终端和中间接头电场分布的研究

（1）电缆端部的电场分布

3芯电缆采用分相屏蔽，每一相线芯外均有一接地的金属屏蔽层，这时导电线芯与屏蔽层之间是径向分布的电场，三相对称，电场分布均匀。

在进行电缆终端和中间接头制作时，会剥去部分金属屏蔽层和绝缘屏蔽，这样改变了电缆原有的电场分布，沿线芯轴向产生了对绝缘极为不利的电场，在靠近金属屏蔽层断开口电力线集中，在该处有纵向应力和轴向应力的存在，电场分布不均匀，电缆绝缘沿表面的击穿场强比垂直于表面的击穿场强要低得多，使绝缘较为薄弱的界面上承受较高场强，使屏蔽层断口处成为电缆容易击穿的部位。同时，电缆终端处电场分布畸变要比接头中的电缆畸变更严重。因此，电缆附件要通过物理或化学方法改变该处电场强度，使之能承受电缆长期运行的需要。如图2.12所示为电缆终端电场分布。

图2.12　电缆端部的电场分布

1—导体；2—绝缘层；3—金属护套

电缆终端处的电场分布可用等值电路加以说明。经推导，最大电场强度发生在靠近金属屏蔽层边缘处，当电缆剥切长度达到一定数值时，此处沿电缆长度方向绝缘界面的轴向场强E（kV/mm）表达式可简化为

式中　ε——电缆绝缘层材料的相对介电常数；

　　　U0——电缆线芯与金属护套间电压；

　　　Re——等效半径，Re=，其中R为绝缘层半径，re为导体半径；

　　　εm——周围媒质的相对介电常数；

　　　k——与周围媒质和绝缘层表面有关的常数。

（2）改善金属护套边缘处电场分布的措施

由式（2.3）可知，改善金属护套边缘处电场分布的措施有：

1）增大等效半径Re

增大等效半径可采用应力锥，从电气的角度上来看是一种可靠有效的方法。应力锥是采用自金属护套边缘起绕包绝缘带或者套橡胶预制件的方法，将绝缘屏蔽的切断处进行延伸，使电缆绝缘屏蔽直径增加，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽的电场分布，降低了电晕产生的可能性，避免绝缘放电损伤。采用应力锥设计的电缆附件有绕包式终端、预制式终端和冷缩式终端。(www.xing528.com)

如图2.13所示为无应力锥时和有应力锥时电场的分布情况示意图。可知，安装应力锥后，在锥面上绝缘厚度逐渐增加，绝缘表面的电场强度逐渐递减，确实起到了改善金属屏蔽处应力集中现象。一般可采用预制式应力锥（见图2.14），避免现场操作工艺复杂产生缺陷，保证安装质量。

图2.13　应力锥对电场分布的影响

1—金属屏蔽；2—导体；3—等位线；4—电力线；5—应力锥

2）增大周围媒质的相对介电常数

10~35kV交联聚乙烯电缆附件一般采用高介电常数材料（介电常数为20~30）、体积电阻率为108~1012Ω·cm材料制作的电应力控制管（简称应力管，见图2.15），套在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上，以分散断口处的电场应力（电力线），改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的目的。目前，应力控制材料的产品已有热缩应力管、冷缩应力管和应力控制带等。

图2.14　预制应力锥实物

为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与金属屏蔽层搭接长度要求不小于20mm，短了会使应力管的接触面不足，应力管上的电力线会传导不足（因为应力管长度是一定的），长了会使电场分散区（段）减小，电场分散不足。一般在20~25mm。

3）减小电缆绝缘材料的相对介电常数

为了有效控制电缆本体绝缘末端的轴向场强，将绝缘末端削制成与应力锥曲面恰好反方向的锥形曲面，称为反应力锥。例如，10kV交联聚乙烯电缆热缩中间接头绝缘末端就制作成反应力锥（为简化施工工艺，可削成“铅笔头”形状，见图2.16）。

图2.15　应力管

图2.16　反应力锥

在电缆绝缘端部与导体连接管间需包绕密封带，这是电缆接头中的薄弱环节，将绝缘端部削成锥体，保证包绕的密封带与绝缘本体能较好地黏合，消除界面的缝隙。同时，锥面的长度远大于绝缘端部直角边的长度，而沿着锥面的轴向应力远小于绝缘端部直角边的轴向场强，沿锥面击穿的可能性大大降低，提高了接头性能。