一种带非线性屏蔽层的高压电缆软接头

摘要

一种带非线性屏蔽层的高压电缆软接头，它涉及一种高压电缆软接头，以解决现有结构高压电缆软接头的内、外半导电屏蔽层和绝缘层表面光滑度和圆整度较差，使局部电场强度增大，引发电树枝，导致接头寿命减小甚至破坏的问题。它包括内半导电屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、外半导电屏蔽层、半导电阻水层、金属护套和两根电缆，连接成一体的线芯的外侧按从内向外的顺序依次包覆有内半导电屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、外半导电屏蔽层、半导电阻水层和金属护套，所述的软接头还包括内非线性屏蔽层和外非线性屏蔽层，所述的内非线性屏蔽层挤压包覆在内半导电屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层之间，本发明用于高压领域的电缆连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压电缆软接头。

背景技术

交联聚乙烯绝缘电缆因具有介电性能好、传输容量大、敷设安装和运行维护方便等优 点，在高压、超高压领域用量逐年递增。电缆接头是高压电缆线路的重要组成部分，其性 能直接影响电缆线路运行的可靠性与稳定性。高压交联聚乙烯绝缘电缆接头主要有两种型 式：预制式接头和软接头，其中软接头外径尺寸与电缆接近，主要应用于海底电缆连接。

在高压XLPE电缆的绝缘结构没有缺陷时，其内部的最大电场强度总是位于电缆绝缘 层与内、外半导电屏蔽层接触的表面，也即该位置是高压电缆绝缘的最薄弱部位。显而易 见，电缆绝缘层表面的缺陷带来的危害可能更严重，它会使局部电场强度进一步增大，导 致出现局部放电，引发电树枝，直至电缆XLPE绝缘击穿破坏。为避免在高压XLPE电缆 绝缘层与半导电屏蔽层界面出现突起、凹陷、杂质等缺陷，目前在高压XLPE电缆生产中 均采用内半导电屏蔽、XLPE绝缘、外半导电屏蔽三层共挤技术，使用的XLPE绝缘材料为 超净高压电缆绝缘材料，半导电屏蔽材料为光滑挤出高压电缆半导电屏蔽材料。

在现有的高压电缆软接头制造技术中，接头内的内半导电屏蔽、绝缘和外半导电屏蔽 材料与电缆本体材料相同，可通过分层绕包后模塑、交联工艺或分层注塑挤出、交联工艺 来制作，各层分别与电缆本体的对应层相连接。高压电缆软接头为现场制作，首先利用刀 具在两根电缆端部剥削“铅笔头”形结构。众所周知，无论采取何种手工剥削措施，都无 法保证剥削出的半导电屏蔽层和绝缘层表面达到电缆第一屏蔽和第一绝缘表面的光滑程 度。进而，难以保证软接头内半导电屏蔽层和绝缘层与电缆本体相应结构连接光滑、圆整， 达到电缆本体内各结构表面的光滑程度。因而，现有结构高压XLPE绝缘电缆软接头内绝 缘表面存在的缺陷，是导致高压电缆接头破坏的潜在因素。通常情况，高压电缆软接头是 电缆线路中最薄弱处，是线路故障主要发生区。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有结构高压电缆软接头的内、外半导电屏蔽层和绝缘层表 面光滑度和圆整度较差，使局部电场强度增大，引发电树枝，导致接头寿命减小甚至破坏 的问题。进而提供一种带非线性屏蔽层的高压电缆软接头。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种带非线性屏蔽层的高压电缆软 接头包括内半导电屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、外半导电屏蔽层、半导电阻水层、金属护套 和两根电缆，每根电缆由线芯、第一内半导电屏蔽层、第一交联聚乙烯绝缘层、第一外半导 电屏蔽层、第一半导电阻水层和第一金属护套构成，两根电缆的端部为铅笔头形结构，两根 电缆的剥削处的线芯连接成一体，连接成一体的线芯的外侧按从内向外的顺序依次包覆有内 半导电屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、外半导电屏蔽层、半导电阻水层和金属护套，内半导电 屏蔽层的两端各与相应的第一内半导电屏蔽层相连接，交联聚乙烯绝缘层的两端各与相应的 第一交联聚乙烯绝缘层连接，所述的软接头还包括内非线性屏蔽层和外非线性屏蔽层，所述 的内非线性屏蔽层包覆在内半导电屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层之间，且内非线性屏蔽层的两 端各与相应的第一交联聚乙烯绝缘层连接，所述的外非线性屏蔽层包覆在交联聚乙烯绝缘层 和外半导电屏蔽层之间，且外非线性屏蔽层的两端各与相应的第一外半导电屏蔽层连接，外 半导电屏蔽层的两端分别包覆外非线性屏蔽层和第一外半导电屏蔽层的连接处，半导电阻水 层包覆在外半导电屏蔽层的外侧和第一外半导电屏蔽层的外侧，且半导电阻水层的两端各与 相应的第一半导电阻水层连接，半导电阻水层的外侧包覆有金属护套，金属护套的两端各与 相应的第一金属护套连接。

