本发明属于高压交流电缆附件设计领域，具体涉及一种采用非线性预制橡胶应力锥的交流电缆端头。
背景技术：
随着社会用电量的不断增加以及清洁能源的大力发展，人们需要将更多的电能输送到人口密集的地区。一方面，清洁能源等多位于偏远区域或是大海等地区，传统架空线路不再适用于将电能输送到用电集中区。另一方面，人口密集的城市对空间资源的利用和城市美观的注重等都使得不再适用架空线来输送电能。因此需要采用具有更高输送能力的输电方式来满足人们的用电需求，对于大城市等人口密集地区来说，采用高压电力电缆作为进线段成为必然趋势。
与此同时，非线性电介质的应用也得到了大力发展。非线性电介质是指电导率或相对介电常数随电场强度改变而变化的绝缘介质，其突出优点是在交(或直)流电场下能自行均化电场分布，且不明显降低绝缘结构性能，有“智慧绝缘材料”之称，最为典型的应用是电力系统避雷器中的氧化锌压敏陶瓷。
电力电缆广泛应用同时也存在着问题，高压交流电缆在电缆端头处需要将绝缘屏蔽层剥除，从而使得绝缘屏蔽层末端出现电应力集中现象，因此需要在电缆端头中安装应力锥消除场强集中现象。如图1所示，目前采用预制橡胶应力锥的交流电缆端头包括由应力锥导电或半导电部分1，应力锥绝缘部分2组成的预制橡胶应力锥，硅橡胶绝缘座3，硅橡胶伞群4，密封帽5，电缆导体连接金具6，其中，硅橡胶绝缘座3与硅橡胶伞群4相连，包裹在由电缆导体7、电缆绝缘层8、电缆绝缘屏蔽层9组成的电缆外侧形成电缆端头主体，密封帽5设置在电缆外侧上端部与硅橡胶伞群4相连，电缆导体连接金具6穿过密封帽5与电缆导体7相连；由应力锥导电或半导电部分1，应力锥绝缘部分2组成的预制橡胶应力锥设置在硅橡胶绝缘座3中，与电缆绝缘屏蔽层9切口相接触；所述电缆端头主体通过电缆导体连接金具与架空线路相连。其中，预制橡胶应力锥在工厂中整体预制成型，其特性决定了电缆终端场强均匀效果，传统预制橡胶应力锥绝缘部分采用电导固定的电介质，如硅橡胶，虽然使得电缆绝缘屏蔽层切口处的场强得到均匀，但在应力锥锥面处还会出现场强集中现象，给电力电缆系统的长期运行可靠性带来了威胁。非线性电导材料具有良好的均压效果，而电缆端头存在场强分布不均匀的问题，因此可以将非线性电导材料引入电缆端头附件中进行场强均匀。
技术实现要素：
本发明的目的是解决电缆端头附件预制橡胶应力锥中的场强集中问题，提供了一种采用非线性预制橡胶应力锥的交流电缆端头，该端头可提高电力电缆系统长期运的可靠性，同时使得预制橡胶应力锥的电压等级适用范围得到进一步扩大。
本发明提出的一种采用非线性预制橡胶应力锥的交流电缆端头，其特征在于，该交流电缆端头包括电缆端头主体、电缆导体连接金具、密封帽及非线性预制橡胶应力锥，所述电缆端头主体通过电缆导体连接金具与架空线路相连，所述密封帽设置在电缆端头主体靠近电缆导体连接金具的端部，所述电缆端头主体由硅橡胶绝缘座与硅橡胶绝缘伞群共同形成一体化结构；所述预制橡胶应力锥设置在硅橡胶绝缘座中，与电缆绝缘屏蔽层切口相接触。
所述非线性预制橡胶应力锥由绝缘部分和导电或半导电部分组成，导电或半导电部分与电缆绝缘屏蔽层切口相接触；其中，应力锥导电或半导电部分由硅橡胶和炭黑复合而成，应力锥绝缘部分采用非线性电导复合材料，由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成；非线性电导复合材料中氧化锌陶瓷粉体颗粒的百分比含量与颗粒大小由电缆电压等级和电缆的几何尺寸决定；根据不同电压等级和电缆的几何尺寸，氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在50mm到150mm之间，质量分数在20％到40％之间。
