一种35kV屏蔽型可分离连接器及其设计方法技术

本发明专利技术的一个技术方案是提供了一种35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种35kV屏蔽型可分离连接器，采用上述的方法设计得到，其特征在于，包括主体以及设于主体内的两个应力锥组件；应力锥组件包括绝缘组件以及位于绝缘组件上、下两端的上半导电组件以及下半导电组件；绝缘组件采用三元乙丙橡胶制成。本发明专利技术提供的一种35kV屏蔽型可分离连接器采用屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层的三层结构以及应力锥组件构成整体，在设计上通过有限元仿真设计及优化，将产品结构调整至最优状态，提高产品整体性能。提高产品整体性能。提高产品整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种35kV屏蔽型可分离连接器及其设计方法


[0001]本专利技术涉及一种35kV屏蔽型可分离连接器，以及该35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法。

技术介绍

[0002]35kV屏蔽型可分离连接器可以实现单相或三相绝缘电缆直接和开关柜的进出线套管、电缆分支箱的穿墙套管连接，为开关柜和电缆分支箱提供全绝缘的安全线路，在电网中使用广泛。35kV屏蔽型可分离连接器通常连接电缆和设备套管的金属件是有外包处理的，并对电场分布状态予以了全面考虑，主体绝缘内部以及外部均设置了半导体电屏蔽层，从而有效回避了诸如导体连接处电场畸变、电缆绝缘轴向收缩以及切割电缆绝缘反应力锥等难题。现有的35kV屏蔽型可分离连接器通常包括外屏蔽层、中间绝缘层、内屏蔽层、双头螺栓、绝缘塞及其塞盖、容性测试点、接地孔、压接端子以及电缆适配器等部件。
[0003]目前，国内制造35kV屏蔽型可分离连接器的公司多以仿制为主，无法达到产品革新的要求。国内具有自主研发能力的相关企业对于35kV可分离连接器分析与设计都停留在较低仿真阶段，并未从系统分析的角度去考虑产品的设计开发。例如于2013年11月20日公开的、公开号为CN102142623 B的中国专利技术专利仅公开了35kV屏蔽型可分离连接器及采用该35kV屏蔽型可分离连接器的扩展方法，并未涉及该35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：从材料、电磁、结构、温度场耦合的角度去系统地研究35kV屏蔽型可分离连接器的产品设计开发原理，以提升产品的使用性能与市场竞争力。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]步骤1、选用三元乙丙橡胶作为制作35kV屏蔽型可分离连接器的原材料；
[0007]步骤2、根据三元乙丙橡胶材料弹性模量值，建立35kV屏蔽型可分离连接器三维仿真模型，通过界面压力仿真计算，合理选择过盈量范围；
[0008]步骤3、通过橡胶/XLPE双层介质界面击穿特性试验，提出界面压力与界面击穿场强的关系，指导电场优化设计；
[0009]步骤4、根据时
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温等效原理，研究35kV屏蔽型可分离连接器绝缘的永久形变率和使用寿命的关系；
[0010]步骤5、根据三元乙丙橡胶材料介电性能测量结果，基于ANSYS电场仿真软件，建立三维仿真模型，得出35kV屏蔽型可分离连接器最佳电场优化后的结构设计方案；
[0011]步骤6、建立三维仿真模型，研究界面缺陷存在时对35kV屏蔽型可分离连接器界面电场分布的影响，核实并改进电场优化结构；
[0012]步骤7、根据弹塑性力学方程，研究35kV屏蔽型可分离连接器扩张形变规律；