本发明的有益效果是：本发明的非线性屏蔽层的材料(电导率或/和相对介电常数随电场 强度的改变而变化的绝缘材料)具有较强的在不均匀电场中自行均化电场分布的能力，该非 线性绝缘材料的非线性系数为0.5～10，本发明的软接头在内半导电屏蔽层和交联聚乙烯绝缘 层之间包覆一层内非线性屏蔽层，交联聚乙烯绝缘层和外半带电屏蔽层之间包覆一层外非线 性屏蔽层，非线性屏蔽层能在接头内的绝缘表面出现突起、凹陷等不光滑缺陷时，均化缺陷 处的电场分布，减小最大电场强度。有限元法模拟仿真结果表明，传统结构高压电缆软接头 的半导电屏蔽层和XLPE绝缘层界面处出现半导电屏蔽突起或绝缘突起，本发明高压电缆软接 头的非线性屏蔽层与半导电屏蔽层界面处或非线性屏蔽层与XLPE绝缘层界面处出现半导电 屏蔽突起、非线性屏蔽突起或绝缘突起时，当突起形状、尺寸相同时，传统结构高压电缆软 接头内突起附近的最大电场强度比本发明结构的高压电缆软接头内突起附近的最大电场强度 大30％以上。由此说明，本发明软接头中内、外半导电屏蔽层与绝缘层间分别挤包非线性屏 蔽层有助于抑制由于绝缘表面缺陷(光滑和圆整程度较差)产生的电场集中，有效减少电场 强度，能有效抑制电树枝的引发，提高了高压电缆软接头的性能，延长了使用寿命。

附图说明

图1是本发明的主剖视结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种带非线性屏蔽层的高压电 缆软接头包括内半导电屏蔽层13、交联聚乙烯绝缘层11、外半导电屏蔽层9、半导电阻水层8、 金属护套7和两根电缆I，每根电缆I由线芯4、第一内半导电屏蔽层5、第一交联聚乙烯绝缘层 6、第一外半导电屏蔽层1、第一半导电阻水层2和第一金属护套3构成，两根电缆I的端部为铅 笔头形结构，两根电缆I的剥削处的线芯4连接成一体，连接成一体的线芯4的外侧按从内向外 的顺序依次包覆有内半导电屏蔽层13、交联聚乙烯绝缘层11、外半导电屏蔽层9、半导电阻水 层8和金属护套7，内半导电屏蔽层13的两端各与相应的第一内半导电屏蔽层5相连接，交联聚 乙烯绝缘层11的两端各与相应的第一交联聚乙烯绝缘层6连接，所述的软接头还包括内非线性 屏蔽层12和外非线性屏蔽层10，所述的内非线性屏蔽层12包覆在内半导电屏蔽层13和交联聚 乙烯绝缘层11之间，且内非线性屏蔽层12的两端各与相应的第一交联聚乙烯绝缘层6连接，所 述的外非线性屏蔽层10包覆在交联聚乙烯绝缘层11和外半导电屏蔽层9之间，且外非线性屏蔽 层10的两端各与相应的第一外半导电屏蔽层1连接，外半导电屏蔽层9的两端分别包覆外非线 性屏蔽层10和第一外半导电屏蔽层1的连接处，半导电阻水层8包覆在外半导电屏蔽层9的外侧 和第一外半导电屏蔽层1的外侧，且半导电阻水层8的两端各与相应的第一半导电阻水层2连 接，半导电阻水层8的外侧包覆有金属护套7，金属护套7的两端各与相应的第一金属护套3连 接。

