电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，包括如下步骤：获取电缆冷缩中间接头的结构参数；根据所述结构参数建立电缆冷缩中间接头的材料力学模型；根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的界面压力值。通过上述技术方案，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法实现了对电缆冷缩中间接头界面压力的测量，有效地提高了电缆冷缩中间接头界面压力测量结果的准确性。
【专利说明】
电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及输电线路安全领域，特别是涉及一种电缆冷缩中间接头界面压力的测 量方法。
【背景技术】
[0002] 现有的高压输电线路中多采用交联聚乙烯护套电力电缆，当交联聚乙烯电缆线路 发生短路、绝缘老化或其他外力作用等原因造成击穿故障后，常用的处理方法是:将故障段 电缆切弃，并使用中间接线盒将切断的电缆连接起来。对于中间接线盒的选择，冷缩式中间 接头因其绝缘可靠、密封性好、安装方便、安全可靠等诸多优点，成为最为理想的中间接头。 电缆冷缩中间接头利用橡胶"弹性记忆"的特性，采用先进的扩张技术，将制造好的电缆终 端胶件在弹性范围内预先撑开，套入塑料支撑条;安装时，只需抽去塑料支撑条，电缆终端 橡胶件就会迅速收缩抱紧在电缆上。在实际应用时，电缆附件的护套管、分支套、密封管等 全部是冷缩产品，确保了交联聚乙烯电缆线路较好的密封性。
[0003] 随着冷缩中间接头在交联聚乙烯电缆线路，尤其在IOkV交联聚乙烯电缆线路中的 广泛应用，由于中间接头冷缩管硅橡胶与交联聚乙烯构成的绝缘界面发生放电而导致输电 线路故障的情况也频繁发生，其中，冷缩管界面压力不足是故障发生的主要原因之一。因 此，对冷缩管界面压力进行计算与测量成为预防这一故障发生的首要手段。
[0004] 目前，业内许多学者已经针对界面压力开展了较多研究，常用的方法有以下几种： 一、寻找界面压力与击穿性能之间的关系，然而其试验样品为平面界面，缺少法向电场，与 实际应用的中间接头的电场分布不同，不具备适用性;二、利用铝管贴应变片的方式测量界 面压力，然而，选择的测量模型与实际接头结构不尽相同，同样不具备适用性。综上所述，现 有的冷缩中间接头界面压力的测量方法的测量对象大多与实际的冷缩中间接头不同；而 且，多是间接测量，导致测量结果不准确，无法起到预防配电网输电线路故障的作用。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对现有的冷缩中间接头界面压力的测量方法的测量结果误差较 大的技术问题，提供一种电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法。
[0006] -种电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，包括如下步骤：
[0007]建立电缆冷缩中间接头的材料力学模型；其中，所述电缆冷缩中间接头的材料力 学模型为：
[0008]
[0009]式中，F表示冷缩中间接头的界面压力，P表示冷缩中间接头界面受到的压强，S表 示冷缩中间接头的界面面积，1表示冷缩管轴向长度，E表示冷缩管硅橡胶材料的弹性模量， Γι表示冷缩管工作状态时的内半径，Π )表示冷缩管工作状态时的外半径，d表示冷缩管工作 状态时的厚度，do表示冷缩管初始厚度，r。。表示冷缩管的初始外半径，r iQ表示冷缩管的初始 内半径；
[0010]根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的界面 压力值。
[0011] 上述电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，通过建立电缆冷缩中间接头的材料 力学模型，并根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的 界面压力值。通过上述技术方案，实现了对电缆冷缩中间接头界面压力的测量，有效地提高 了测量结果的准确性。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的一个实施例的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法流程图；
[0013] 图2为本发明的另一个实施例的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法中建立的 电缆冷缩中间接头的材料力学模型。
【具体实施方式】
[0014] 为了更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳 实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0015] 如图1所示，图1为本发明的一个实施例的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法 流程图，包括如下步骤：
[0016] 步骤SlOl:获取电缆冷缩中间接头的结构参数；
[0017] 步骤S102:根据所述结构参数建立电缆冷缩中间接头的材料力学模型；
[0018] 作为一个实施例中，所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型为：
[0019]
