35kV冷缩电缆终端头的应力控制是其核心设计目标，直接关系到终端的安全运行和寿命。其原理在于主动管理电缆屏蔽层切断处（即“切断点”）附近的高电场集中（电场畸变）问题，避免局部放电和绝缘击穿。以下是其应力控制原理的详细解析：

一、电场畸变问题的根源

1. 屏蔽层切断处的电场突变

• 电缆本体中，导体与绝缘层之间有一层半导体屏蔽层，其作用是平滑导体表面的电场分布。

• 当制作终端时，需剥除外半导电屏蔽层（暴露绝缘层），此时屏蔽层边缘处电场会从均匀分布突变为高度集中（类似“针尖效应”），形成轴向电场分量和径向电场分量的剧烈增强。

• 若不控制，该处电场强度可达正常值的 5~10倍，易引发局部放电或沿面闪络。

二、冷缩终端的应力控制原理

冷缩终端通过 “几何结构控制” + “材料介电特性控制” 双重手段实现应力优化：

1. 几何结构控制：应力锥设计

• 应力锥（Stress Cone） 是终端内部的关键结构，通常由高介电常数硅橡胶制成，呈锥形轮廓。

• 工作原理：

• 应力锥的锥形斜面将屏蔽层切断点处的集中电场沿轴向逐步分散，使电场强度平滑过渡。

• 电场力线被强制“拉长”并沿锥面均匀分布，避免在一点集中（类似“缓坡泄洪”）。

• 数学本质：

  𝐸∝1𝑟(电场强度与曲率半径成反比)E∝r1(电场强度与曲率半径成反比)

  应力锥增大了电场集中点的等效曲率半径，从而降低场强。

2. 材料介电特性控制：参数梯度设计

• 介电常数（ε）梯度匹配：

• 应力锥材料的介电常数（ε≈20~30）远高于电缆绝缘层（XLPE的ε≈2.3）。

• 根据高斯定理，高ε材料会吸引更多电场力线穿过自身，从而分担屏蔽层边缘的电场集中。

• 等效电路解释：
  高ε应力锥相当于在电场畸变区并联一个“电容通路”，分流电场能量，降低畸变区场强。

3. 冷缩技术的加持：界面无间隙贴合

• 冷缩原理：
  终端在工厂预扩张后套入支撑芯棒，安装时抽拉芯棒使其回缩，紧密包裹电缆。

• 应力控制优势：

• 消除界面气隙：硅橡胶与电缆绝缘层紧密贴合，避免因空气（ε≈1）存在导致界面电场畸变。

• 恒定径向压力：回缩力提供持续压力，长期运行中界面无分离（热胀冷缩或振动下仍密封）。

三、应力控制关键部件解析

四、与传统热缩终端的对比

五、失效模式与设计验证

• 失效风险：
  若应力控制不足 → 局部放电 → 电树枝生长 → 绝缘击穿。

• 验证手段：

1. 电场仿真（FEM）：模拟切断点电场分布，优化应力锥形状。

2. 局部放电测试（PD Test）：要求＜5pC（IEC 60502标准）。

3. 恒压负荷循环试验：验证长期热机械稳定性。

• 总结：应力控制的核心逻辑

• 35kV冷缩终端的应力控制本质是 “疏导”而非“堵塞”电场，通过精密设计的应力锥结构和材料特性，将致命的高场强转化为可管理的均匀分布，是高压电缆安全运行的基石。