高压电缆接头防爆保护装置的泄能孔优化设计方法.pdf

第４３卷第３期电工电能新技术Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．３

２０２４年３月ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＭａｒ．２０２４

高压电缆接头防爆保护装置的泄能孔优化设计方法

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雷佳成，杨鑫，秦睿，仇炜，董盼，蒋凌峰

（１．长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙４１０１１４；

２．广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海５１９０００）

摘要：金属型高压防爆保护装置的泄能孔设计是实现其防爆功能的关键。本文提出了金属型高压

电缆接头防爆保护装置泄能孔的设计原则和优化方法；通过热源等效和基于多物理场耦合的有限

元计算方法，对保护装置内部发生短路电弧的爆炸时装置内部冲击过程进行仿真计算，并通过燃弧

试验验证了仿真方法的准确性和可靠性。通过仿真计算出封闭设备泄压面积计算公式的关键参

数，得到泄能孔开口尺寸的阈值；仿真了装置内部短路电弧爆炸时最大气压出现时刻以及该时刻下

不同泄能孔尺寸所对应的保护装置内壁上的压强分布，得到保护装置内部最大压强与泄能孔开口

尺寸的函数关系，进而得到保护装置的泄能孔最优开口尺寸。以３５ｋＶ电压等级为例，计算得到金

属型保护装置的泄能孔尺寸为６０ｍｍ。该优化设计方法可为３５ｋＶ及以上电压等级的高压电缆接

头保护装置的泄能孔设计和制造提供理论基础和设计方法。

关键词：高压电缆接头；防爆；泄能孔；仿真设计；燃弧测试

ＤＯＩ：１０１２０６７／ＡＴＥＥＥ２２０５０２１文章编号：１００３⁃３０７６（２０２４）０３⁃００８３⁃１０中图分类号：ＴＭ７５

了防爆装置的防爆强度。

１引言

对于３５ｋＶ及以上电压等级，由于载流量大，电

电力电缆因其传输容量大、敷设简单等优点已压等级高，短路产生的电弧能量巨大，爆炸冲击波对

［１］

经成为城市配电网的主导部分。电力电缆附件保护装置的冲击力强，一般应采用铝镁合金材料的

由于内部结构复杂、现场接头制作的工艺要求精密，［７］

金属型保护装置。铝镁合金保护装置与电缆接

使得电缆接头部位成为电缆线路的绝缘薄弱环头之间一般无填充，仅为空气间隙，爆炸产生的气体

［２，３］

节。据不完全统计，超过７５％的故障发生在电冲击波被铝镁合金壳体阻挡，由于铝镁合金材料的

［４］

缆中间接头部位。为保证电缆接头的安全失效高强度和高韧度，使金属型保护装置具有较高的防

模式，需采取在电缆接头的外层加装保护装置的方爆强度。但由于短路电弧有一定的持续时间，如果

式，以起到防爆、防火、灭火作用，避免电缆接头故障没有泄能装置，持续增大的冲击波将会对保护装置

对周围电缆线路的运行造成破坏，影响电力系统的［８］

的壳体造成极大的考验。因而，对金属型保护装

安全稳定性。置来说，设置合理的泄能孔和泄能方式是实现其防

目前，国内外研发使用的电缆接头防爆保护装爆功能的关键。

置主要分为玻璃钢型和金属型，其中金属型防爆保