本发明的特点和有益效果在于：
1、本发明区别于现有硅橡胶预制式电缆端头，采用非线性电导复合材料作为预制橡胶应力锥绝缘部分，不仅解决了电缆屏蔽层切口处场强集中问题还使得应力锥锥面处场强集中问题得以解决，提高了电力电缆系统长期运的可靠性。
2、本发明通过改变材料特性来均匀电缆端头场强问题使得预制橡胶应力锥的电压等级适用范围得到进一步扩大，不仅适用于低电压等级电缆端头，而且对于高电压等级电缆端头也可以起到很好的场强均匀作用，适用于10kV及10kV以上交流电缆。
附图说明
图1为现有和本发明的采用预制橡胶应力锥的交流电缆端头结构示意图；
图中，1—应力锥导电或半导电部分，2—应力锥绝缘部分，3—硅橡胶绝缘座，4—硅橡胶伞群，5—密封帽，6—电缆导体连接金具，7—电缆导体，8—电缆绝缘层，9—电缆绝缘屏蔽层。
具体实施方式
下面根据具体实例并结合附图，对本发明进行详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例一种采用非线性预制橡胶应力锥的交流电缆端头，包括：由应力锥导电或半导电部分1，应力锥绝缘部分2组成的非线性预制橡胶应力锥，由硅橡胶绝缘座3，硅橡胶伞群4组成的电缆端头主体，密封帽5，电缆导体连接金具6，所述电缆端头主体包裹在由电缆导体7、电缆绝缘层8、电缆绝缘屏蔽层9组成的电缆外侧，通过电缆导体连接金具6与架空线相连，所述密封帽5设置在电缆端头主体靠近电缆导体连接金具6的端部，所述非线性预制橡胶应力锥设置在硅橡胶绝缘座3中，与电缆绝缘屏蔽层9切口相接触。
其中，应力锥导电或半导电部分1由硅橡胶和炭黑复合而成，应力锥绝缘部分2采用非线性电导复合材料，由氧化锌陶瓷粉体颗粒与硅橡胶复合而成；非线性电导复合材料中氧化锌陶瓷粉体颗粒的百分比含量与颗粒大小由电缆电压等级和电缆的几何尺寸决定；根据不同电压等级和电缆的几何尺寸，氧化锌陶瓷粉体颗粒大小在50mm到150mm之间，质量分数在20％到40％之间。
所述电缆电压等级为110kV，电缆绝缘层厚度16mm，应力锥绝缘部分2非线性复合材料中氧化锌陶瓷粉体颗粒含量为30％，颗粒大小为100mm—125mm。与采用固定电导材料作为应力锥绝缘部分相比，采用非线性电导材料作为应力锥绝缘部分材料时，电缆端头最高场强下降50％。
所述电缆电压等级为500kV，电缆绝缘层厚度31mm，应力锥绝缘部分2非线性复合材料中氧化锌陶瓷粉体颗粒含量为25％，颗粒大小为75mm—100mm。与采用固定电导材料作为应力锥绝缘部分相比，采用非线性电导材料作为应力锥绝缘部分材料时，电缆端头最高场强下降75％。
本发明的工作原理：以具有非线性电导特性的复合材料替代固定电导材料作为预制橡胶应力锥的绝缘部分，实现材料性能参数与空间场强大小的自适应匹配，起到智能改善空间场强的作用；应力锥局部场强过大时，绝缘部分电导增加，局部分压减小而使得局部场强减小，起到均匀场强的作用。
显然，上述实例中仅仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对发明的实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说满足上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式给予说明。