電纜直流電壓下的電場分布

在直流電壓作用下，絕緣內的電場強度與電阻率成正比分布，或與電 導率 r 成反比分布。電纜在運行中，線芯通以高壓大容量的電流，由此而 產生的線芯損耗會使電纜內的溫度升高。而溫度分布是不均勻的，電阻 率也會受溫度的影響而發生變化。

電阻率和溫度的關系可寫為

p= p0 e - a8

式中，p0 為 0℃ 時的電阻系數；8為工作溫度；a為溫度系數。

據穩態熱性計算，絕緣層中的溫度分布公式為

8= 8c - 1n 

式中，8c 為導電線芯溫度；8s 為金屬屏蔽層溫度；rc 為導電線芯半徑；R 為 絕緣層外半徑；r 為絕緣中任意一點到電纜中心距離。

p= p0 e - a8c (  ) β

式中，β= a

對于單位長度電纜絕緣電阻

Ri =  jp = (Rβ - rcβ)

據恒定電場，絕緣內任意一點處的場強為

E = p8= p = 

將

E =  U0 βrβ- 1

Rβ - rcβ

描述了直流電壓下電場強度分布的特點。因 8c - 8s = wc 1n 故

a(8c - 8s )    awc

β=           R       =  2Tp71

rc

故可認為 E = /(β) = /(wc )，線芯損耗決定了 β的大小，而 β的變化又直 接影響了 E 的變化。

(1)當 β= 0 即 8c = 8s，相當于負載為零，而 E = 為不定型。但為均

勻介質，電導率 7 不受溫度的影響，即為定值。據電磁場理論，解恒定電 場的問題，可應用相應的靜電場的分析方法，則有

從上式可知此時場強的分布和交流電壓下的場強分布相同。最大場強出 現在導電線芯表面，而絕緣層表面場強最小。

(2)當 β= 1 時據前面的公式，可知

E =                                      (24 - 19)

電纜相當于平行平板電容器，絕緣中電場均勻分布。

(3)當 β< 1 時，rβ- 1 為負指數，E 隨 r 增加而減少，但比 β= 0 時要均 勻；當 β3 1 時 rβ- 1 為正指數，E 隨 r 增加而增加，最大場強有可能出現在 絕緣層表面。即加上負載后，最大場強有向絕緣層表面移動的趨勢。

因此，在設計直流電纜時，不僅應保證在無載時線芯表面電場強度不 能超過其允許值，而且還應保證電纜在容許最大負載時，絕緣層表面處的 電場強度不超過其允許值。