关于高压电缆附件的界面压力相关因素研究

邓雪

摘要：要想使电缆附件运行的可靠性及安全性得到有效保证，便有必要控制高压电缆附件的界面压力。而实践工作发现，影响高压电缆附件界面压力的因素较多。因此，本文在分析高压电缆附件的界面压力影响因素的基础上，进一步提出相对应的预防控制措施，以期提高高压电缆附件运行的可靠性及安全性。

关键词：高压电缆附件;界面压力;影响因素

近年来，在社会经济稳步发展的背景下，我国电力输配电工程事业发展迅速。而基于电力输电线路层面来看，电缆附件在其中起到了很重要的作用。在确保电缆附件质量及安全性的基础上，可以确保电力系统正常、稳定运行。但是，实践工作发现存在较多的因素会对高压电缆附件的界面压力造成影响。考虑到电缆附件运行的可靠性及安全性，因此本文围绕“关于高压电缆附件的界面压力相关因素”进行分析研究具备一定的价值意义。

1.      粗糙度影响因素及预防控制对策分析

1.1   粗糙度因素

材料的表面存在粗糙高低不平的情况，在两类材料以直接的方式相接觸的情况下，易形成“半实半空接触”的模式。同时，所存在的空隙，易导致界面呈现局部放电情况，使得电气强度降低。在界面慢慢加压之后，界面接触面会变大，空隙缺陷会变少，界面电气强度会慢慢提升。相关学者经对“乙丙橡胶 / 硅橡胶夹层界面的击穿强度与面压之间的关系”进行了研究，研究结果显示：界面电气强度会随着面压呈现线性增长势态。基于理想状态条件下，在外界压力增加至一定值得情况下，界面接触完好，没有气隙缺陷情况存在，这个时候界面电气强度会趋近材料本体击穿场强[1]。反之，如果界面压力很低，在材料表面粗糙度越高的情况下，界面击穿强度会降低，接近空气击穿强度。如下图1所示，为界面电气强度与界面压力、材料表面光滑度的关系图。

1.2   预防控制对策

结合上述因素分析，所以基于一定界面压力条件下，考虑到界面介电特性的提升，需基于电缆附件安装期间，针对电缆表面采取细砂打磨，使其光滑度得到有效提升。与此同时相关研究显示，可采取≥400目砂纸打磨电缆绝缘表面。并且，因绝对光滑平整的材料表面难以有效实现，考虑到电缆附件界面击穿强度的提升，通常需基于材料表面将硅脂涂覆上，使界面空隙能够有效密封 / 填充。此外，考虑到电缆附件运行的可靠性，基于电缆附件设计期间，需将切线 / 沿面场强控制在<1kV/mm，典型值控制在0/4-0.7kV/mm。

2.      温度影响因素及预防控制对策分析

2.1   温度影响因素

基于电缆运行期间，随着温度的上升，会导致电缆绝缘性能减弱。以国际 AEIC 电缆应急运行规范为依据，针对 XLPE 绝缘电缆，基于负荷循环状态条件下运行过程中，允许短期时间，比如在15分钟运行温度上升达到130℃。若 XLPE 材料熔点大概为108℃，而橡胶材料熔点>200℃，那么电缆附件终端或者接头运行温度将比电缆熔点更高。相关学者对XLPE 于乙丙橡胶材料基于不同温度条件下的弹性模量进行测量，结果显示在温度上升的情况下，乙丙橡胶弹性模量不会发生变化，但是 XLPE 弹性模量会逐步降低;在温度>105℃的情况下，XLPE 弹性模量会比乙丙橡胶弹性模量更低[2]。

2.2   预防控制对策

针对冷缩或者预制型电缆附件，通常和电缆过盈配合，使一定的界面压力得到有效实现。如果运行温度比电缆熔点更高，因 XLPE 弹性模量比乙丙橡胶的弹性模量更低，这个时候乙丙橡胶的硬度会高于 XLPE 材料，电缆绝缘会变成容易变形的弹性体。基于电缆附件绝缘过盈界面压力影响下，会使得电缆 XLPE 绝缘压缩变形;在温度下降之后，形变呈现固化现象，出现“竹节”的情况，使电缆绝缘受到损坏。

考虑到上述的“竹节”情况的发生得到有效预防控制，需将高压电缆附件界面压力控制在≤0.3MPa。与此同时，由于温度越高，界面压力损失率会越大;所以，需合理控制温度，将电缆工作温度设置在<70℃。

3.      应力松弛影响因素及预防控制对策分析

3.1   应力松弛影响因素

附件所采取的高弹性硅橡胶，或乙丙橡胶等相关材料，处在高弹态的条件下，呈现出的力学特性会影响电缆附件和电缆绝缘之间的界面压力。然而，该高弹性材料的发展存在时间依赖性，也就是“松弛特性”。如果橡胶材料长时间处在扩张的状态条件下，其内应力会在时间的延长下，呈现由分子运动致使链段随外力方向调整而渐渐减弱的现象，这一现象即为“应力松弛现象”，并且应力松弛会随着温度的上升而逐渐变快。

3.2   预防控制对策

国内相关学者对“附件硅胶绝缘安装之后的扩张率”进行了研究，以时温等效原理为依据，将附件绝缘基于40℃、70℃、90℃条件下的力学松弛特性（面压下降率）反推出来[3]。结果显示：随着温度的上升，应力松弛会使得界面压力降低变快。时温等效原理可以将附件绝缘长时间运行的使用寿命预测出来，同时可以对电缆附件安装初始面压的设计起到指导性作用。

结合上述研究，考虑到电缆附件能够安全可靠地运行，需合理控制附件和电缆绝缘界面的最小界面压力（应力松弛后），将其控制在≥0.1MPa。

4.      结语

综上所述，高压电缆附件界面压力的影响因素较多，主要包括：材料粗糙度因素、温度因素及应力松弛因素。需合理控制材料表面光滑度，将电缆工作温度设置在合理可控范围内，并对附件和电缆绝缘界面的最小界面压力合理控制，以此使高压电缆附件界面压力避免受到诸多不良因素影响，进一步提升电缆附件运行的可靠性及安全性。

参考文献：

[1]    黄亮.高压电缆附件设计环节主要问题探究[J].低碳世界，2019，9（07）：119-120.

[2]    王霞，余栋，段胜杰，张宇巍，张文辉，吴锴，屠德民.高压电缆附件设计环节中几个关键问题探讨[J].高电压技术，2018，44（08）：2710-2716.

[3]    谢强，王晓游，傅明利，惠宝军，刘通.高压电缆接头过盈配合及硅橡胶附件力学性能计算[J].高电压技术，2018，44（02）：498-506.