4.16挤包电缆终端应力控制方法有哪几种？

4.16挤包电缆终端应力控制方法有哪几种？

  为了改善绝缘屏蔽层切断点的电应力分布，解决方法有形状法（采用应力锥）、采用高介电常数材料和采用非线性电阻材料等三种。在超高压电缆附件上，还采用电容锥的方法缓解绝缘屏蔽切断点的电场强度集中的问题。

  （1）应力锥：应力锥设计是最常见的方法，从电气的角度上来看，也是最可靠的、最有效的方法。应力锥通过将绝缘屏蔽层的切断点进行延伸，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽层的电场分布，降低了电晕产生的可能性，减少了绝缘的破坏，保证了电缆的运行寿命。采用应力锥设计的附件有绕包式终端、预制式终端。

（注：绕包式电缆附件和模塑式电缆附件里的应力锥属于绕包式，预制式电缆附件里的应力锥为工厂预制式。而预制式应力锥，因增强绝缘各向同性，不存在承受轴向场强能力低的问题，主要考虑增强绝缘与电缆绝缘相配合的界面允许的轴向场强来进行设计。实际上，影响应力锥性能的因素很多，例如绕包式应力锥所用的带材，绕包后可能形成一个整体，其轴向允许场强与径向允许场强的差异远不像油纸绝缘电缆附件里应力锥那样明显。又如，预制式电缆附件应力锥里作为屏蔽接地锥面的半导电材料，其电阻值受到生产工艺影响以及运行中的热和电场作用而很难保持稳定不变。还有，在实际使用中电缆绝缘外径公差、圆度、表面粗糙度以及绕包式附件所用带材的粘结力大小、预制式附件与电缆绝缘相配合的界面压紧力的大小等，都会影响应力锥的应用效果。）

  采用应力锥设计缓解绝缘屏蔽层的切断点电场集中分布的示意图如图3-7（b）所示。

  从图上可以看出，应力锥的弧形设计使绝缘屏蔽层切断点的电场分布加以改善，电场强度分布相对均匀，避免了电场集中。

  （2）高介电常数材料：随着高分子材料的发展，不仅可以用形状法来解决电缆绝缘屏蔽层切断点电场集中分布的问题，还可以采用提高周围媒质的介电常数解决绝缘屏蔽层切断点电场集中分布的问题。

（注：形状法操作不简便，几何尺寸也较大，同时对改善外绝缘的电位分布作用也比较小，希望有体积小、操作方便的新型电场控制结构。20世纪70年代开始，国外研究开发了适用了中压级电缆附件的所谓应力控制层。其基本原理是采用合适的电气参数材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的作用。

缆屏蔽切断后的绝缘表面电位分布是极不均匀的，50%~60%的电位分布在紧靠屏蔽切断处附近，致使该部分的电场强度非常高。要想使电缆绝缘表面电位分布趋于均匀，首先需要分析影响电位分布的各个因素。电缆绝缘内部有体积电阻Rv和体积电容Cv，绝缘表面有表面电阻Rs和表面电容Cs，这些都是分布参数。要想使屏蔽末端电位分布趋于均匀，就得改变这些参数。由于电缆末端屏蔽切断后都必须留有一段绝缘，因此体积电阻和体积电容是不可改变的，而表面电阻和表面电容是可以改变的。如果使电缆屏蔽末端绝缘表面电阻减小，则可使电位也随之降低，这样做是有效的，但是因表面电阻减小，表面泄漏电流会增加，在高电压时导致表面发热，这是不利的。另一个方法是增大屏蔽末端绝缘表面电容，从而降低这部分的容抗，同样也能使电位降下来，但不会导致发热。由于电容正比于材料的介电常数，也就是说，要想增大绝缘表面电容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常数材料。目前已商品化的应力控制材料有热收缩应力管、冷收缩应力管以及应力控制带等，其介电常数通常都大于20，而一般的绝缘材料相对介电常数都在5以下。需要提醒的是，为增大材料的相对介电常数，必须加入某些配合剂(如钛酸钡、氧化钛等)，但体积电阻率会随之下降，使得在高电场的情况下，因介质损耗大而导致发热，所以在高电压电缆里使用还有待于进一步研究。）

  根据JB 7829《额定电压26/35kV及以下电力电缆户内型、户外型热收缩式终端》和《额定电压26/35kV及以下XLPE电缆附件选用导则》（注：该标准可能已废除），热缩应力控制管的介电常数应大于20，体积电阻率~m。

  应力控制管的应用，要兼顾应力控制和体积电阻两项技术要求。虽然在理论上介电常数是越高越好，但是介电常数过大引起的电容电流会产生热量，会促使应力控制管老化。所以推荐介电常数取25~30，体积电阻率控制在~m。

请参阅：《一起电缆热缩终端故障分析》

  （3）非线性电阻材料：非线性电阻材料（FSD）是近期发展起来的一种新型材料，用于解决电缆绝缘屏蔽层切断点电场集中分布的问题。非线性电阻材料具有对不同的电压有变化电阻值的特性。当电压很低的时候，呈现出较大的电阻性能；当电压很高的时候，呈现较小的电阻。

（注：利用其电阻率随外施电场升高而降低的特性，如瑞典的FSD应力控制片，意大利比瑞利公司的TVR应力管等，将这种材料施加在电缆屏蔽切断处绝缘表面，从而使该处的高电场得到降低。由于这种材料是以降低电阻来达到改善电场为目的的，因此在电压高和时间长的情况下，表面也会发热。）

  采用非线性电阻材料能够生产出较短的应力控制管，从而解决电缆采用高介电常数应力控制管终端无法适用于小型开关柜的问题。图4-8是采用非线性电阻材料控制电缆绝缘屏蔽层的切断点的电场集中分布问题的示意图。

  采用非线性电阻材料可以制成应力控制管，亦可制成非线性电阻片（应力控制片），直接绕包在电缆绝缘屏蔽切断点上，缓解这点的应力集中的问题。

  （4）三种应力控制方法比较见表4-4。

  表4-4  应力控制方法比较

项 目 应 力 锥 高介电常数材料 非线性电阻材料

适用范围（库存管理） 一种规格仅仅适用于一种截面的电缆，必须经常保留多种规格的库存 一种规格可以适用多种截面电缆，库存管理较方便 一种规格可以适用多种截面电缆，库存管理较方便

终端的长度 长度较短 长度较长，无法适应小型化开关柜 长度较短

终端的外径 外径较大，无法适应小型化开关柜的要去 外径较小 外径较小

终端类型 预制式 热缩式/绕包式 热缩式

（以上文字内容节选自《电力电缆安装运行技术问答》）

参考文献：

[1]史传卿主编.电力电缆安装运行技术问答. 北京：中国电力出版社，2007.

[2]魏东主编.电线电缆手册第4册（第三版）. 北京：机械工业出版社，2017.