[0020]式中，F表示冷缩中间接头的界面压力，P表示冷缩中间接头界面受到的压强，S表 示冷缩中间接头的界面面积，1表示冷缩管轴向长度，E表示冷缩管硅橡胶材料的弹性模量， Γι表示冷缩管工作状态时的内半径，Π )表示冷缩管工作状态时的外半径，d表示冷缩管工作 状态时的厚度，do表示冷缩管初始厚度，r。。表示冷缩管的初始外半径，r iQ表示冷缩管的初始 内半径。
[0021]在本步骤中，由于冷缩式电缆中间接头是由冷缩管硅橡胶材料与电缆绝缘交联聚 乙烯的过盈配合来产生界面压力，从而保证该绝缘界面的电气强度。由于交联聚乙烯的弹 性模量远大于硅橡胶，因此近似认为在冷缩过程中，交联聚乙烯绝缘为刚性物体，外径保持 不变。另需认为硅橡胶为各项同性的弹性材料，即各方向的拉模量相同。使用微元法可对中 间接头的硅橡胶冷缩管对绝缘表面的压力进行理论分析计算。
[0022] 如图2所示，图2为本发明的另一个实施例的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方 法中建立的电缆冷缩中间接头的材料力学模型，图中，r lQ为冷缩管初始内半径，为冷缩 管初始外半径，记(1〇 = Γ〇()-Γ?()为冷缩管初始厚度，Γι为冷缩管工作状态下内半径（即绝缘外 半径），r〇为冷缩管工作状态下外半径，记(1 = ^)-^为冷缩管工作状态时的厚度，△ Θ为一个 较小圆心角。冷缩管轴向长度为1，弹性模量为E。由于冷缩管扩张前后的内、外半径均可测 得，因此关于泊松比的分析，可以近似认为硅橡胶材料内部为径向均匀应变。故在冷缩管工 作状态下，与内壁（内半径ri)距离为X，厚度为dx的微元层，其应变为：
[0023]
[0024]该位置切向受力为：[0025] dF = 〇dS = lEedx；[0026]
[0027]
[0028] 最终，径向压力为切向合力的合成，得到电缆冷缩中间接头的界面压强为：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 由此可知，界面压力与中间接头硅橡胶冷缩管的自然状态内径、外径，工作状态的 内径、外径，以及硅橡胶材料的弹性模量相关。在实际运用中，通过测量得到各参量后，就可 以通过理论公式对中间接头的界面压力情况进行计算评估。
[0033] 步骤S103:根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间 接头的界面压力值。
[0034] 上述电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，通过建立电缆冷缩中间接头的材料 力学模型，并根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的 界面压力值。通过上述技术方案，实现了对电缆冷缩中间接头界面压力的测量，有效地提高 了测量结果的准确性。
[0035] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，在所述 根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的界面压力值的 步骤S102之前，还可以包括：
[0036] 利用量具测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径。
[0037] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，所述量 具为游标卡尺。
[0038] 在上述实施例中，采用游标卡尺测量冷缩管在工作状态时的内半径和外半径，具 体游标卡尺的型号可以根据冷缩管的尺寸进行合理的选择。
[0039] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，在所述 利用量具测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径的步骤之后，还包括：
[0040] 将所述冷缩管沿轴向隔开，从电缆拆除，测量所述冷缩管复原后的初始内半径和 初始外半径。
[0041] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，所述利 用量具测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径的步骤包括：
[0042] 利用量具多次测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径；
[0043] 所述测量所述冷缩管复原后的初始内半径和初始外半径的步骤包括：
[0044]多次测量所述冷缩管复原后的初始内半径和初始外半径。
[0045] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，还包括：
[0046] 多次测量冷缩中间接头的界面面积和冷缩管轴向长度。
[0047] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，根据多 次测量的冷缩管工作状态时的内半径和外半径、冷缩管复原后的初始内半径和初始外半 径、冷缩中间接头的界面面积和冷缩管轴向长度以及所述电缆冷缩中间接头界面压力的材 料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的多个界面压力值；
[0048]对所述多个界面压力值求和取平均，得到电缆冷缩中间接头的界面压力平均值。
[0049] 在上述实施例中，为了使利用上述电缆冷缩中间接头的材料力学模型计算得到的 电缆冷缩中间接头的界面压力值更准确，可以对冷缩管自身的相关参数进行多次测量，分 别代入电缆冷缩中间接头的材料力学模型中进行计算，得到多个界面压力值;再对这些多 个界面压力值求和取平均，就得到了电缆冷缩中间接头的界面压力平均值。本发明的电缆 冷缩中间接头界面压力的测量方法，通过对计算得到的多个界面压力值求和取平均，进一 步提高了测量结果的准确性。
