自熔式电缆中间接头的老化检测方法及装置与流程

1.本发明涉及一种自熔式电缆中间接头的老化检测方法及装置，属于电缆附件检测技术领域。


背景技术：

2.自熔式电缆中间接头所形成的无物理界面，可以有效避免界面热胀冷缩产生的“呼吸效应”，防止水分和潮气的进入，使电缆绝缘与电缆附件间形成连续的电场屏蔽体，从根本上解决了界面应力松弛而产生的沿面爬电问题，保证了电力系统安全可靠运行。三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene epdm)自粘带可与交联聚乙烯(crosslinked polyethylene，xlpe)形成无气隙界面熔融结合状态，使中间接头具有优异的防水性能和电气可靠性，延长了电缆的使用寿命。但在电缆实际运行过程中，交联聚乙烯和三元乙丙胶绝缘在电、热、力等共同作用下易发生劣化，尤其是其复合界面粘接处更为严重，绝缘性能降低。
3.目前，针对老化对中间接头硅橡胶绝缘材料性能的影响，国内外学者进行了较多的研究。金海云等对硅橡胶试样进行175℃、225℃温度加速热老化试验，研究发现随老化时间的增加，电气强度呈下降趋势；徐曼等分别对全新未运行、正常运行提前退役和运行中发生故障的220kv电缆接头硅橡胶材料的电气性能进行测试分析，发现在电热老化以及故障短时电热冲击的作用下，硅橡胶绝缘的分子链结构被破坏，体积电阻率明显下降。
4.然而新型自熔式电缆中间接头采用三元乙丙橡胶自粘带与电缆交联聚乙烯绝缘形成无气隙界面，但随着运行时间的增加，界面结合处会出现微观气隙，气隙部位会发生电场畸变，造成局部温度升高，从而引发接头击穿等故障。因此，需要研制一种自熔式电缆中间接头的老化检测方法，对自熔式电缆中间接头老化状态进行判断，提前解决电缆故障问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种自熔式电缆中间接头的老化检测方法及装置，能够对自熔式电缆中间接头老化状态进行判断，提前解决由于自熔式电缆中间接头老化导致的电缆故障问题。
6.本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
7.第一方面，本发明实施例提供的一种自熔式电缆中间接头的老化检测方法，包括以下步骤：
8.基于自熔式电缆中间接头结构参数建立仿真模型；
9.基于仿真模型计算电场和温度场；
10.根据电场和温度场的变化情况判断自熔式电缆中间接头是否老化；
11.所述判断自熔式电缆中间接头是否老化的依据为：
12.(1)自熔式电缆中间接头xlpe/epdm复合界面完全融合时，复合界面电场分布均
匀，温度呈对称分布，径向温度由内到外逐渐降低；老化后，界面处的电场强度增大；
13.(2)当xlpe/epdm复合界面存在气隙时，气隙处自由电荷积聚，造成气隙处电场畸变；绝缘老化加剧分子链断裂，电荷积聚程度增加，导致气隙处电场畸变更加严重；
14.(3)复合界面气隙处等温线密集，气隙处电场强度增大导致局部温度升高，老化使极性基团增多，增大了极化损耗，导致绝缘材料产生更多热量。
15.作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立仿真模型，包括：
16.建立电场控制方程；
17.建立温度场控制方程。
18.作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立电场控制方程，包括：
19.按电准静态场分析，电场控制方程为：
[0020][0021]
对于各向同性电介质，存在以下公式：
[0022]
j＝γe
ꢀꢀꢀ
(2)
[0023]
d＝εe
ꢀꢀꢀ
(3)
[0024]
由矢量计算公式可知：
[0025][0026]
将公式(2)、(3)带入(4)中得：
[0027][0028]
其中，h为磁场强度；j为电流密度；d为电位移矢量；b为磁感应强度；e为电场强度；t为时间；ρ为材料密度；γ为电导率；ε为介电常数；ω是角频率；为旋度。
[0029]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立温度场控制方程，包括：
[0030]
电缆中间接头发热是由于电缆线芯产生的焦耳热以及绝缘材料介质损耗产生的热量，其公式为：
[0031]
q＝i2r/s
ꢀꢀꢀ
(6)
[0032]
p＝u2ωctanδ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0033]
式中：q为导体产热率；p为绝缘损耗发热功率；i为电缆负荷电流；s为线芯的截面积；r为单位长度导体的交流电阻；u为电介质的电压；ω为角频率；c为电介质电容；tanδ为介质损耗角正切；
[0034]
根据传热学，在存在热源情况下，热传导的微分方程为：
