110kV高压XLPE电缆护层结构特性分析及优化设计研究
发布时间：2021-02-07 00:23
目前高压交联聚乙烯（Crosslinked polyethylene,XLPE）电缆在城市输配电系统中的应用越来越广泛,这使得电缆的使用寿命及性能受到广泛关注。XLPE电缆的电、热特性是影响电缆性能的重要因素,电缆的金属护层和阻水带作为电缆结构的重要组成部分,其相关的特性参数与相邻的绝缘层和护套等结构具有明显的差异,而目前的研究缺乏对金属护层和阻水带的相关电、热特性影响的深入研究。通过对高压XLPE电缆护层结构的电、热特性进行专门分析研究,能够为提高电缆的载流量计算精度及电缆运行寿命提供坚实的理论基础。本文在不同温度下对XLPE主绝缘材料及护层材料的相对介电常数、导热系数、热膨胀系数及弹性模量进行了实际测量,获得11OkV电缆绝缘及护层材料的电、热、力学参数及其随温度变化的基本规律。根据11OkV高压XLPE电缆的结构特点,建立了电缆径向和轴向结构的物理模型,利用ANSYS有限元分析软件计算了具有不同的结构参数的电缆金属护层和阻水带对电缆本体电场分布、温度分布及热应力分布特性的影响。电场分布的计算结果表明,在不考虑金属护套环流的情况下,正常运行中XLPE电缆各层结构的电场强度均不会高于...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１电桥的基本电路图??
山东大学硕士学位论文???Ｉ?？??－——￣￣Ｚ￣￣——？??（ａ）阻抗／的电压电流向量??Ｇ实数部分??ｒ／ｉ?ｉ（Ｓ￣??—？??ｋ实数部分??Ｃｂ）阻抗图?（Ｃ）导纳图??图２－２阻抗分析仪测量原理图??由于实验中所施加电压很低（ＩＶ），因此可以用来测量具有半导电性质的材料。??使用进行实验阻抗分析仪的基本流程如下：??（ａ）通过接口连接的计算机上或直接在仪器的面板上，从１４个可选参数中选择要??显示的测试参数；??（ｂ）在计算机上或直接在面板上，设置测试频率，可设置为单一的频率点，如５０Ｈｚ，??也可设置为一频率范围，如５０Ｈｚ？２ＭＨｚ；??（ｃ）设置电压：在本测试中设置为恒值ＩＶ；??（ｄ）进行开路补偿：将两个测试探头尽可能接近，和测试时试样间的距离一致，??要保证探头不能碰在一起。结束时显示的开路参数Ｚ和是在５ＭＨｚ时测试探头终端的残??存阻抗和阻抗角；??（ｅ）进行短路补偿：用短路片将两个测试端短接，结束时显示的短路参数Ｚ和沒是??在５ＭＨｚ时测试探头终端的残存阻抗和阻抗角；??（ｆ）开始测量。??利用阻抗分析仪，可直接读出在５０Ｈｚ时待测试样的电容值（＾值，在精确测得待??测试样的厚度和电极的面积后，即可利用式（２－４）进行计算试样的相对介电常数。??３）相对介电常数测量误差分析??由式（２－４）可得出相对介电常数的误差传递表达式，如下：??ｄｓ?＝—ｄＣ?＋＾ｄｔ－－＾－ｄＡ?（２－９）??Ａｓ０?Ａｓ０?Ａ２ｅ０??可见，相对介电常数误差由说：，、汾、以这三个因素决定，试样厚度（是ＫＴ３ｍ数??量级，试样面积Ｘ是ｌ（Ｔ６ｍ２数量级，试样电容Ｃ，
将ＸＬＰＥ绝缘料颗粒在１２０°Ｃ下预热６ｍｉｎ、１７５°Ｃ下压制??１５ｍｉｎ，形成大小为］ＯＯｍｍｘｌＯＯｍｍｘｌｍｍ的ＸＬＰＥ绝缘料试样。ＸＬＰＥ绝缘料的相对??介电常数采用高压电桥三电极系统进行测量，为测量ＸＬＰＥ绝缘料在不同温度下的介??电性能，将试样放置在烘箱中，通过烘箱面板设置不同的测量温度，当温度升至要求??温度并稳定１５ｍｉｎ后再进行实验测量。本文测量了?ＸＬＰＥ绝缘料分别在２０°Ｃ?（室温）、??３０°Ｃ、４５°Ｃ、６０°Ｃ、７５°Ｃ和９０°Ｃ时的相对介电常数，结果如图２－３所示。??２．２４－１?—?■??—Ｉ——ＸＬＰＥ相对介电＿??＾２＇２０＇??毋?＼??２．１２－??２０?４０?６０?８０?１００??温度／°Ｃ??图２－３?ＸＬＰＥ介电常数随温度变化曲线??从图中可以看到，当环境温度逐渐升高时，ＸＬＰＥ绝缘层的相对介电常数初期变化??不大，但温度更高时则会迅速下降，所测数据的拐点出现在测试环境温度为４５°Ｃ。??２．１．３半导电屏蔽料的相对介电常数??半导电屏蔽料试样的制备采用与ＸＬＰＥ主绝缘试样相同的制备方法，将颗粒状半导??电屏蔽料制备成大小为１００〇１〇１＞＜１００（１１１１１＞＜１１１１１１１实验样品，其相对介电常数通过１￡＇１１分析??仪双电极系统测量，测试环境和检测过程与ＸＬＰＥ绝缘料的测试相同。半导电屏蔽材料??介电常数随温度的变化规律如图２＊４所示。??７００１??—???导电屏蔽料相对介电常数丨??６００－??毅５〇０－?厂??￥４００－??！〇〇－?，?．??要２００－?＼??１００－?、??０－１?．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电缆缓冲层烧蚀现象初步分析[J]. 王伟,欧阳本红,徐明忠,张静,严有祥. 电线电缆. 2019(05)
