程中得到应用。直流电缆接头是柔性直流输电系统中必不可少的电缆连接件，其性能的好坏直接关系着整个柔性直流输电系统能否正常运行。直流电缆接头按照工艺种类划分为模注型和预制型两种。预制型电缆接头有两种结构：国内产量最多及使用最广泛的是将橡胶应力锥经机械扩张后套在电缆绝缘上，称为预模制型接头；另一种是在应力锥上增加一套机械弹簧装置，以保持应力锥与电缆交界面的压力恒定，称为预制型接头。模注型接头具有结构稳定、尺寸紧凑、电气性能可靠、机械性能优越等优点，在国内外已作为一种高性能接头应用于超高压系统，同时广泛应用于各电压等级的海底电缆软接头的制作。根据电流场理论，直流电缆终端内的电场分布主要与材料的电阻率相关，由于模注型直流电缆软接头中电缆本体绝缘与模注绝缘是同种材料，从而避免了预制型直流电缆接头中因电缆本体绝缘与连接件绝缘材料种类的差异引起的两种材料电阻率不匹配带来的电场分布不均的问题。由于预制型电缆接头和绕包型电缆接头沿轴向存在明显物理界面，其轴向电场强度成为关注的重点，因此保持沿电缆轴向的电场强度恒定即成为接头反应力锥曲线的设计原则。区别于预制型电缆接头和绕包型电缆接头的反应力锥曲线设计原则，模注型电缆接头从物理上消除了沿电缆轴向的物理界面，因此在设计接头反应力锥曲线时，应考虑沿反应力锥曲线的切向电场强度恒定的原则进行设计。目前，模注型柔性直流电缆接头的结构设计多参照预制型接头的设计原则或现场施工经验，缺乏必要的理论支撑，本专利技术专利在模注型电缆接头的结构设计方面提出了相关结构设计理论。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，在于提供一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，按照本专利技术所提出的直流电缆软接头反应力锥结构设计方法所设计的直流电缆软接头反应力锥，能够有效的均化电缆软接头附近的电场，保证直流电缆软接头的长期稳定运行，实现电能的可靠传输。解决的技术问题包括：(1)根据电缆绝缘料的电阻率实测值确定直流电缆软接头中电场分布计算方法；(2)由直流电缆软接头中电场分布计算方法及以反应力锥切向场强恒定为原则设计直流电缆软接头反应力锥曲线；(3)完成直流电缆软接头反应力锥结构设计，解决了均化直流电场下软接头中电场的问题，为直流电缆软接头制作提供理论支撑。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：确定电缆导体的参数，计算直流电缆本体绝缘内外表面的温差；步骤二：计算直流电缆绝缘层中心点处电场强度；步骤三：计算直流电缆软接头反应力锥曲线方程；步骤四：得到反应力锥结构，从而得到具体的电缆软接头的结构。2.根据权利要求1所述的一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，所述参数包括直流电缆导体发热产生的热流Wc，直流电缆本体绝缘外表面半径R，直流电缆导体半径rc，电缆绝缘层导热系数ρT1，直流电缆的额定载流量I，直流电缆导体的单位长度电阻值RΩ。进一步地，所述直流电缆终端内导体发热产生的热流Wc，通过下式(1)得到Wc＝I2RΩ(1)通过式(2)，得到直流电缆本体绝缘内外表面的温差，如下：其中，θc—直流电缆导体稳定运行温度，θs—直流电缆本体绝缘外表面温度，π—圆周率；进一步地，所述步骤二，对于所有绝缘材料，绝缘体积电阻系数均随温度上升而呈指数曲线下降，XLPE电阻率用下式(3)表示：ρ＝ρ0·e-aθ(3)其中ρ0—温度为0℃时的电阻系数，α—XLPE的电阻率温度系数，θ—温度，e—自然常数；绝缘材料的电阻系数不仅与温度有关，而且与所加电场强度有关，绝缘电阻系数则用下式(4)表示：其中，E—直流电缆终端内的电场γ—XLPE的电阻率电场系数电阻率ρ的测试具体方法如下：在场强20kV/mm情况下，分别测试XLPE在30/50/70/90℃下的电阻率，对数据进行拟合可得到电阻率温度系数α，在温度50℃情况下，分别测试XLPE在3/5/7/10/15/20/25kV/mm的电阻率，对数据进行拟合可得到电阻率电场系数γ；当绝缘层材料电阻系数可以用式(3)表示时，在电缆发热状态已达稳态时，则距离电缆绝缘层中心r处的温度为将式(5)代入式(3)则有其中于是离电缆绝缘层中心点r处的电场强度为其中，Ii—绝缘层中漏电流；Ri—绝缘层电阻；U—绝缘层承受电压；E—离电缆绝缘层中心点r处的电场强度；rc—电缆导体半径；R—导体绝缘层外表面半径；当绝缘层材料电阻系数用(4)表示时，绝缘层中电场分布类似上述步骤，令得电场分布为进一步地，所述步骤三，按照反应力锥曲线上任一点的切向电场保持恒定为原则，令反应力锥曲线上任一点的切向场强为ET，可知：如沿反应力锥面上ET为一常数，将上式两边积分得将式(12)简化得再化简得式(14)即为反应力锥曲线方程，x,y没有实际意义，此处就表示两个未知数，将y＝R代入式(14)，得反应力锥曲线长度LC。