CN205377244U - 一种用于高压直流电缆附件的应力锥 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于高压直流电缆附件的应力锥，该应力锥包括应力锥端部、以及与所述应力锥端部相连接的应力锥开口部，所述应力锥开口部呈喇叭口形状，所述应力锥端部为轴向中空结构用于压紧电缆绝缘表面。本实用新型的有益效果是：采用本实用新型的应力锥结构形状，通过优化应力锥开口部弧面曲线和应力锥弧面长度，可良好提升应力锥的电场均布能力，减小因材料属性变化导致其性能变化影响，使电缆与电缆附件交界面上的电场强度均匀分布，良好控制电缆与电缆附件交界面处的最大切向电场强度，使其小于电缆与电缆附件所用材料的橡胶材料表面闪络电场强度，确保高压直流输电安全稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种用于高压直流电缆附件的应力锥。
背景技术
高压直流输电具有线路损耗小、传输容量大、运行稳定性高等优点，主要用于远距离大容量输电、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络等方面，目前越来越受国内重视。但相比于较成熟的高压交流输电，高压直流输电的应用受电缆附件技术发展水平限制。
预制橡胶应力锥是电缆及其附件在高压输电过程中的作为均化电缆附件电场的关键部件，当电缆绝缘屏蔽被切断时，其能恰当地改善半导电屏蔽(或护套)断开处和线芯接续处的电场，使电力电缆绝缘屏蔽层切断处的场强趋势均匀分布,从而可大大减少屏蔽层附近的电场集中，防止电缆附件被击穿，因此其性能能否达到要求至关重要,这关系到电缆附件的实际使用效果。
目前应用于电缆附件的应力锥主要采用硅橡胶和三元乙丙橡胶注压成型，主要关注的是应力锥的紧压力对电缆附件电气性能的影响，对其在电场均化方面的性能改善提及很少。
高压直流电缆附件是高压直流输电过程中不可或缺的关键元件，其技术发展水平直接影响高压直流输电的安全和稳定性。然而，高压直流输电一直未得到推广使用，这是因为在直流电压下，直流电缆附件的电场问题比较复杂，电缆绝缘层中极易积累空间电荷，导致绝缘层局部电场畸变，达到正常工作场强的7～8倍，可能导致绝缘的击穿，因此需采用应力锥对电缆附件的电场进行均化。但是在直流电场下，由于电缆附件的材料的电导率随温度、电场的变化非常明显，有时能达几个数量级的差异，而材料电导率的变化会影响应力锥均化电场的能力，导致均化电场的效果受到影响，容易出现电场在应力锥端部集中，导致电缆击穿。因此，若在高压直流输电系统中电缆附件的应力锥依然采用交流高压输电用的普通形状应力锥，会导致其均化电场能力变差，且随着使用时间延长和环境温度升高，易出现电缆附件击穿现象。
实用新型内容
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种用于高压直流电缆附件的应力锥。
本实用新型提供了一种用于高压直流电缆附件的应力锥，该应力锥包括应力锥端部、以及与所述应力锥端部相连接的应力锥开口部，所述应力锥开口部呈喇叭口形状，所述应力锥端部为轴向中空结构用于压紧电缆绝缘表面。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥端部呈圆柱状，所述应力锥端部内部为中空圆柱形。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥壁厚不小于20mm。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥端部的孔内径小于电缆的绝缘外径。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥开口部的张开弧度由所述应力锥端部不断增大至所述应力锥开口顶端。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥开口部的弧面切线倾斜角由应力锥开口部底端逐步增大到设定值，所述设定值不大于20°。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥开口部外径呈设定角度扩开，所述设定角度不大于40°。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥开口部长度不小于200mm。
作为本实用新型的进一步改进，所述应力锥采用硅橡胶材料或三元乙丙橡胶材料。
