做电缆怎能不懂 “应力锥”

Part 1为什么要制作应力锥

在介绍应力锥之前，咱们首先要了解电缆的基本结构。

其中有几点关键和今天内容有关：

1、电缆的分层结构

2、金属护套层

金属护套可以将电缆产生的强电场控制在屏蔽层内，

由于金属护套接地，

外部便不存在电缆产生的强电场，

不会对周围产生强电干扰或危及人身安全。

3、外屏蔽层

外屏蔽层与绝缘层外表面接触良好，

且与金属护套等电位，

避免因电缆表面裂纹缺陷与电缆金属护套发生局部放电。

4、三层共挤

电缆生产时采用加热挤塑成型工艺，

绝缘两侧屏蔽层一次挤压于线芯上，

相互之间紧密粘附成一体，

形成流水线作业，

即称为“三层共挤”。

总结就是：

外屏蔽层和金属护套层等电位，

两者一起屏蔽电缆高压电场，

且外屏蔽层紧密粘附在绝缘层上！

那么问题来了：

当制作电缆终端和电缆接头时，

要断开金属护套和外屏蔽层，

这样在电缆外屏蔽层切断口处将产生

电场集中 现象！！

为了分析电缆绝缘屏蔽层断口处的电场情况，通常用电力线和等位线（等电位线）来形象化的表示电场分布状况。

（1）电力线与等位线直角相交（正交）；

（2）用电力线分析电场时，集中的部位电场强度高；

（3）用等位线分析电场时，曲率半径愈小的地方场强越高。

▲外屏蔽层断开后的电场分布图

我们可以把电缆比喻成一条大江，

电流好比奔涌的江水，

金属护套和外屏蔽层就是维护大江的堤岸，

如果堤岸有缺口，

江河就会泛滥。

因此电缆终端和接头的制作安装中，

重难点任务是：

对电场集中进行改善和控制，

使电场分布和电场强度处于最佳状态，

从而保证电缆及附件的可靠运行。

Part 2什么是应力锥

如何解决电缆屏蔽层切断后的电场集中？

一般有如下两个方法：

a、几何型电应力控制法：

采用应力锥改变电场集中处的几何形状，

缓解电场应力集中。

就是咱们今天讲的应力锥法。

b、参数型电应力控制法：

采用高介电常数材料或非线性电阻材料缓解电场应力集中。

应力锥：

应力锥一般制成预制件，

由半导电体和绝缘件制成，

半导电体套在电缆的外屏蔽层上。

可以理解为：

应力锥作为原外屏蔽层断口处的一个拓展，

用于缓解断口处的电场应力集中。

▲应力锥改善电场分布原理

应力锥是如何安装的呢？

首先，终端和中间接头盒制作时先把电缆剥成下图这样：

然后，把应力锥套在外屏蔽层上

▲ 户外终端

▲ GIS终端

▲ 中间接头

应力锥的设计分为两个流派：

欧式结构和日式结构，

主要区别在于有无弹簧锥托机构，

很显然咱们上面说的都是欧式结构，

没有弹簧锥托机构，

就是完全依靠应力控制单元材料自身的弹性保持

应力控制单元与电缆绝缘之间的界面性能。

而日式结构有弹簧锥托机构，

这种结构的特点是在应力控制单元上

增加一套机械弹簧装置以保持

应力控单元与电缆之间界面上的应力恒定，

另外，与欧式结构相比，

它在应力控制单元的外面多了一个应力锥罩，

它将应力控制单元与终端内绝缘填充剂基本隔离，

而且将应力控制单元固定于一个固定位置。

▲日式结构示意图

▲日式结构示意图

欧式结构缺点：

1、电缆与应力锥之间的界面性能完全由橡胶本身的弹性维持，

长期运行橡胶老化后机械和电气性能下降。

界面性能可靠性无法保证。

2、终端与应力锥之间的密闭靠绕包各种带材，

或在应力锥下装一金属法兰，

密闭性不如日式结构。

3、应力锥和绝缘填充剂直接接触，

会发生溶胀现象导致应力锥的老化。

日式结构缺点：

结构复杂，施工工艺复杂，成本较高。

Part 3应力锥安装缺陷试验图片

放一些安装缺陷和电场分布图片加深理解：

1、应力锥与电缆外半导电层未有效搭接

2、应力锥与电缆外半导电层搭接过头

3、绝缘上人工涂半导电黑点（模拟半导电颗粒）

4、绝缘上有凹坑

5、绝缘表面有纵向刀痕

6、绝缘表面洒水

Part 4参数型电应力控制法

当然，

除了应力锥为代表的几何型电应力控制法，

还有以应力管为代表的参数型电应力控制法，

其原理是采用合适的电气参数的材料复合

在电缆绝缘屏蔽末端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目的。

（改变表面性能参数）

在应力控制中，

虽然参数法控制电场分布有体积小、结构简单等优点，

但对于高压电缆来说，

应力层中材料参数的选择至关重要，

体积电阻率选择太小，

会使应力层在运行时电阻电流发热而老化，

同时介电常数过大，

电容电流也会产生热量而使应力层发热老化，

故必须根据电压等级选择应力材料参数。

古人云：

治水宜疏不宜堵。

应力锥法类似于“疏”

对河堤进行改造，

对电场进行疏导。

而参数型电应力控制法类似于“堵”，

通过选用合适的介电参数材料对电场进行控制，

类似于加强堤岸强度来治理洪水。