进一步地，所述电缆软接头的绝缘材料与电缆本体绝缘材料相同。本专利技术所达到的有益效果：(1)模注型柔性直流电缆软接头由于模注绝缘与电缆本体绝缘材料相同，从而避免了因电缆本体绝缘材料和模注绝缘材料的电阻率不匹配问题引起两者交界面处的场强积聚；(2)同时考虑温度、电场因素对电阻率的影响，提出柔直电缆终端绝缘中的电场分布，为柔直电缆软接头设计提供理论基础；(3)根据软接头反应力锥曲线上任一点切向电场相等原则设计了合理的反应力锥形状，确保柔直电缆软接头部位电场均匀；(4)满足整个柔直电缆系统对接头的电性能要求，保证柔直电缆系统的长期安全可靠。附图说明图1是反应力锥局部图；图2是直流电缆软接头示意图；图3是±525kV模注型柔直电缆软接头结构示意图；图4是±200kV模注型柔直电缆软接头结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，按照本专利技术所提出的直流电缆软接头反应力锥结构设计方法所设计的直流电缆软接头反应力锥，能够有效的均化电缆软接头附近的电场，保证直流电缆软接头的长期稳定运行，实现电能的可靠传输。解决的技术问题包括：(1)根据电缆绝缘料的电阻率实测值确定直流电缆软接头中电场分布计算方法；(2)由直流电缆软接头中电场分布计算方法及以反应力锥切向场强恒定为原则设计直流电缆软接头反应力锥曲线；(3)完成直流电缆软接头反应力锥结构设计，解决了均化直流电场下软接头中电场的问题，为直流电缆软接头制作提供理论支撑。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：计算直流电缆本体绝缘内外表面的温差；步骤二：计算直流电缆绝缘层中心点处电场强度；步骤三：计算直流电缆软接头反应力锥曲线方程；步骤四：得到反应力锥结构，从而得到具体的电缆软接头的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：确定电缆导体的参数，计算直流电缆本体绝缘内外表面的温差；步骤二：计算直流电缆绝缘层中心点处电场强度；步骤三：计算直流电缆软接头反应力锥曲线方程；步骤四：得到反应力锥结构，从而得到具体的电缆软接头的结构。

【技术特征摘要】
1.一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：确定电缆导体的参数，计算直流电缆本体绝缘内外表面的温差；步骤二：计算直流电缆绝缘层中心点处电场强度；步骤三：计算直流电缆软接头反应力锥曲线方程；步骤四：得到反应力锥结构，从而得到具体的电缆软接头的结构。2.根据权利要求1所述的一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，所述参数包括直流电缆导体发热产生的热流Wc，直流电缆本体绝缘外表面半径R，直流电缆导体半径rc，电缆绝缘层导热系数ρT1，直流电缆的额定载流量I，直流电缆导体的单位长度电阻值RΩ。3.根据权利要求2所述的一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，通过式(1)，直流电缆终端内导体发热产生的热流Wc，Wc＝I2RΩ(1)通过式(2)，得到直流电缆本体绝缘内外表面的温差，如下：其中，θc—直流电缆导体稳定运行温度，θs—直流电缆本体绝缘外表面温度，π—圆周率。4.根据权利要求1所述的一种模注型柔性直流电缆软接头反应力锥结构设计方法，其特征是，所述步骤二，对于所有绝缘材料，绝缘体积电阻系数均随温度上升而呈指数曲线下降，XLPE电阻率用下式(3)表示：ρ＝ρ0·e-aθ(3)其中ρ0—温度为0℃时的电阻系数，α—XLPE的电阻率温度系数，θ—温度，e—自然常数；绝缘材料的电阻系数不仅与温度有关，而且与所加电场强度有关，绝缘电阻系数则用下式(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙啸，杨黎明，朱智恩，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32