尚英强 张恒东 邰宝宇 时晨杰

1．国网北京市电力公司电缆分公司 北京 100022 2．北京卓越电力建设有限公司 北京 101300

0 引言

电力电缆是传输电能的重要电力设备,随着我国城市内电网电缆化率的不断提升,高压交联聚乙烯电缆的使用也在不断普及。交联聚乙烯(XLPE)结构简单,介电响应性能好,结构相对稳定,耐热性能由于聚乙烯材料,且具备一定的机械强度,目前正作为绝缘材料在高压电缆中被广泛使用[1]。

然而,交联聚乙烯电缆的老化和击穿是目前电力电缆安全运行面对的主要问题。近年来,不断有学者从交联温度、交联时间、交联程度、老化方式、电极材料、脱气时间及绝缘厚度等方面对交联聚乙烯电缆老化的原因进行分析。

XLPE电缆的制造对绝缘材料的洁净度要求较高,然而在电力电缆制造的过程中,XLPE绝缘中不可避免的会产生微孔和杂质,其来源有可能是聚乙烯材料原理本身,也可能是在掺料过程中混入了空气中可能存在的微粒。杂质会引起XLPE电缆内部电场发生畸变,引发一系列老化现象[4]。

本文基于有限元计算方法,分析了导电杂质在XLPE电缆绝缘内引起的电场分布的影响

1 计算原理

1．1 计算电场强度 在多物理场有限元计算中,利用偏微分方程可以根据点位来求解电场强度,公式见(1)所示

式中,φ为各个节点上电位的加权值,即

1．2 计算电荷密度 根据高斯通量定理,对于某一点的电位移矢量D求散度,可以得到该点的电荷密度ρ,公式如(3)所示

式中,D＝εE,其中ε为介质的介电常数。……