[0035][0036]
式中：t为介质内部温度；λ为导热系数；
[0037]
根据传热学的边界条件，电缆中间接头内部温度分布时，其边界方程为：
[0038][0039]
式中：γ为求解域边界；为流体温度沿外法线方向变化率；tf为周围环境空
气温度；h为空气的自然对流换热系数。
[0040]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述自熔式电缆中间接头结构参数，至少包括介电常数、电导率和导热系数。
[0041]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于仿真模型计算电场和温度场，包括：
[0042]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面无气隙时电场和温度场；
[0043]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面存在气隙时电场和温度场。
[0044]
另一方面，本发明实施例提供的一种自熔式电缆中间接头的老化检测装置，包括：
[0045]
模型建立模块，用于基于自熔式电缆中间接头结构参数建立仿真模型；
[0046]
数据计算模块，用于基于仿真模型计算电场和温度场；
[0047]
老化判断模块，用于根据电场和温度场的变化情况判断自熔式电缆中间接头是否老化；
[0048]
所述老化判断模块判断自熔式电缆中间接头是否老化的依据为：
[0049]
(1)自熔式电缆中间接头xlpe/epdm复合界面完全融合时，复合界面电场分布均匀，温度呈对称分布，径向温度由内到外逐渐降低；老化后，界面处的电场强度增大；
[0050]
(2)当xlpe/epdm复合界面存在气隙时，气隙处自由电荷积聚，造成气隙处电场畸变；绝缘老化加剧分子链断裂，电荷积聚程度增加，导致气隙处电场畸变更加严重；
[0051]
(3)复合界面气隙处等温线密集，气隙处电场强度增大导致局部温度升高，老化使极性基团增多，增大了极化损耗，导致绝缘材料产生更多热量。
[0052]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述模型建立模块具体用于：
[0053]
建立电场控制方程；
[0054]
建立温度场控制方程。
[0055]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立电场控制方程，包括：
[0056]
按电准静态场分析，电场控制方程为：
[0057][0058]
对于各向同性电介质，存在以下公式：
[0059]
j＝γe
ꢀꢀꢀ
(2)
[0060]
d＝εe
ꢀꢀꢀ
(3)
[0061]
由矢量计算公式可知：
[0062][0063]
将公式(2)、(3)带入(4)中得：
[0064][0065]
其中，h为磁场强度；j为电流密度；d为电位移矢量；b为磁感应强度；e为电场强度；t为时间；ρ为材料密度；γ为电导率；ε为介电常数；ω是角频率；为旋度。
[0066]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立温度场控制方程，包括：
[0067]
电缆中间接头发热是由于电缆线芯产生的焦耳热以及绝缘材料介质损耗产生的热量，其公式为：
[0068]
q＝i2r/s
ꢀꢀꢀ
(6)
[0069]
p＝u2ωctanδ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0070]
式中：q为导体产热率；p为绝缘损耗发热功率；i为电缆负荷电流；s为线芯的截面积；r为单位长度导体的交流电阻；u为电介质的电压；ω为角频率；c为电介质电容；tanδ为介质损耗角正切；
[0071]
根据传热学，在存在热源情况下，热传导的微分方程为：
[0072][0073]
式中：t为介质内部温度；λ为导热系数；
[0074]
根据传热学的边界条件，电缆中间接头内部温度分布时，其边界方程为：
[0075][0076]
式中：γ为求解域边界；为流体温度沿外法线方向变化率；tf为周围环境空气温度；h为空气的自然对流换热系数。
[0077]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述自熔式电缆中间接头结构参数，至少包括介电常数、电导率和导热系数。
[0078]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据计算模块具体用于：
[0079]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面无气隙时电场和温度场；
