[发明专利]一种塑料绝缘高压直流电缆终端用应力控制体

说明书

技术领域

本发明涉及一种塑料绝缘高压直流电缆终端用应力控制体。

背景技术

高压直流电缆在海岛供电、大城市供电增容、风力发电输送、海上石油和天然气平台供电、独立电网连接等方面与交流电缆相比优点明显。国外塑料绝缘高压直流电缆已大量应用，而国内尚无塑料绝缘高压直流电缆线路运行，近几年刚刚获批的三条交联聚乙烯绝缘高压直流电缆线路均在建设中。在电缆终端采用带有应力锥的应力控制体是解决电缆端部电场集中的有效方法之一。预制式橡胶终端主要应用硅橡胶和乙丙橡胶制作应力控制体。在交流情况下，塑料绝缘电缆终端内的电场分布与各材料的介电常数有关，终端中各材料的介电常数在电缆终端的允许工作温度范围内没有显著变化。现有公开报道的交流电缆终端结构设计和电场分布计算都是在假定各材料的电阻率和介电常数不变的情况下进行。计算结果表明，在高压交流电缆终端无缺陷的理想状况下，终端内的最大电场强度位于电缆交联聚乙烯绝缘的内表面。但在直流条件下，电场分布主要取决于各材料的电导率，而终端中某些材料的电导率随温度和电场强度的改变而明显变化，因此在高压直流电缆终端结构设计和电场分布计算中必须充分考虑温度和电场强度对材料电导的影响。塑料绝缘高压直流电缆终端内的绝缘材料通常有聚乙烯、交联聚乙烯、硅橡胶、乙丙橡胶、硅油、硅脂、聚异丁烯等，不同材料的电导特性可能存在较大差异，且其中每一种材料的电导特性都可能随分子结构、成分的微小变化而明显改变。此外，直流电缆终端与交流电缆终端还有一个显著差异，空间电荷对电场分布有显著影响，在极性反转情况下，空间电荷可使最大电场强度增加70％。因此，无法通过数学手段推导出塑料绝缘高压直流电缆终端内的电场分布计算公式，目前较好的方法是利用多物理场耦合软件通过模拟仿真优化设计塑料绝缘高压直流电缆终端结构。研究结果表明，塑料绝缘高压直流电缆终端内的最大电场强度位置受诸多因素影响，不一定位于电缆交联聚乙烯绝缘的内表面。目前未见充分考虑以上所提各因素的160kV以上塑料绝缘高压直流电缆终端设计方案公开报道。

发明内容

本发明的目的是解决现有设计的塑料绝缘高压直流电缆终端中电场分布不合理、没有合格的160kV以上塑料绝缘高压直流电缆终端的问题，提供了一种塑料绝缘高压直流电缆终端用应力控制体。

本发明一种塑料绝缘高压直流电缆终端用应力控制体是由增强绝缘体和应力锥组成，应力锥设置在增强绝缘体的一侧端口处，应力锥为喇叭状，应力锥的内锥面曲线为三次贝塞尔曲线，增强绝缘体的另一侧端口为梯形；塑料绝缘高压直流电缆终端用应力控制体扩径后安装到电缆端部；

其中增强绝缘体是由高性能硅橡胶基电导非线性绝缘材料或三元乙丙橡胶基电导非线性绝缘材料制成；所述的高性能硅橡胶基电导非线性绝缘材料为混炼硅橡胶基电导非线性绝缘材料或液体硅橡胶基电导非线性绝缘材料；

所述的混炼硅橡胶基电导非线性绝缘材料按重量份数由100份混炼硅橡胶，10～20份非线性功能填料，5～20份气相法白炭黑，0.5～3份纳米三氧化二铁，0.5～5份二苯基硅二醇和0.5～1.5份有机过氧化物制成，非线性功能填料由纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米碳化硅、碳纳米管、导电炭黑和纳米石墨组成，其中混炼硅橡胶为热硫化混炼型硅橡胶，气相法白炭黑的粒径为10nm～100nm，纳米三氧化二铁的粒径为10nm～100nm，纳米氧化锌的粒径为10nm～100nm，纳米二氧化钛的粒径为10nm～100nm，纳米碳化硅的粒径为10nm～100nm，碳纳米管的直径为5nm～80nm、管长为1μm～15μm，所述的碳纳米管为单臂碳纳米管、双臂碳纳米管或多壁碳纳米管，导电炭黑的粒径为10nm～100nm，纳米石墨的片厚为10nm～100nm、片径为1μm～2μm；

所述的液体硅橡胶基电导非线性绝缘材料按重量份数由100份液体硅橡胶和10～20份非线性功能填料制成，非线性功能填料由纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米碳化硅、碳纳米管、导电炭黑和纳米石墨组成；其中液体硅橡胶为聚合度100～2000的双组分液体硅橡胶，纳米氧化锌的粒径为10nm～100nm，纳米二氧化钛的粒径为10nm～100nm，纳米碳化硅的粒径为10nm～100nm，碳纳米管的直径为5nm～80nm、管长为1μm～15μm，所述的碳纳米管为单臂碳纳米管、双臂碳纳米管或多壁碳纳米管，导电炭黑的粒径为10nm～100nm，纳米石墨的片厚为10nm～100nm、片径为1μm～2μm；