本实施方式所述的内非线性屏蔽层12和外非线性屏蔽层10的材料为掺有碳化硅、氧 化锌、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锆、碳黑、石墨、碳纤维、碳纳米管中两种或几种 混合物的交联聚烯烃。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的外非线性屏蔽层10的两端 分别设有第一斜坡连接段10-1，每个第一斜坡连接段10-1的端部与相应的第一外半导电屏 蔽层1连接。如此设置，有效提高软接头的机械性能，满足设计要求和实际需要。其它与 具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的外半导电屏蔽层9的两端 分别设有第二斜坡连接段9-1，每个第二斜坡连接段9-1的端部分别包覆相应的外非线性屏 蔽层10和第一外半导电屏蔽层1的连接处。如此设置，有效提高软接头的机械性能，满足 设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的半导电阻水层8的两端分 别设有第三斜坡连接段8-1，每个第三斜坡连接段8-1的端部与相应的第一半导电阻水层2 连接。如此设置，有效提高软接头的机械性能，满足设计要求和实际需要。其它与具体实 施方式一或二相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的金属护套7的两端分别设 有第四斜坡连接段7-1，每个第四斜坡连接段7-1的端部与相应的第一金属护套3连接。如 此设置，有效提高软接头的机械性能，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一 或二相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的金属护套7的材料为铝或 铅。如此设置，有效提高软接头的机械性能，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施 方式一或二相同。

高压电缆软接头制作过程

(1)、将欲连接的两根电缆的端部剥削成“铅笔头”形结构，尽可能使各层表面光滑， 长度约1m-1.5m。

(2)、通过分层焊接技术将两根电缆线芯连接并修整，尽可能使其表面圆整。

(3)、利用与电缆本体相同的半导电屏蔽材料通过模压方法恢复内半导电屏蔽层13并交 联、冷却，尽可能使其表面光滑、平整。模压温度为120℃，交联温度为180-200℃，交联时 间为30min，冷却脱模温度为50℃以下。

(4)、利用可交联非线性绝缘材料(非线性系数不小于0.5)通过模压方法在内半导电屏 蔽层13外侧制作内非线性屏蔽层12，其两端分别与两根电缆的第一交联聚乙烯绝缘层6相连 接，交联、冷却并脱模，尽可能使其表面及与第一交联聚乙烯绝缘层6连接处光滑、平整。模 压温度为120℃，交联温度为180-200℃，交联时间为30min，脱模温度为50℃以下。

(5)、将专用模具套在电缆线芯连接处，利用与电缆本体相同的绝缘材料通过注塑方法 制作交联聚乙烯绝缘层11并交联，然后缓慢冷却至50℃以下脱模，尽可能使其表面光滑、平 整。交联聚乙烯绝缘层11的厚度比第一绝缘厚度大2-10mm，其两端与第一交联聚乙烯绝缘层 6以斜坡状相连。注塑温度为120℃，交联温度为180-200℃，交联时间为2-6h，冷却时间为1-3h。

(6)、利用可交联非线性绝缘材料通过模压方法在交联聚乙烯绝缘层11外侧制作外非线 性屏蔽层10，其两端分别与两根电缆的第一外半导电屏蔽1相连接，交联、冷却并脱模，尽可 能使其表面及与第一外半导电屏蔽层1连接处光滑、平整。模压温度为120℃，交联温度为 180-200℃，交联时间为30min，脱模温度为50℃以下。

(7)、利用与电缆本体相同的半导电屏蔽材料通过模压方法在外非线性屏蔽层10外侧制 作外半导电屏蔽层9，其两端包覆外非线性屏蔽层10和第一外半导电屏蔽层1的连接处，交联、 冷却并脱模，尽可能使其表面光滑、平整。模压温度为120℃，交联温度为180-200℃，交联 时间为30min，脱模温度为50℃以下。

(8)、利用与电缆本体相同的半导电材料在第一外半导电屏蔽层1和外半导电屏蔽层9的 外侧绕包半导电阻水层2，恢复半导电阻水层。

(9)、在半导电阻水层2外侧添加金属护套7，其两端通过氩弧焊与第一金属护套3相焊接。