本实用新型的有益效果是：采用本实用新型的应力锥结构形状，通过优化应力锥开口部弧面曲线和应力锥弧面长度，可良好提升应力锥的电场均布能力，减小因材料属性变化导致其性能变化影响，使电缆与电缆附件交界面上的电场强度均匀分布，良好控制电缆与电缆附件交界面处的最大切向电场强度，使其小于电缆与电缆附件所用材料的橡胶材料表面闪络电场强度，确保高压直流输电安全稳定。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型公开了一种用于高压直流电缆附件的应力锥1，该应力锥1包括应力锥端部2、以及与所述应力锥端部2相连接的应力锥开口部3，所述应力锥开口部3呈喇叭口形状，所述应力锥端部2设有用于压紧电缆绝缘表面的轴向中空结构。
所述应力锥端部2呈圆柱状，所述应力锥端部2内部为中空圆柱形。
如图2所示，喇叭口形状弧面要求弧线平缓光滑。
应力锥1具有一定的壁厚，应力锥壁厚T不小于20mm。
应力锥端部2的轴向中空结构主要与电缆屏蔽层接触，提供一定的压紧力确保应力锥1与电缆屏蔽层合理有效压接。轴向中空结构的内径D需根据具体使用时电缆的屏蔽层外径进行调整，要求其内径D要小于电缆的绝缘外径。如应力锥1用于某高压直流输电线路，电缆绝缘外径若为105mm，则应力锥端部2内径因小于105mm，确保应力锥端部2能有效合理压紧电缆绝缘表面。
应力锥开口部3为喇叭口张开状，如图2剖面图所示，张开弧度由应力锥端部2不断增大，弧面切线倾斜角由应力锥开口部底端31(0°)逐步增大到β，β值要求不大于20°，并要求喇叭口内弧面平缓光滑。应力锥开口部3外径呈一定锐角扩开，如图2剖面图所示，其张开角度为α值，α要求不大于40°，以保证其开口部橡胶有一定的厚度。
应力锥开口部3长度为L1，L1值要求不小于200mm，但也不能过长。
应力锥1总长度L可根据如下公式进行预先计算：
L＝[U*Ln(Ln(R1/r)/Ln(R2/r))]/E
根据计算的理论总长度L即可初步约定应力锥端部的长度。端部具体长度需根据实际使用工况稍作调整。具体长度不做约定，需保证应力锥1能提供有效的预紧力，确保应力锥内侧面与电缆屏蔽表面合理有效压接。
公式中:U为工频电压，R1为增强绝缘半径(即应力锥端部外径D2/2),R2为电缆绝缘外半径，r为电缆屏蔽层半径(即应力锥端部内径D1/2)，E为应力锥开口顶端理论设计场强(具体值根据设计需要约定)。
应力锥开口部顶端32要求平缓光滑，呈一定的弧度变化，具体弧度变化情况不做约定。
应力锥1材料可采用硅橡胶材料或三元乙丙橡胶材料。
应力锥端部2与应力锥开口部3相连接包括：应力锥端部2和应力锥开口部3两部分连接在一起，或者应力锥端部2和应力锥开口部3一体成型。
本实用新型的应力锥，通过优化应力锥开口端3的开口幅度和弧面长度，使应力锥1在高压直流输电时，良好均化电缆附件电场，消除应力锥端部1电场应力集中，避免电缆击穿，确保高压直流输电线路及其电缆附件安全可靠。
在直流电场下，由于电缆附件的材料的电导率随温度、电场的变化非常明显，因此高压直流输电导致的应力锥材料电导率发生变化将影响其电场均布能力，导致电缆绝缘屏蔽层切断处的轴向场强较大，易出现电缆及其附件绝缘部分击穿现象。
采用本实用新型的应力锥1结构形状，通过优化应力锥开口部3弧面曲线和应力锥弧面长度，可良好提升应力锥1的电场均布能力，减小因材料属性变化导致其性能变化影响，使电缆与电缆附件交界面上的电场强度均匀分布，良好控制应力锥橡胶外表面的最大切向电场强度，使其小于应力锥橡胶材料表面闪络电场强度，确保高压直流输电安全稳定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于高压直流电缆附件的应力锥，其特征在于：该应力锥包括应力锥端部、以及与所述应力锥端部相连接的应力锥开口部，所述应力锥开口部呈喇叭口形状，所述应力锥端部为轴向中空结构用于压紧电缆绝缘表面；所述应力锥开口部的张开弧度由所述应力锥端部不断增大至所述应力锥开口顶端。
2.根据权利要求1所述的应力锥，其特征在于：所述应力锥端部呈圆柱状，所述应力锥端部内部为轴向中空圆柱形。
3.根据权利要求1所述的应力锥，其特征在于：所述应力锥壁厚不小于20mm。
4.根据权利要求1所述的应力锥，其特征在于：所述应力锥端部的孔内径小于电缆的绝缘外径。
5.根据权利要求1所述的应力锥，其特征在于：所述应力锥开口部的弧面切线倾斜角由应力锥开口部底端逐步增大到设定值，所述设定值不大于20°。
6.根据权利要求1所述的应力锥，其特征在于：所述应力锥开口部外径呈设定角度扩开，所述设定角度不大于40°。
7.根据权利要求1所述的应力锥，其特征在于：所述应力锥开口部长度不小于200mm。
8.根据权利要求1所述的应力锥，其特征在于：所述应力锥采用硅橡胶材料或三元乙丙橡胶材料。
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