[0013]步骤8、设计35kV屏蔽型可分离连接器的应力锥组件、内外屏蔽结构，优化电场分布；
[0014]步骤9、进行产品开模及试模，完成公司内验证试验后，进行型式试验。
[0015]优选地，步骤2中，对于400mm2截面电缆，确定：35kV屏蔽型可分离连接器中所采用的应力锥组件与电缆绝缘之间的参考过盈量为1.3mm；应力锥组件与35kV屏蔽型可分离连接器的本体之间的参考过盈量为1.4mm。
[0016]优选地，步骤3中，对于400mm2截面电缆，35kV屏蔽型可分离连接器的本体的最大电场为3.5kV/mm，位于35kV屏蔽型可分离连接器的内屏蔽管过渡圆弧处；电缆绝缘上的最大电场为4.73k V/mm，位于应力锥组件根部与电缆绝缘的交界面上；电缆绝缘与应力锥组件交界面的最大切向场强为
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0.57kV/mm，位置与电缆绝缘最大电场相同。
[0017]优选地，步骤5中，对工作电压45kV和耐压电压117kV电压下的35kV屏蔽型可分离连接器电场强度分布进行计算，同时还分析了三元乙丙橡胶热处理与否对连接器电场分布的影响，计算结果表明：
[0018]工作电压下，35kV屏蔽型可分离连接器内部最大电场强度为4.9kV/mm左右，位于应力锥组件与电缆绝缘的交界面上，其值远小于绝缘击穿场强；
[0019]工作电压下，界面轴向电场的最大值位于底部应力锥组件端部，但值仍小于规定的最大轴向电场值2kV/mm，35kV屏蔽型可分离连接器在最大工作电压下可以安全运行；
[0020]耐压试验电压下，35kV屏蔽型可分离连接器内部最大电场强度值为12.9kV/mm左右，位于交联聚乙烯层，其值仍小于绝缘击穿场强；
[0021]耐压试验电压下，界面轴向电场的最大值位于底部应力锥组件端部，以及35kV屏蔽型可分离连接器的内屏蔽与绝缘界面，且均大于最大轴向电场值2kV/mm，35kV屏蔽型可分离连接器在试验电压下运行时，这些部位可能会发生界面放电；
[0022]对比三元乙丙橡胶材料热处理与否对电场强度的影响可知，在热处理后的橡胶材料作用下，各部分电场强度比未处理的材料作用时低，三元橡胶热处理有助于降低35kV屏蔽型可分离连接器内部电场强度。
[0023]本专利技术的另一个技术方案是提供了一种35kV屏蔽型可分离连接器，采用上述的方法设计得到，其特征在于，包括主体以及设于主体内的两个应力锥组件；
[0024]主体包括T型结构的前插件以及T型结构的后插件，前插件的水平部分与后插件的水平部分相接，构成主体的水平部分，用于插入开关柜套管；前插件以及后插件的竖直部分分别用于插入两根电缆导体；
[0025]前插件包括前插件主绝缘、位于前插件主绝缘外的前插件外屏蔽以及位于前插件主绝缘竖直部分内的前插件内屏蔽；开关柜套管自前插件外屏蔽水平部分的一侧插入主体的水平部分内，前插件外屏蔽水平部分的另一侧与后插件的水平部分的一侧相接；
[0026]后插件包括后插件主绝缘、位于后插件主绝缘外的后插件外屏蔽、位于后插件主绝缘竖直部分内的后插件内屏蔽以及后插件屏蔽管；后插件主绝缘的水平部分与前插件主绝缘的水平部分相接；后插件外屏蔽水平部分的一侧与前插件外屏蔽水平部分的另一侧相接；
[0027]主体的水平部分内设有前后插连接铜管；前后插连接铜管外套设有后插件屏蔽管；前后插连接铜管的两侧分别设有铜端子一以及铜端子二；铜端子一被连接固定在前后
插连接铜管与开关柜套管之间；铜端子二被连接固定在前后插连接铜管与绝缘堵头之间；绝缘堵头位于后插件内屏蔽水平部分的另一侧端部内；绝缘堵头上安装封帽，由封帽将后插件内屏蔽水平部分的另一侧端口封闭；
[0028]铜端子一以及铜端子二的上端部位于前后插连接铜管的两侧，其主体部分分别位于前插件内屏蔽及后插件内屏蔽内；前插件内屏蔽及后插件内屏蔽的上端与后插件屏蔽管连接固定，下端分别与两个应力锥组件的上端相接；两根电缆导体分别穿过两个应力锥组件后，与铜端子一以及铜端子二连接；