[0080]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面存在气隙时电场和温度场。
[0081]
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
[0082]
本发明以自熔式电缆中间接头为对象建立仿真模型，分别计算了老化前后复合界面有无气隙时的电场和温度场分布特性，根据热老化对xlpe/epdm复合界面存在气隙时电场及温度场分布情况，对自熔式电缆中间接头老化状态进行判断，提前解决了由于自熔式电缆中间接头老化导致的电缆故障问题。
[0083]
本发明通过分析老化前后复合界面有无气隙时的电场和温度场分布特性，实现自熔式电缆中间接头运行状态的实时监测，降低了故障风险，增加了电网运行可靠性。
附图说明：
[0084]
图1是根据一示例性实施例示出的一种自熔式电缆中间接头的老化检测方法流程图；
[0085]
图2是根据一示例性实施例示出的一种自熔式电缆中间接头的老化检测装置结构示意图；
[0086]
图3是根据一示例性实施例示出的一种自熔式电缆中间接头仿真模型示意图；
[0087]
图4是根据一示例性实施例示出的一种气隙位置以及仿真计算取值位置示意图；
[0088]
图5是根据一示例性实施例示出的一种老化前无气隙时电场分布示意图；
[0089]
图6是根据一示例性实施例示出的一种老化前后无气隙时复合界面电场强度变化曲线示意图；
[0090]
图7是根据一示例性实施例示出的一种老化前无气隙时温度场分布示意图；
[0091]
图8是根据一示例性实施例示出的一种老化前后无气隙时复合界面温度场强度变
化曲线示意图；
[0092]
图9是根据一示例性实施例示出的一种老化前存在气隙时电场分布示意图；
[0093]
图10是根据一示例性实施例示出的一种老化前后存在气隙时复合界面电场强度变化曲线示意图；
[0094]
图11是根据一示例性实施例示出的一种老化前存在气隙时温度场分布示意图；
[0095]
图12是根据一示例性实施例示出的一种老化前后存在气隙时复合界面温度场强度变化曲线示意图。
具体实施方式
[0096]
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0097]
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0098]
如图1所示，本发明实施例提供的一种自熔式电缆中间接头的老化检测方法，包括以下步骤：
[0099]
基于自熔式电缆中间接头结构参数建立仿真模型；
[0100]
基于仿真模型计算电场和温度场；
[0101]
根据电场和温度场的变化情况判断自熔式电缆中间接头是否老化；
[0102]
所述判断自熔式电缆中间接头是否老化的依据为：
[0103]
(1)自熔式电缆中间接头xlpe/epdm复合界面完全融合时，复合界面电场分布均匀，温度呈对称分布，径向温度由内到外逐渐降低；老化后，界面处的电场强度增大；
[0104]
(2)当xlpe/epdm复合界面存在气隙时，气隙处自由电荷积聚，造成气隙处电场畸变；绝缘老化加剧分子链断裂，电荷积聚程度增加，导致气隙处电场畸变更加严重；
[0105]
(3)复合界面气隙处等温线密集，气隙处电场强度增大导致局部温度升高，老化使极性基团增多，增大了极化损耗，导致绝缘材料产生更多热量。
[0106]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立仿真模型，包括：
[0107]
建立电场控制方程；
[0108]
建立温度场控制方程。
[0109]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立电场控制方程，包括：
[0110]
按电准静态场分析，电场控制方程为：
[0111][0112]
对于各向同性电介质，存在以下公式：
[0113]
j＝γe
ꢀꢀꢀ
(2)
[0114]
d＝εe
ꢀꢀꢀ
(3)
[0115]
由矢量计算公式可知：
[0116][0117]
将公式(2)、(3)带入(4)中得：
[0118][0119]
其中，h为磁场强度；j为电流密度；d为电位移矢量；b为磁感应强度；e为电场强度；t为时间；ρ为材料密度；γ为电导率；ε为介电常数；ω是角频率；为旋度。
[0120]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立温度场控制方程，包括：
[0121]
电缆中间接头发热是由于电缆线芯产生的焦耳热以及绝缘材料介质损耗产生的热量，其公式为：
[0122]
q＝i2r/s
ꢀꢀꢀ
(6)
[0123]
p＝u2ωctanδ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0124]
