【学习笔记】高压电缆半导电层的巨大作用

文摘   2025-01-15 07:40   河北  

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高压电缆的半导电层(或称屏蔽层),在电缆结构里面其实是最不起眼的存在,但却起着重要的作用,主要是有效均衡电场,延缓绝缘老化。

半导电层的材料特性

半导电层通常由基于乙烯类的聚合物(如聚乙烯、交联聚乙烯)与导电填料(如炭黑、金属氧化物)复合而成。其电导率介于导体和绝缘体之间。

炭黑等导电填料在基体中形成导电路径,使得电场分布更为均匀。填料的粒径、含量及分布对电场均匀性和电缆性能有显著影响。

半导电材料与绝缘层及导体的界面形成优良的物理和电气接触,能避免界面空隙或不均匀性导致的局部电场增强


电场分布的优化

在高压电缆中,电场分布的均匀性对电缆的电气强度和绝缘寿命具有决定性意义。

裸导体表面存在尖端效应,会导致电场强度局部增强,而绝缘材料的局部击穿通常始于这些高场区域。半导电层通过提高导体表面的电气均匀性,使电场分布趋于平滑。

半导电层与导体及绝缘层的电位过渡应连续。材料的均匀电导率保证了电流分布的一致性,避免因局部电场差异而导致的空间电荷积累或介质击穿。

界面效应与热-电耦合作用

在长期运行中,电缆内部会受到热-电耦合作用的影响,而半导电层对这种界面效应的抑制可以有效增加电缆寿命。

材料热膨胀系数的匹配性尤为重要,若导体和绝缘材料界面处若出现空隙,将因电场集中过早失效。半导电层在导体和绝缘体之间还可以起到热膨胀缓冲的作用。

高压直流电缆运行中,空间电荷积累是绝缘劣化的主要机制之一。半导电层能够削弱界面处的电场强度梯度,降低空间电荷的产生和积聚。

上图是模拟的图片。对比了有半导电层和无导电层情况下,高压电缆导体和绝缘体之间的电场分布对比。

左图为没有半导电层,电场分布不均匀,尤其在导体尖锐边缘,电场线集中,导致绝缘应力增加。右图为加入半导电层后,电场分布平滑均匀,减少了电应力,提高了绝缘性能。

不过模拟图片有些太抽象了,看个乐趣吧。


以上这些就是半导电层在高压电力电缆中的重要作用。大家一起学习。



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