[0029]应力锥组件包括绝缘组件以及位于绝缘组件上、下两端的上半导电组件以及下半导电组件；绝缘组件采用三元乙丙橡胶制成；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、选用三元乙丙橡胶作为制作35kV屏蔽型可分离连接器的原材料；步骤2、根据三元乙丙橡胶材料弹性模量值，建立35kV屏蔽型可分离连接器三维仿真模型，通过界面压力仿真计算，合理选择过盈量范围；步骤3、通过橡胶/XLPE双层介质界面击穿特性试验，提出界面压力与界面击穿场强的关系，指导电场优化设计；步骤4、根据时
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温等效原理，研究35kV屏蔽型可分离连接器绝缘的永久形变率和使用寿命的关系；步骤5、根据三元乙丙橡胶材料介电性能测量结果，基于ANSYS电场仿真软件，建立三维仿真模型，得出35kV屏蔽型可分离连接器最佳电场优化后的结构设计方案；步骤6、建立三维仿真模型，研究界面缺陷存在时对35kV屏蔽型可分离连接器界面电场分布的影响，核实并改进电场优化结构；步骤7、根据弹塑性力学方程，研究35kV屏蔽型可分离连接器扩张形变规律，根据材料特性和力学形变公式，将扩张后的连接器最优电场结构进行撤力结构恢复到生产尺寸；步骤8、设计35kV屏蔽型可分离连接器的应力锥组件、内外屏蔽结构，优化电场分布；步骤9、进行产品开模及试模，完成公司内验证试验后，进行型式试验。2.如权利要求1所述的一种35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法，其特征在于，步骤2中，对于400mm2截面电缆，确定：35kV屏蔽型可分离连接器中所采用的应力锥组件与电缆绝缘之间的参考过盈量为1.3mm；应力锥组件与35kV屏蔽型可分离连接器的本体之间的参考过盈量为1.4mm。3.如权利要求1所述的一种35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法，其特征在于，步骤3中，对于400mm2截面电缆，35kV屏蔽型可分离连接器的本体的最大电场为3.5kV/mm，位于35kV屏蔽型可分离连接器的内屏蔽过渡圆弧处；电缆绝缘上的最大电场为4.73k V/mm，位于应力锥组件根部与电缆绝缘的交界面上；电缆绝缘与应力锥组件交界面的最大切向场强为
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0.57kV/mm，位置与电缆绝缘最大电场相同。4.如权利要求1所述的一种35kV屏蔽型可分离连接器的设计方法，其特征在于，步骤5中，对工作电压45kV和耐压电压117kV电压下的35kV屏蔽型可分离连接器电场强度分布进行计算，同时还分析了三元乙丙橡胶热处理与否对连接器电场分布的影响，计算结果表明：工作电压下，35kV屏蔽型可分离连接器内部最大电场强度为4.9kV/mm左右，位于应力锥组件与电缆绝缘的交界面上，其值远小于绝缘击穿场强；工作电压下，界面轴向电场的最大值位于底部应力锥组件端部，但值仍小于规定的最大轴向电场值2kV/mm，35kV屏蔽型可分离连接器在最大工作电压下可以安全运行；耐压试验电压下，35kV屏蔽型可分离连接器内部最大电场强度值为12.9kV/mm左右，位于交联聚乙烯层，其值仍小于绝缘击穿场强；耐压试验电压下，界面轴向电场的最大值位于底部应力锥组件端部，以及35...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳松，陆晓波，范永生，孙琦淼，董邦伟，倪敏，
申请(专利权)人：上海捷锦电力新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：