式中：q为导体产热率；p为绝缘损耗发热功率；i为电缆负荷电流；s为线芯的截面积；r为单位长度导体的交流电阻；u为电介质的电压；ω为角频率；c为电介质电容；tanδ为介质损耗角正切；
[0125]
根据传热学，在存在热源情况下，热传导的微分方程为：
[0126][0127]
式中：t为介质内部温度；λ为导热系数；
[0128]
根据传热学的边界条件，电缆中间接头内部温度分布时，其边界方程为：
[0129][0130]
式中：γ为求解域边界；为流体温度沿外法线方向变化率；tf为周围环境空气温度；h为空气的自然对流换热系数。
[0131]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述自熔式电缆中间接头结构参数，至少包括介电常数、电导率和导热系数。
[0132]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于仿真模型计算电场和温度场，包括：
[0133]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面无气隙时电场和温度场；
[0134]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面存在气隙时电场和温度场。
[0135]
如图2所示，本发明实施例提供的一种自熔式电缆中间接头的老化检测装置，包括：
[0136]
模型建立模块，用于基于自熔式电缆中间接头结构参数建立仿真模型；
[0137]
数据计算模块，用于基于仿真模型计算电场和温度场；
[0138]
老化判断模块，用于根据电场和温度场的变化情况判断自熔式电缆中间接头是否老化；
[0139]
所述老化判断模块判断自熔式电缆中间接头是否老化的依据为：
[0140]
(1)自熔式电缆中间接头xlpe/epdm复合界面完全融合时，复合界面电场分布均匀，温度呈对称分布，径向温度由内到外逐渐降低；老化后，界面处的电场强度增大；
[0141]
(2)当xlpe/epdm复合界面存在气隙时，气隙处自由电荷积聚，造成气隙处电场畸
变；绝缘老化加剧分子链断裂，电荷积聚程度增加，导致气隙处电场畸变更加严重；
[0142]
(3)复合界面气隙处等温线密集，气隙处电场强度增大导致局部温度升高，老化使极性基团增多，增大了极化损耗，导致绝缘材料产生更多热量。
[0143]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述模型建立模块具体用于：
[0144]
建立电场控制方程；
[0145]
建立温度场控制方程。
[0146]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立电场控制方程，包括：
[0147]
按电准静态场分析，电场控制方程为：
[0148][0149]
对于各向同性电介质，存在以下公式：
[0150]
j＝γe
ꢀꢀꢀ
(2)
[0151]
d＝εe
ꢀꢀꢀ
(3)
[0152]
由矢量计算公式可知：
[0153][0154]
将公式(2)、(3)带入(4)中得：
[0155][0156]
其中，h为磁场强度；j为电流密度；d为电位移矢量；b为磁感应强度；e为电场强度；t为时间；ρ为材料密度；γ为电导率；ε为介电常数；ω是角频率；为旋度。
[0157]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立温度场控制方程，包括：
[0158]
电缆中间接头发热是由于电缆线芯产生的焦耳热以及绝缘材料介质损耗产生的热量，其公式为：
[0159]
q＝i2r/s
ꢀꢀꢀ
(6)
[0160]
p＝u2ωc tanδ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0161]
式中：q为导体产热率；p为绝缘损耗发热功率；i为电缆负荷电流；s为线芯的截面积；r为单位长度导体的交流电阻；u为电介质的电压；ω为角频率；c为电介质电容；tanδ为介质损耗角正切；
[0162]
根据传热学，在存在热源情况下，热传导的微分方程为：
[0163][0164]
式中：t为介质内部温度；λ为导热系数。
[0165]
根据传热学的边界条件，电缆中间接头内部温度分布时，其边界方程为：
[0166][0167]
式中：γ为求解域边界；为流体温度沿外法线方向变化率；tf为周围环境空气温度；h为空气的自然对流换热系数。
[0168]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述自熔式电缆中间接头结构参数，至少包
括介电常数、电导率和导热系数。
[0169]
作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据计算模块具体用于：
