电缆直流电压下的电场分布

在直流电压作用下，绝缘内的电场强度与电阻率成正比分布，或与电 导率 r 成反比分布。电缆在运行中，线芯通以高压大容量的电流，由此而 产生的线芯损耗会使电缆内的温度升高。而温度分布是不均匀的，电阻 率也会受温度的影响而发生变化。

电阻率和温度的关系可写为

p= p0 e - a8

式中，p0 为 0℃ 时的电阻系数；8为工作温度；a为温度系数。

据稳态热性计算，绝缘层中的温度分布公式为

8= 8c - 1n 

式中，8c 为导电线芯温度；8s 为金属屏蔽层温度；rc 为导电线芯半径；R 为 绝缘层外半径；r 为绝缘中任意一点到电缆中心距离。

p= p0 e - a8c (  ) β

式中，β= a

对于单位长度电缆绝缘电阻

Ri =  jp = (Rβ - rcβ)

据恒定电场，绝缘内任意一点处的场强为

E = p8= p = 

将

E =  U0 βrβ- 1

Rβ - rcβ

描述了直流电压下电场强度分布的特点。因 8c - 8s = wc 1n 故

a(8c - 8s )    awc

β=           R       =  2Tp71

rc

故可认为 E = /(β) = /(wc )，线芯损耗决定了 β的大小，而 β的变化又直 接影响了 E 的变化。

(1)当 β= 0 即 8c = 8s，相当于负载为零，而 E = 为不定型。但为均

匀介质，电导率 7 不受温度的影响，即为定值。据电磁场理论，解恒定电 场的问题，可应用相应的静电场的分析方法，则有

从上式可知此时场强的分布和交流电压下的场强分布相同。最大场强出 现在导电线芯表面，而绝缘层表面场强最小。

(2)当 β= 1 时据前面的公式，可知

E =                                      (24 - 19)

电缆相当于平行平板电容器，绝缘中电场均匀分布。

(3)当 β< 1 时，rβ- 1 为负指数，E 随 r 增加而减少，但比 β= 0 时要均 匀；当 β3 1 时 rβ- 1 为正指数，E 随 r 增加而增加，最大场强有可能出现在 绝缘层表面。即加上负载后，最大场强有向绝缘层表面移动的趋势。

因此，在设计直流电缆时，不仅应保证在无载时线芯表面电场强度不 能超过其允许值，而且还应保证电缆在容许最大负载时，绝缘层表面处的 电场强度不超过其允许值。