當暫態(tài)高頻信號在交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜中傳播時,導體的集膚效應和半導電層的頻變效應是導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)、外半導電層的頻變效應,影響暫態(tài)分析的準確性,因此建立一個電纜分數(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電層的相對復介電系數(shù),使用Cole-Cole模型進行擬合后,利用擬合模型和圓柱形電容的計算公式推導出電力電纜內(nèi)外半導電層的分數(shù)階導納參數(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和半導電層頻變效應的分數(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,通過分數(shù)階傳輸線方程的頻域求解,將計算波形與PSCAD仿真結(jié)果以及實驗測量波形進行對比,驗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】：

相對復介電系數(shù)擬合與實測曲線

圖3 分數(shù)階元件

電力電纜主要由導芯、絕緣層、內(nèi)外半導電層和導體屏蔽層構(gòu)成見圖1。半導電層主要起均勻電場的作用。研究表明，半導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綜合考慮了導體集膚效應和電纜半導體層的頻變效應，提出了電纜的徑向半導體損耗模型[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)聚乙烯電纜半導體層相對復介電系數(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)導納頻變公式進行矢量匹配擬合，構(gòu)建相應的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，其中并未包括半導電層的建模。Gustavsen將半導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確描述半導電層的頻變特性。因此，需要建立一個同時考慮半導電層頻變特性和導體集膚效應的簡潔準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)半導電屏蔽層；3為XLPE絕緣層；4為外半導電屏蔽層；5為導體屏蔽層；6為聚乙烯護套。

【參考文獻】：
期刊論文
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