来源:上海民熔电气集团有限公司 发布时间:2025-07-19 20:53:00
应力锥结构:采用 “指数曲线” 轮廓设计(锥角 30°-45°),从屏蔽层断口向终端头末端平滑过渡,使电场强度从 50kV/mm 梯度降至 10kV/mm 以下。锥长需满足 L≥1.5× 电缆绝缘厚度(如电缆绝缘厚 10mm 时,锥长≥15mm),电场分布均匀;
非线性电阻材料:应力锥主体采用添加碳化硅(SiC)颗粒的三元乙丙橡胶(EPDM),其体积电阻率随电场强度升高而降低(电场从 1kV/mm 增至 10kV/mm 时,电阻率从 10¹⁴Ω・cm 降至 10⁸Ω・cm),通过 “高场强区分流” 效应进一步抑制电场峰值。
材料选择:采用高密度交联三元乙丙橡胶(EPDM),介电常数控制在 3.0±0.2(与电缆绝缘的聚乙烯介电常数 2.3 接近,减少界面反射),体积电阻率≥10¹⁴Ω・cm,绝缘电阻≥1000MΩ;
厚度设计:主绝缘层厚度按 “工作场强≤5kV/mm” 计算,35kV 终端头的绝缘厚度需≥8mm(40.5kV 工作电压 ÷5kV/mm=8.1mm),且在应力锥根部等关键区域加厚至 10mm,形成局部强化;
工艺控制:采用模压硫化工艺(温度 160℃±5℃,压力 10MPa),橡胶交联度≥80%,避免内部气泡(直径≤0.1mm)导致的局部放电(1.73 倍额定相电压下局部放电量≤5pC)。
内半导电屏蔽层:紧包电缆绝缘表面,采用半导电 EPDM 橡胶(体积电阻率 10³-10⁵Ω・cm),与电缆屏蔽层搭接长度≥20mm,电流连续导出,消除界面电场;
外半导电屏蔽层:覆盖主绝缘层外侧(除伞裙区域),厚度 1-2mm,通过法兰与接地端子连接,将表面感应电荷导入大地,避免表面电场集中(表面场强≤3kV/mm);
屏蔽过渡区:内、外屏蔽层在应力锥末端形成 “渐变过渡”(长度≥50mm),电阻率从 10⁵Ω・cm 线性过渡至 10¹⁴Ω・cm,防止屏蔽边界的电场突变。
伞裙结构:采用 “大伞 + 小伞” 交替设计(大伞直径 200mm,小伞 160mm,间距 40mm),爬电比距≥25mm/kV(35kV 终端头总爬电距离≥875mm),在潮湿环境中通过增加沿面距离降低闪络风险;
护套材料:外层护套采用耐候型 EPDM(添加 2% 炭黑),邵氏硬度 60±5,断裂伸长率≥200%,在 - 40℃~90℃温度循环下不龟裂,同时具备抗紫外线(氙灯老化 1000 小时性能保持率≥80%)与耐盐雾(500 小时无开裂)能力。
问题:电缆绝缘屏蔽层截断处因 “导电 - 绝缘” 边界突变,电场会形成 “尖端效应”,峰值可达正常场强的 5-8 倍;
解决方案:
应力锥轮廓采用 “余弦曲线”(y=Acos (Bx)+C),通过调整系数使电场强度随距离呈指数衰减;
在屏蔽断口内侧设置 “半导电缓冲环”(宽度 10mm),通过介电常数梯度(从电缆绝缘的 2.3 过渡到终端绝缘的 3.0)降低界面反射。
问题:电缆绝缘与终端头主绝缘的界面若存在气隙(≥0.05mm),会因介电常数差异(空气 1.0,橡胶 3.0)导致电场集中(可达 50kV/mm),引发局部放电;
解决方案:
终端头内壁预涂半导电胶(介电常数 3.5),填充界面微小缝隙,使气隙率≤0.1%;
冷缩收缩力控制在 0.2-0.3MPa,界面压力稳定,避免温度变化导致的间隙产生。
问题:伞裙边缘为 “绝缘 - 空气” 边界,易形成沿面电场集中,雨天水膜会进一步加剧;
解决方案:
伞裙边缘采用圆角设计(R≥5mm),降低曲率半径导致的电场增强(边缘场强从 30kV/mm 降至 15kV/mm);
相邻伞裙的直径差≥40mm,避免上下伞裙间的电场叠加(叠加系数从 1.5 降至 1.1)。
介电常数匹配:主绝缘 EPDM 的介电常数(3.0)与应力锥非线性材料(3.2)差值≤0.3,避免界面电场畸变;
硫化特性同步:主绝缘与应力锥采用相同硫化体系(过氧化物硫化),在硫化过程中同步交联(交联度偏差≤5%),避免因收缩率差异产生内应力。
耐臭氧性能(200pphm×48 小时无裂纹)在工业环境中不老化;
耐化学腐蚀(3% 盐水浸泡 1000 小时,体积变化率≤5%)适配沿海、化工场景;
阻燃性能(UL94 V-0 级)满足变电站等防火要求。
工频耐压:95kV/1min 无击穿、无闪络;
局部放电:1.73 倍额定相电压(35kV/√3≈20.2kV)下,局部放电量≤5pC;
雷电冲击耐压:200kV(1.2/50μs)正负性各 10 次无击穿。
热循环试验:-30℃~90℃循环 30 次后,绝缘电阻保持率≥90%,局部放电量无明显增长;
水树老化试验:在 0.1% NaCl 溶液中施加 1.73 倍相电压,1000 小时后无可见水树(长度≤50μm)。