电场、温度场及空间电荷分布是高压直流(HVDC)交联聚乙烯(XLPE)电缆中间接头设计优化的重要参数。为此,利用COMSOL仿真软件计算了组合预制式、整体预制式2种电缆中间接头的电场分布、温度场分布、以及空间电荷分布,并分析了不同类型电缆中间接头各自的特点,提出了选型建议;针对2种类型的电缆中间接头,研究了材料参数、结构尺寸等因素对其性能的影响。结果表明:相较于整体预制式电缆中间接头,组合预制式电缆中间接头拥有更好的应用前景;通过对材料参数以及尺寸的研究发现,当使用硅橡胶(SR)作为电缆附件主要绝缘材料且硅橡胶电导率与电缆本体绝缘XLPE电导率的比值k约为10时,绝缘界面上的电场、温度场和空间电荷分布最优;优化应力锥曲线曲率半径、压接管厚度、内屏蔽层厚度等尺寸均能改善电场分布,且尺寸变化所达到的优化效果不如材料改性的优化效果显著,但却更具针对性 

转载 。因此高压直流电缆中间接头的设计应以材料研制为主,以尺寸修正为辅。 因此对界面的空间电荷分析是研究高压直流电缆中间接头的关键。如图3所示为电缆中间接头仿真模型，文中的界面仅指主绝缘（XLPE）与增强绝缘的交界面，即acdefgh面。a、g代表应力锥根部，而d、e代表高压屏蔽端部。虽然组合预制式中间接头的增强绝缘与绝缘主体（环氧树脂）之间也存在界面，但该界面电场强度值相对较小，且空间电荷累积不明显，因此文中不予讨论。3.1电缆中间接头界面的电场分布分析±320kV电压等级电缆中间接头的电场分布云图以及界面的电场分布分别如图4、图5所示。图4图1整体预制式电缆中间接头结构图2组合预制式电缆接头结构图3电缆中间接头仿真模型F1材料参料环氧树脂SR/三元乙丙橡胶XLPE半导电材料相对介电常数3.832.251000中x、y表示坐标轴。图4、图5中(a)、(b)分别为相同温度、相同电压等级下组合预制式和整体预制式电缆中间接头的电场强度分布。2种类型电缆中间接头的最大电场强度E都出现在应力锥根部电缆中间接头电场-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港电动滚圆机滚弧机弯管机，其值为7MV/m。组合预制式电缆中间接头高压屏蔽端处的电场强度为4.3MV/m，而整体预制式电缆中间接头高压屏蔽端处的电场强度为0.9MV/m。3.2电缆中间接头界面的空间电荷分布分析若双层介质中不存在空间电荷，且材料的电场则双层介质界面两侧将对应2个不同的电场强度值，界面之间会出现电场强度差，从而造成电场强度集中。空间电荷能够解决这一问题，但空间电荷过量会加速绝缘的老化，因此空间电荷量应该控制在一个合理的范围，并在该范围内取最小值。图6为界面acdefgh处的空间电荷分布图。整体预制式电缆中间接头空间电荷密度最大值出现在应力锥根部，为8.6C/m3；而组合预制式中间接头空间电荷密度最大值出现在高压屏蔽的端部，为0.36C/m3，在其应力锥根部也出现了负电荷的积累，空间电荷密度值为0.1C/m3。由此说明组合预制式电缆中间接头相较于整体预制式电缆中间接头的空间电荷积累更少。由文献[15]可知，电缆中间接头界面电荷的极性与较高电导率、较高介电常数的介质所在一侧的电极极性相同，而SR电导率远高于XLPE，因此界面电荷极性与SR侧的电极极性相同，以负电荷为主。由图4可知，本文在SR与XLPE界面处积累的电荷为负电荷。文献[15]中对SR/XLPE双层介质试样在不同温度梯度场下加载平均电场强度为6MV/m的电场时，测量得到的空间电荷密度大小在1C/m3左右；而本文的仿真结果中，当界面电场强度在0~7MV/m之间时，空间电荷密度的大小范围为图5电缆电缆中间接头电场-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港电动滚圆机滚弧机弯管机  转载