[0170]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面无气隙时电场和温度场；
[0171]
基于仿真模型计算xlpe/epdm界面存在气隙时电场和温度场。
[0172]
经研究发现10kv电缆中间接头交联聚乙烯/硅橡胶界面处绝缘老化后电场强度整体增加，缺陷处电场集中。自熔式电缆中间接头交联聚乙烯和三元乙丙橡胶绝缘老化使其之间的界面性能发生劣化，为了研究绝缘老化对复合界面处电场和温度分布的影响，下面以10kv自熔式电缆中间接头为研究对象，采用comsol multiphysics仿真软件建立仿真模型，分别计算老化前后复合界面有无气隙时的电场和温度场分布特性。
[0173]
1模型建立
[0174]
1.1自熔式电缆中间接头结构参数。
[0175]
本发明采用8.7/10kv铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，电缆型号为yjv-1
×
300mm2，导体截面积为300mm2，导体半径为10.3mm，xlpe绝缘标称厚度为4.5mm，电缆标称外径为38.5mm，电缆接头三元乙丙橡胶绝缘厚度为4.5mm。
[0176]
1.2自熔式电缆中间接头材料属性。
[0177]
图3为基于自熔式电缆中间接头结构参数建立的仿真模型，进行了电场和温度场计算。自熔式电缆中间接头材料的仿真参数，如表1所示，其中在实验室135℃
×
168h条件下加速热老化得到绝缘层老化后实测数据。
[0178]
表1：自熔式电缆中间接头材料仿真参数
[0179][0180]
1.3电场控制方程建立。
[0181]
外加交流电压下，当感应电场远小于库仑电场时，仿真模型中可忽略磁场，按电准静态场分析，其控制方程为：
[0182][0183]
对于各向同性电介质，存在以下公式：
[0184]
j＝γe
ꢀꢀꢀ
(2)
[0185]
d＝εe
ꢀꢀꢀ
(3)
[0186]
其中，ε为介电常数；γ为电导率。
[0187]
由矢量计算公式可知：
[0188]
[0189]
将公式(2)、(3)带入(4)中可得：
[0190][0191]
其中，h为磁场强度；j为电流密度；d为电位移矢量；b为磁感应强度；e为电场强度；t为时间；ρ为材料密度；γ为电导率；ε为介电常数；ω是角频率；为旋度。
[0192]
1.4温度场控制方程建立。
[0193]
电缆中间接头发热主要是由于电缆线芯产生的焦耳热以及绝缘材料介质损耗产生的热量。其公式为：
[0194]
q＝i2r/s
ꢀꢀꢀ
(6)
[0195]
p＝u2ωctanδ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0196]
式中：q为导体产热率；p为绝缘损耗发热功率；i为电缆负荷电流；s为线芯的截面积；r为单位长度导体的交流电阻；u为电介质的电压；ω为角频率；c为电介质电容；tanδ为介质损耗角正切。
[0197]
根据传热学，在存在热源情况下，热传导的微分方程为：
[0198][0199]
式中：t为介质内部温度；λ为导热系数。
[0200]
根据传热学的边界条件，本发明研究电缆中间接头内部温度分布时，认为第2类边界条件即法向热流密度为0；只考虑第3类边界条件，即给定表面对流换热系数及环境温度。因此，其边界方程为：
[0201][0202]
式中：γ为求解域边界；为流体温度沿外法线方向变化率；tf为周围环境空气温度，℃；h为空气的自然对流换热系数，w/(m2@k)。
[0203]
2仿真结果与分析。
[0204]
2.1xlpe/epdm界面电场和温度场的仿真分析。
[0205]
自熔式电缆中间接头随着运行时间的增加，完全紧密融合的三元乙丙橡胶自粘带与电缆交联聚乙烯绝缘界面会出现微观气隙，为了研究复合界面存在气隙时的电场和温度场分布，故在复合界面处建立一个椭球形气隙，气隙位置以及仿真计算取值位置如图4所示。
[0206]
2.2界面无气隙时电场和温度场的仿真分析。
[0207]
2.2.1绝缘老化前后电场的仿真分析。
[0208]
在仿真过程中，xlpe与epdm的εr和γ变化可以有效反映绝缘老化。老化前自熔式电缆中间接头界面无气隙时电场强度如图5所示，图6为老化前后xlpe/epdm界面的电场强度变化曲线。
[0209]
从图5中可以看出，xlpe/epdm熔融结合界面电场分布较为均匀且各处电场强度较小，靠近线芯处电场强度较大。因此，自熔式电缆接头复合界面完全融合时电场较为稳定。图6中，老化后xlpe/epdm复合界面上的电场强度增大，远离电缆线芯处电场强度相比于老化前变化明显，而越靠近电缆线芯处电场强度增量越小。
[0210]