[0050] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，所述冷 缩中间接头是通过将两个电缆段的线芯露出，将所述两个电缆段的外半导体剥离，使绝缘 部分露出，并对所述绝缘部分进行清洗;再将所述两个电缆段的线芯对齐，并使用压接管进 行压接的方式制作。
[0051] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，所述对 所述绝缘部分进行清洗的步骤包括：
[0052] 利用酒精纸对所述绝缘部分擦拭干净。
[0053] 在其中一个实施例中，本发明的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，所述冷 缩管为硅橡胶冷缩管。
[0054] 上述电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，通过建立电缆冷缩中间接头的材料 力学模型，并根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的 界面压力值。通过上述技术方案，实现了对电缆冷缩中间接头界面压力的测量，有效地提高 了测量结果的准确性。
[0055] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0056] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取电缆冷缩中间接头的结构参数； 根据所述结构参数建立电缆冷缩中间接头的材料力学模型； 根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的界面压力 值。2. 根据权利要求1所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于，所述电 缆冷缩中间接头的材料力学模型为：式中，F表示冷缩中间接头的界面压力，P表示冷缩中间接头界面受到的压强，S表示冷 缩中间接头的界面面积，1表示冷缩管轴向长度，E表示冷缩管硅橡胶材料的弹性模量，^表 示冷缩管工作状态时的内半径，ro表示冷缩管工作状态时的外半径，d表示冷缩管工作状态 时的厚度，do表示冷缩管初始厚度，r。。表示冷缩管的初始外半径，r iQ表示冷缩管的初始内半 径。3. 根据权利要求1所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于，在所述 根据所述电缆冷缩中间接头的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的界面压力值的 步骤之前，还包括： 利用量具测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径。4. 根据权利要求3所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于:所述量 具为游标卡尺。5. 根据权利要求3所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于，在所述 利用量具测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径的步骤之后，还包括： 将所述冷缩管沿轴向隔开，从电缆拆除，测量所述冷缩管复原后的初始内半径和初始 外半径。6. 根据权利要求3或5所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于，所 述利用量具测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径的步骤包括： 利用量具多次测量所述冷缩管工作状态时的内半径和外半径； 所述测量所述冷缩管复原后的初始内半径和初始外半径的步骤包括： 多次测量所述冷缩管复原后的初始内半径和初始外半径。7. 根据权利要求1所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于，还包 括： 多次测量冷缩中间接头的界面面积和冷缩管轴向长度。8. 根据权利要求7所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于： 根据多次测量的冷缩管工作状态时的内半径和外半径、冷缩管复原后的初始内半径和 初始外半径、冷缩中间接头的界面面积和冷缩管轴向长度以及所述电缆冷缩中间接头界面 压力的材料力学模型，计算得到电缆冷缩中间接头的多个界面压力值； 对所述多个界面压力值求和取平均，得到电缆冷缩中间接头的界面压力平均值。9. 根据权利要求1所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于： 所述冷缩中间接头是通过将两个电缆段的线芯露出，将所述两个电缆段的外半导体剥 离，使绝缘部分露出，并对所述绝缘部分进行清洗;再将所述两个电缆段的线芯对齐，并使 用压接管进行压接的方式制作。10. 根据权利要求9所述的电缆冷缩中间接头界面压力的测量方法，其特征在于，所述 对所述绝缘部分进行清洗的步骤包括： 利用酒精纸对所述绝缘部分擦拭干净。
【文档编号】G01L5/00GK105890835SQ201610166336
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】范伟男, 黄炎光, 莫文雄, 王勇, 熊俊, 索智鑫, 方健, 张亚茹, 杜钢, 覃煜
【申请人】广州供电局有限公司