當(dāng)暫態(tài)高頻信號在交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜中傳播時,導(dǎo)體的集膚效應(yīng)和半導(dǎo)電層的頻變效應(yīng)是導(dǎo)致高頻信號衰減和分散的主要原因,而以往的整數(shù)階電纜模型往往忽略內(nèi)、外半導(dǎo)電層的頻變效應(yīng),影響暫態(tài)分析的準(zhǔn)確性,因此建立一個電纜分?jǐn)?shù)階寬頻模型對于分析高頻信號有著重要的意義。文中首先測量了電纜半導(dǎo)電層的相對復(fù)介電系數(shù),使用Cole-Cole模型進(jìn)行擬合后,利用擬合模型和圓柱形電容的計算公式推導(dǎo)出電力電纜內(nèi)外半導(dǎo)電層的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)納參數(shù)。根據(jù)Boogs提出的徑向電纜模型,建立起同時考慮電纜集膚效應(yīng)和半導(dǎo)電層頻變效應(yīng)的分?jǐn)?shù)階電纜模型,基于該模型分析了電纜中高頻信號的傳播規(guī)律。最后,通過分?jǐn)?shù)階傳輸線方程的頻域求解,將計算波形與PSCAD仿真結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)測量波形進(jìn)行對比,驗(yàn)證了本模型的精確性。 

【文章來源】：高壓電器. 2020,56(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

相對復(fù)介電系數(shù)擬合與實(shí)測曲線

圖3 分?jǐn)?shù)階元件

電力電纜主要由導(dǎo)芯、絕緣層、內(nèi)外半導(dǎo)電層和導(dǎo)體屏蔽層構(gòu)成見圖1。半導(dǎo)電層主要起均勻電場的作用。研究表明，半導(dǎo)電層的頻變特性對電纜中高頻信號傳播的波速和衰減系數(shù)具有較大的影響[1-7]。目前已有的電力電纜頻變模型多建立于傳輸線理論基礎(chǔ)之上，J.Marti相域電纜模型[8]只考慮了串聯(lián)阻抗部分的頻變特性，但其并未考慮介質(zhì)的高頻損耗。Boogs綜合考慮了導(dǎo)體集膚效應(yīng)和電纜半導(dǎo)體層的頻變效應(yīng)，提出了電纜的徑向半導(dǎo)體損耗模型[2-3]，并基于該模型分析了局部放電信號的傳播特性。由于未給出單位長度上并聯(lián)導(dǎo)納頻變公式，因此無法直接轉(zhuǎn)換為時域電路模型。Mugula等人基于Boogs的頻變電纜模型，提出了交聯(lián)聚乙烯電纜半導(dǎo)體層相對復(fù)介電系數(shù)測量的方法[4-6]。文[7]對上述單位長度的串聯(lián)阻抗頻變公式和并聯(lián)導(dǎo)納頻變公式進(jìn)行矢量匹配擬合，構(gòu)建相應(yīng)的Γ型單元電路，建立了電力電纜的級聯(lián)電路模型(其為相應(yīng)分布參數(shù)電路模型的級聯(lián)近似)，但該種方法的單元電路中涉及元件多會造成時域求解復(fù)雜。Gustavsen[9]等人使用矢量匹配法擬合了電纜的特性阻抗和傳播常數(shù)，構(gòu)造了電力電纜的多口模型，該模型已被PSCAD仿真軟件采用，其中并未包括半導(dǎo)電層的建模。Gustavsen將半導(dǎo)電層的影響通過增加XLPE絕緣層厚度和絕緣層的介電常數(shù)來等效[10]，但該種方法在高頻情況下不能準(zhǔn)確描述半導(dǎo)電層的頻變特性。因此，需要建立一個同時考慮半導(dǎo)電層頻變特性和導(dǎo)體集膚效應(yīng)的簡潔準(zhǔn)確的電力電纜寬頻模型。圖1結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次為：1為銅芯；2為內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層；3為XLPE絕緣層；4為外半導(dǎo)電屏蔽層；5為導(dǎo)體屏蔽層；6為聚乙烯護(hù)套。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3463883