[2]热历史过程对XLPE电缆热历史温度的影响研究[J]. 李欢,翟双,陈杰,胡丽斌. 电力工程技术. 2019(05)
[3]CPE/CO抗拉伸绝缘电缆护套材料的研究[J]. 杜梦缘,孔德忠,于佳源. 塑料助剂. 2018(05)
[4]高压XLPE绝缘电力电缆缓冲层与金属护层结构设计仿真计算与优化[J]. 汪传斌,金海云. 电线电缆. 2018(03)
[5]寒区电缆外护套拉应力的产生机理及分布规律[J]. 陈秀洁,张道明. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2015(04)
[6]关于聚氯乙烯作为电力电缆外护套耐寒材料的应用[J]. 王志峰. 中国新技术新产品. 2015(01)
[7]高压XLPE绝缘电力电缆外护套材料的选择[J]. 宋丽亚,张道利,盛洞天. 电线电缆. 2014(03)
[8]基于有限元法的电缆金属护套感应电压仿真分析[J]. 高俊国,于平澜,李紫云,张晓虹,刘通,刘智宏. 高电压技术. 2014(03)
[9]基于IEC 60287和有限元法的高压海底电缆温度场分析方法[J]. 段佳冰,尹成群,吕安强,李永倩. 高压电器. 2014(01)
[10]高压单芯电缆减小金属护套环流的途径[J]. 刘楚加. 自动化应用. 2013(07)
硕士论文
[1]空气敷设电缆热—流耦合场仿真及其参数研究[D]. 郑文坚.华南理工大学 2018
[2]基于温度及护层电流监测的电缆绝缘老化诊断[D]. 龙慧.长沙理工大学 2017
[3]XLPE电力电缆护套感应电压与绝缘监测研究[D]. 杨超.长沙理工大学 2017
[4]10kV三芯电缆温度场分布特性及导体温度计算的仿真与实验研究[D]. 闫澜锋.华南理工大学 2012
[5]基于有限元法的电力电缆载流量计算[D]. 杨延明.哈尔滨理工大学 2012
[6]依据表皮温度准确计算单芯高压电缆线芯温度的理论及实验研究[D]. 雷鸣.华南理工大学 2011
[7]电力电缆在线载流能力预测系统的研究[D]. 高自伟.哈尔滨理工大学 2005
本文编号：3021330
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１电桥的基本电路图??
山东大学硕士学位论文???Ｉ?？??－——￣￣Ｚ￣￣——？??（ａ）阻抗／的电压电流向量??Ｇ实数部分??ｒ／ｉ?ｉ（Ｓ￣??—？??ｋ实数部分??Ｃｂ）阻抗图?（Ｃ）导纳图??图２－２阻抗分析仪测量原理图??由于实验中所施加电压很低（ＩＶ），因此可以用来测量具有半导电性质的材料。??使用进行实验阻抗分析仪的基本流程如下：??（ａ）通过接口连接的计算机上或直接在仪器的面板上，从１４个可选参数中选择要??显示的测试参数；??（ｂ）在计算机上或直接在面板上，设置测试频率，可设置为单一的频率点，如５０Ｈｚ，??也可设置为一频率范围，如５０Ｈｚ？２ＭＨｚ；??（ｃ）设置电压：在本测试中设置为恒值ＩＶ；??（ｄ）进行开路补偿：将两个测试探头尽可能接近，和测试时试样间的距离一致，??要保证探头不能碰在一起。结束时显示的开路参数Ｚ和是在５ＭＨｚ时测试探头终端的残??存阻抗和阻抗角；??（ｅ）进行短路补偿：用短路片将两个测试端短接，结束时显示的短路参数Ｚ和沒是??在５ＭＨｚ时测试探头终端的残存阻抗和阻抗角；??（ｆ）开始测量。??利用阻抗分析仪，可直接读出在５０Ｈｚ时待测试样的电容值（＾值，在精确测得待??测试样的厚度和电极的面积后，即可利用式（２－４）进行计算试样的相对介电常数。??３）相对介电常数测量误差分析??由式（２－４）可得出相对介电常数的误差传递表达式，如下：??ｄｓ?＝—ｄＣ?＋＾ｄｔ－－＾－ｄＡ?（２－９）??Ａｓ０?Ａｓ０?Ａ２ｅ０??可见，相对介电常数误差由说：，、汾、以这三个因素决定，试样厚度（是ＫＴ３ｍ数??量级，试样面积Ｘ是ｌ（Ｔ６ｍ２数量级，试样电容Ｃ，
