[發明專利]采用電導率自適應調控復合材料的預制電纜中間接頭

在審

• 申請號: 201711047435.1
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107634497A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 何金良;胡軍;趙孝磊;楊霄;余占清;曾嶸;張波;李琦
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02G15/188
• 分類號: H02G15/188;H02G15/196
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于高壓交直流電纜附件技術領域，具體涉及一種采用電導率自適應調控復合材料的預制電纜中間接頭，適用于交直流電力系統。

背景技術

隨著社會用電量的不斷增加以及清潔能源的大力發展，人們需要將更多的電能輸送到人口密集的地區。一方面，清潔能源等多位于偏遠區域或是大海等地區，傳統架空線路不再適用于將電能輸送到用電集中區。另一方面，人口密集的城市對空間資源的利用和城市美觀的注重等都使得不再適用架空線來輸送電能。因此需要采用具有更高輸送能力的輸電方式來滿足人們的用電需求，對于大城市等人口密集地區來說，采用高壓電力電纜作為進線段成為必然趨勢。

與此同時，非線性電介質的應用也得到了大力發展。非線性電介質是指電導率或相對介電常數隨電場強度改變而變化的絕緣介質，其突出優點是在交(或直)流電場下能自行均化電場分布，且不明顯降低絕緣結構性能，有“智慧絕緣材料”之稱，最為典型的應用是電力系統避雷器中的氧化鋅壓敏陶瓷。

電力電纜廣泛應用的同時也存在著問題，目前常用的電纜由電纜導體5，以及依次包裹在該電纜導體5外側的電纜內屏蔽6、電纜絕緣層8和電纜絕緣屏蔽層9構成。安裝時，高壓電纜在中間接頭處要將中部的電纜內屏蔽6、電纜絕緣層8和電纜絕緣屏蔽層9剝除，并且在電纜導體5與電纜中間接頭連接處采用金屬連接管7連接，從而導致電纜絕緣屏蔽層9兩端和電纜導體5連接處出現電應力集中現象，因此需要在電纜中間接頭處安裝場強均勻附件消除場強集中現象。目前采用的電纜中間接頭附件以預制電纜接頭為主，包裹在電纜外側，其結構如圖1所示，包括由內至外依次設置的增強絕緣體2和外屏蔽層4，以及位于增強絕緣體2兩端的應力錐1，增強絕緣體2的內側中段鑲嵌有高壓屏蔽層3；應力錐1、高壓屏蔽層3、增強絕緣體2和外屏蔽層4為預制的一體化結構；其中，應力錐1與電纜絕緣屏蔽層9切口處相接觸；高壓屏蔽層3通過金屬連接管7與電纜導體5連接，且該高壓屏蔽層3與接頭兩端的電纜絕緣層8相接觸。傳統預制電纜中間接頭主要通過其結構進行均勻場強，即通過應力錐和高壓屏蔽層改變電極結構從而均勻場強。傳統預制電纜接頭應力錐1、高壓屏蔽層3和外屏蔽層4均采用硅橡膠與炭黑復合而成的半導電材料制成，增強絕緣體2采用硅橡膠制成，雖然可以使電纜絕緣屏蔽層9切口處和電纜導體5連接處的場強得到均勻，但在應力錐1錐面和高壓屏蔽層3表面還是會出現場強集中現象，因此限制了傳統預制電纜中間接頭的應用電壓等級。

發明內容

本發明的目的是解決電纜中間接頭附件中應力錐與高壓屏蔽層的場強集中問題，提供一種采用電導率自適應調控復合材料的預制電纜中間接頭，該電纜中間接頭可以提高電力電纜系統長期運行的可靠性，同時使得預制電纜中間接頭的電壓等級適用范圍得到進一步擴大。

本發明采用如下技術方案：

一種采用電導率自適應調控復合材料的預制電纜中間接頭，包括由內至外依次設置的增強絕緣體和外屏蔽層，以及位于所述增強絕緣體兩端的應力錐，所述增強絕緣體的內側中段鑲嵌有高壓屏蔽層；所述應力錐、高壓屏蔽層、增強絕緣體和外屏蔽層為預制的一體化結構；由電纜導體、電纜內屏蔽、電纜絕緣層和電纜絕緣屏蔽層構成的電纜貫穿所述增強絕緣體中軸線設置；其中，所述應力錐與電纜絕緣屏蔽層切口處相接觸；所述高壓屏蔽層通過金屬連接管與所述電纜導體連接，且該高壓屏蔽層與接頭兩端的電纜絕緣層相接觸；其特征在于，所述應力錐和高壓屏蔽層采用由氧化鋅陶瓷粉體顆粒與硅橡膠復合而成的電導自適應調控復合材料制成。

所述預制電纜中間接頭中應力錐和高壓屏蔽層所采用的電導自適應調控復合材料中的氧化鋅陶瓷粉體顆粒體積分數和顆粒大小由電纜電壓等級和電纜幾何尺寸決定；根據不同電壓等級和電纜幾何尺寸，氧化鋅陶瓷粉體顆粒大小在10μm到300μm之間，占電導自適應調控復合材料的體積百分比為20％到60％之間。

本發明的特點和有益效果在于：

1、本發明區別于現有預制電纜中間接頭，采用電導率自適應調控復合材料作為應力錐和高壓屏蔽層的材料，不僅解決了電纜絕緣屏蔽層切口處和導體連接處場強集中問題，還使得應力錐錐面處和高壓屏蔽層處場強集中問題得以解決，提高了電力電纜系統長期運的可靠性。

2、本發明通過改變材料特性來均勻電纜接頭場強問題使得預制電纜中間接頭的電壓等級適用范圍得到進一步擴大，不僅適用于低電壓等級電纜，而且對于高電壓等級電纜也可以起到很好的場強均勻作用，適用于10kV及10kV以上交直流電纜。

附圖說明

圖1為已有的和本發明提出的預制電纜中間接頭的結構示意圖；