PDF《硅脂对交联聚乙烯绝缘与硅橡胶界面电场的影响》

硅脂对交联聚乙烯绝缘与硅橡胶界面电场的影响 方春华1 , 刘浩春1 , 任志刚2 , 郭卫2 , 李景1 , 张帅1 , 周雨秋1 (1.

三峡大学电气与新能源学院, 湖北 宜昌 443002;

2. 国网北京电力科学研究院, 北京 100075) 摘要: 在交联聚乙烯绝缘与硅橡胶界面涂抹硅脂是制作电缆中间接头的一个关键步骤, 但实际制作电缆接 头时, 由于现场施工人员对硅脂认识不足, 常有硅脂漏涂、 涂抹不均匀的情况, 而硅脂对界面电场的影响研 究尚未见报道, 为此建立10 kV电缆中间接头三维有限元模型, 分析硅脂有、 无;

涂抹均匀和不均匀时的电场 分布规律, 同时还研究了硅脂对杂质缺陷电场的抑制作用.仿真结果表明, 未涂抹硅脂时, 界面最大场强比 涂抹硅脂时增大了3.79倍;

硅脂涂抹不均匀时, 涂抹不均匀处最大场强比均匀涂抹硅脂时增加2.8倍.未涂 抹硅脂、 硅脂涂抹不均匀均会造成界面电场严重畸变.且硅脂涂抹不均匀时, 空气隙处场强与其到外半导 切断处轴向距离及空气隙厚度均成反比关系.此外界面存在杂质缺陷时, 涂抹硅脂情况下电场强度远小于 未涂抹硅脂时电场强度.说明涂抹硅脂对杂质缺陷的电场有很好的优化作用.规范涂抹硅脂是施工不可 缺少的环节. 关键词: 电缆中间接头;

交联聚乙烯绝缘与硅橡胶界面;

硅脂;

电场影响 Effect on Electric Field of Silicone Grease on XLPE/Silicone Rubber Interface FANG Chunhua1 , LIU Haochun1 , REN Zhigang2 , GUO Wei2 , LI Jing1 , ZHANG Shuai1 , ZHOU Yuqiu1 (1. College of Electrical Engineering and New Energy, China Three Gorges University, Hubei Yichang 443002, China;

2. State Grid Beijing Electric Power Research Institute, Beijing 100075, China) Abstract: The application of silicone grease at the interface of XLPE/silicone rubber is a key step in the production of cable intermediate joints. However, staff members are not sufficiently aware of the importance of application of sili? cone grease. It'

s often to find silicone grease not applied or unevenly smeared. The effect of silicone grease on the in? terface electric field has not been reported. Therefore, this paper established a three?dimensional finite element mod? el of the

10 kV cable intermediate joint to analyze the electric field distribution under three working situations, that silicon grease is applied or not;

silicon grease is distributed evenly and unevenly;

and the focus on the inhibitory ef? fect of silicone grease on other defects. The simulation results show that,when no grease is applied,the maximum field strength of the interface is 3.79 times larger than that of when silicon grease is applied,the maximum field strength under the situation that silicon grease is distributed unevenly is 2.8 times larger than that of when the silicon grease is unevenly applied. Absence of silicone grease and unevenly distributed silicon smearing both cause serious distortion of the interface electric field distribution. In addition, when there is a main insulation impurity in the sili? cone grease, the electric field strength of the coated silicone grease is much lower than that of the uncoated silicone grease. It shows that the application of silicone grease has optimizing function on electric field distribution under im? purity defects situation. Applying silicone grease is an indispensable part of on construction. Key words: cable intermediate joint;

interface of XLPE/silicone rubber;

silicone grease;

effect on electric field 第55卷第4期: 0065-0071 2019年4月16日High Voltage Apparatus Vol.55, No.4: 0065-0071 Apr. 16,

2019 DOI:10.13296/j.1001-1609.hva.2019.04.010 收稿日期: 2018?08?08;

修回日期: 2018?10?17 2019年4月第55卷第4期0引言 近年来电力电缆故障频见报道, 电力电缆投运 几年就出现各类故障, 甚至出现中间接头爆炸的事 故[1-3] .事实上, 由于电缆中间接头现场制作时, 受 到现场把关职工、 施工技术人员水平限制, 一些违 规操作会造成接头存在缺陷, 一旦中间接头内部制 作完成即被隐蔽, 而其中所包含的缺陷就给电缆中 间接头的运行带来潜在威胁. 实际电缆中间接头制作时一般会在附件主绝 缘与电缆绝缘界面均匀涂覆硅脂, 以保证界面紧密 贴合, 界面涂覆硅脂是确保电缆与附件界面密封 性、 界面沿面耐电强度的唯一手段[4] .但由于现场 技术人员对涂抹硅脂这一施工流程认识不深, 容易 造成漏涂, 涂抹不均匀, 涂抹过程中混入杂质的情 况, 而这些情况对接头电场影响的研究尚未见报 道.文[4]通过有限元仿真比较了涂抹普通硅脂 (CSG)和氟化硅脂(FSG)时对电缆中间接头界面特性 的影响;

文[5]通过 COMSOL 有限元仿真软件对主绝 缘划伤、 接头含杂质、 连接管错用绝缘胶带、 接头受 潮四种典型缺陷做了电场计算;

文[6]对10 kV 电缆 接头连接管存在空气隙缺陷时, 空气隙厚度对电场 分布影响作了研究, 并利用振荡波测试系统对缺陷 做了高压试验;

文[7-14]通过建立电缆中间接头模 型, 计算了不同部位含空气隙对该处电场的影响. 这些文献从不同角度分析了不同接头缺陷对电场 的影响, 对实际工程应用中有很大的参考价值, 但 上述文献中部分有限元模型搭建较为简化, 应力锥 处、 接头内外半导层未作倒角, 并未加入硅脂层, 与 电缆接头内部真实结构有一定差异.且部分存在 一些非对称缺陷的研究中, 使用二维模型的情况, 不能真实模拟接头实际情况. 文中以时谐电磁场公式为基础, 对界面涂抹硅 脂、 未涂抹硅脂、 硅脂涂抹不均匀、 涂抹硅脂时存在 杂质、 未涂抹硅脂含有杂质

5 种情况的电场分布通 过有限元软件进行计算, 研究这

5 种情况下的电场 分布情况.通过与正常情况下电场的对比来探究 未涂抹硅脂时电场的变化,以及硅脂涂抹不均匀时 对界面电场的影响.并重点研究了硅脂涂抹不均 匀时空气隙不同位置、 厚度与电场关系.此外将涂 抹硅脂时存在杂质缺陷与未涂抹硅脂含有杂质缺 陷电场分布作比较,进一步地分析涂抹硅脂对杂质 缺陷处电场的优化作用.

1 电场数值计算理论与中间接头模型建立 1.1 电场数值计算理论 由于目前在用的高压电气........