在高壓(HV)電纜系統(tǒng)中,電纜接頭起到將各段電纜連接為一個整體的作用,硅橡膠因其摩擦系數(shù)高、耐壓強度大和絕緣性良好等特點而通常被選為制作電纜附件的材料。
一般采用過盈配合的方式為電纜本體與附件(如硅橡膠材料)的接觸界面提供壓力。電纜附件通常包含幾種不同的材料,如應(yīng)力錐、高壓電極(半導(dǎo)電層)和絕緣層。硅橡膠電纜接頭由于具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和材料界面,所以常成為高壓電纜安全運行的薄弱環(huán)節(jié)。
過去多年的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)電纜附件故障數(shù)量占電纜系統(tǒng)故障數(shù)量的70%以上,直接影響到電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。許多學(xué)者對超彈性橡膠材料的本構(gòu)模型和電纜附件的過盈配合進行了研究。在本構(gòu)模型方面,燕山指出在只具有單軸拉伸試驗數(shù)據(jù)的條件下,Yeoh 模型可以用來預(yù)測平面剪切和等雙軸拉伸受力性能。在過盈配合方面,范成業(yè)等對鋼–橡膠–鋼模型的過盈配合進行了理論分析 ;對橡膠–橡膠–金屬模型的過盈配合進行分析,研究了過盈量與變形、應(yīng)力的關(guān)系;柳松對電纜–橡膠模型的過盈配合進行了ANSYS 仿真,研究了過盈量和面壓的關(guān)系。
硅橡膠附件的最大界面應(yīng)力發(fā)生在半導(dǎo)電層厚度最大的位置處;Yeoh 模型能較好地描述硅橡膠材料的力學(xué)性能,且具有較高的計算效率及計算穩(wěn)定性;硅橡膠附件的絕緣層厚度和過盈量會影響其界面應(yīng)力,其中過盈量占主導(dǎo)因素,在該故障案例中,過盈量每增加0.01 m,過盈配合界面徑向應(yīng)力絕對值約增加0.17 MPa;絕緣層厚度每增加0.01 m,過盈配合界面徑向應(yīng)力絕對值約增加0.006 5 MPa。因此,在電纜接頭的應(yīng)力設(shè)計中應(yīng)重點控制過盈量。