老化后电场强度的增加主要由于界面处电荷积聚。一方面，老化后xlpe和epdm分子链部分发生断裂，产生羰基等极性基团，在电场作用下，极性基团易发生电离，形成的导电离子充当载流子，载流子浓度增大，此外，老化使得分子间作用力减弱，同时交联聚乙烯与三元乙丙橡胶绝缘中浅陷阱密度增加，深陷阱密度下降，载流子迁移速率增加，降低了对电荷的束缚能力，电荷积聚明显。另一方面，老化后xlpe晶体尺寸减小，晶体结构遭到破坏，结晶度下降，非晶区增多，电荷迁移速率增大。因此，老化后电场强度增大。远离电缆接头中心处的电场强度变化较大可能是此处温度明显升高，老化程度更加严重，分子链断裂严重，小分子产物增多，增加了电荷积累。
[0211]
2.2.2绝缘老化前后温度场的仿真分析。
[0212]
温度可以衡量电缆中间接头的运行状态，因此分析其温度场分布可避免局部温度过高。图7为自熔式电缆中间接头正常运行时的温度分布，老化前后界面处的温度变化曲线如图8所示。
[0213]
根据gb/t 12706-2020可知，导体允许的最高运行温度为90℃，环境温度为20℃，传热系数为10w/(m2·
k)。由图7可知，电缆中间接头正常工作时，温度场分布均匀，径向温度由内到外逐渐降低，热量在热传导作用下从内部传递到外部环境，符合热传导规律。复合界面处，越靠近导电线芯温度越高。图8中，老化后，界面各处温度均有所增大，其中远离导电线芯处温度变化较大，由44.94℃变为49.62℃，增大了4.68℃，而靠近线芯处，温度变化不大。
[0214]
根据公式(6)，电缆中间接头产生的热量主要取决于外施电场以及介质损耗等。老化后，界面处所承受的电场强度较老化前增加。同时老化使得大分子链断裂为小分子产物，绝缘材料内部载流子浓度增加，同时极性基团数量增多，增大了介质电导损耗及极化损耗，使绝缘材料进一步发热，温度升高。老化后靠近电缆线芯处温度增量较小，主要是由于此处与热源的温差小，电缆线芯的导热系数较大，靠近热源处不会产生过大的温度差，而远离线芯处的xlpe绝缘导热系数较小，承担了主要的温度差。
[0215]
2.3界面存在气隙时电场和温度场的仿真分析。
[0216]
2.3.1绝缘老化前后电场的仿真分析。
[0217]
自熔式电缆中间接头长期工作在高温和强电场的极端环境下，xlpe/epdm熔融结合界面处会发生脱粘，从而出现微观气隙。图9为气隙处电场分布情况，复合界面老化前后的电场强度如图10所示。
[0218]
相比于复合界面完全融合时的电场强度，如图6所示，存在气隙时电场强度明显增大，气隙处电场发生畸变，老化前，气隙处(x＝12.1mm)电场强度由原来的1.3510-3
kv/mm增大为2.19kv/mm。绝缘老化后，气隙处的电场畸变程度较老化前明显增大，增至2.34kv/mm。
[0219]
老化前，根据复合绝缘的maxwell-wagner极化理论，由于气隙处相对介电常数与周围xlpe与epdm绝缘材料不连续，会在绝缘界面气隙处产生自由电荷积聚，造成电场畸变，加速气隙周围xlpe绝缘材料的老化，缩短电缆的使用寿命。在老化过程中，受电热力的联合作用，自由电荷获得更高的能量，运动加剧，撞击三元乙丙橡胶与交联聚乙烯分子链，使分子链加速裂解，极性基团增多，导致气隙处电荷积聚，进一步加速了xlpe裂解。因此，老化会加大气隙处电场强度。
[0220]
2.3.2绝缘老化前后温度场的仿真分析。
[0221]
当复合界面存在气隙时，温度场也会发生畸变，气隙处等温线密集，温度较无气隙时上升了30.90℃，如图11所示。图12为老化前后复合界面存在气隙时的温度分布，从图中可以看出，在存在气隙处，老化后其局部温度达到83.67℃，过高的温度持续作用容易引起绝缘的热击穿。
[0222]
介质导热系数越大，其传热能力越高，保温效果越差，温度越低，而空气的导热系数小于交联聚乙烯与三元乙丙橡胶的，即空气传热能力低，因此气隙处的温度高于周围温度。此外，气隙处电场畸变明显，产生较多的热量，导致温度升高。绝缘老化后，在电场作用下，产生的短支链和极性基团等充当载流子，发生定向迁移，在复合界面处出现电荷积聚现象，界面极化增强，介质损耗增加，能量消耗增大，产生的热量增多，最终导致电缆中间接头界面处温度大幅升高。
[0223]
经过上述仿真及分析，得出以下结论：
[0224]
(1)自熔式电缆中间接头xlpe/epdm复合界面完全融合时，复合界面电场分布均匀，温度呈对称分布，径向温度由内到外逐渐降低。老化后，界面处的电场强度增大。
[0225]
(2)当xlpe/epdm复合界面存在气隙时，气隙处自由电荷积聚，造成气隙处电场畸变。绝缘老化加剧了分子链断裂，电荷积聚程度增加，导致气隙处电场畸变更加严重。
[0226]
(3)复合界面气隙处等温线密集，气隙处电场强度增大导致局部温度升高，老化使极性基团增多，增大了极化损耗，导致绝缘材料产生更多热量。
[0227]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。