将ＸＬＰＥ绝缘料颗粒在１２０°Ｃ下预热６ｍｉｎ、１７５°Ｃ下压制??１５ｍｉｎ，形成大小为］ＯＯｍｍｘｌＯＯｍｍｘｌｍｍ的ＸＬＰＥ绝缘料试样。ＸＬＰＥ绝缘料的相对??介电常数采用高压电桥三电极系统进行测量，为测量ＸＬＰＥ绝缘料在不同温度下的介??电性能，将试样放置在烘箱中，通过烘箱面板设置不同的测量温度，当温度升至要求??温度并稳定１５ｍｉｎ后再进行实验测量。本文测量了?ＸＬＰＥ绝缘料分别在２０°Ｃ?（室温）、??３０°Ｃ、４５°Ｃ、６０°Ｃ、７５°Ｃ和９０°Ｃ时的相对介电常数，结果如图２－３所示。??２．２４－１?—?■??—Ｉ——ＸＬＰＥ相对介电＿??＾２＇２０＇??毋?＼??２．１２－??２０?４０?６０?８０?１００??温度／°Ｃ??图２－３?ＸＬＰＥ介电常数随温度变化曲线??从图中可以看到，当环境温度逐渐升高时，ＸＬＰＥ绝缘层的相对介电常数初期变化??不大，但温度更高时则会迅速下降，所测数据的拐点出现在测试环境温度为４５°Ｃ。??２．１．３半导电屏蔽料的相对介电常数??半导电屏蔽料试样的制备采用与ＸＬＰＥ主绝缘试样相同的制备方法，将颗粒状半导??电屏蔽料制备成大小为１００〇１〇１＞＜１００（１１１１１＞＜１１１１１１１实验样品，其相对介电常数通过１￡＇１１分析??仪双电极系统测量，测试环境和检测过程与ＸＬＰＥ绝缘料的测试相同。半导电屏蔽材料??介电常数随温度的变化规律如图２＊４所示。??７００１??—???导电屏蔽料相对介电常数丨??６００－??毅５〇０－?厂??￥４００－??！〇〇－?，?．??要２００－?＼??１００－?、??０－１?．??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电缆缓冲层烧蚀现象初步分析[J]. 王伟,欧阳本红,徐明忠,张静,严有祥. 电线电缆. 2019(05)
[2]热历史过程对XLPE电缆热历史温度的影响研究[J]. 李欢,翟双,陈杰,胡丽斌. 电力工程技术. 2019(05)
[3]CPE/CO抗拉伸绝缘电缆护套材料的研究[J]. 杜梦缘,孔德忠,于佳源. 塑料助剂. 2018(05)
[4]高压XLPE绝缘电力电缆缓冲层与金属护层结构设计仿真计算与优化[J]. 汪传斌,金海云. 电线电缆. 2018(03)
[5]寒区电缆外护套拉应力的产生机理及分布规律[J]. 陈秀洁,张道明. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2015(04)
[6]关于聚氯乙烯作为电力电缆外护套耐寒材料的应用[J]. 王志峰. 中国新技术新产品. 2015(01)
[7]高压XLPE绝缘电力电缆外护套材料的选择[J]. 宋丽亚,张道利,盛洞天. 电线电缆. 2014(03)
[8]基于有限元法的电缆金属护套感应电压仿真分析[J]. 高俊国,于平澜,李紫云,张晓虹,刘通,刘智宏. 高电压技术. 2014(03)
[9]基于IEC 60287和有限元法的高压海底电缆温度场分析方法[J]. 段佳冰,尹成群,吕安强,李永倩. 高压电器. 2014(01)
[10]高压单芯电缆减小金属护套环流的途径[J]. 刘楚加. 自动化应用. 2013(07)
硕士论文
[1]空气敷设电缆热—流耦合场仿真及其参数研究[D]. 郑文坚.华南理工大学 2018
[2]基于温度及护层电流监测的电缆绝缘老化诊断[D]. 龙慧.长沙理工大学 2017
[3]XLPE电力电缆护套感应电压与绝缘监测研究[D]. 杨超.长沙理工大学 2017
[4]10kV三芯电缆温度场分布特性及导体温度计算的仿真与实验研究[D]. 闫澜锋.华南理工大学 2012
[5]基于有限元法的电力电缆载流量计算[D]. 杨延明.哈尔滨理工大学 2012
[6]依据表皮温度准确计算单芯高压电缆线芯温度的理论及实验研究[D]. 雷鸣.华南理工大学 2011
[7]电力电缆在线载流能力预测系统的研究[D]. 高自伟.哈尔滨理工大学 2005
本文编号：3021330
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