电缆绝缘层中的电场分布

    根据电磁场理论，交流电缆的场域为缓变场，缓变电磁场中的电场符合静电场的规律，而磁场符合恒定磁场的变化，所以在电缆的电场和磁场的分析中可以采用静电场和恒定磁场的公式和方法。单芯或三芯的圆形导体XLPE电缆，绝缘介质是均匀介质，且导体和绝缘层表面均具有均匀电场分布的屏蔽层，其电场是标准的同心圆柱形电场，即电缆导体、绝缘层和外屏蔽层构成同心圆柱体，在绝缘层中的电场方向和导体相垂直。设电缆导体屏蔽层半径为rc，绝缘层外表面屏蔽层半径为R，绝缘层承受的电压为U0。

    图2-1    XLPE电缆绝缘层中电场分布

    选一圆柱面，因对称关系，圆柱侧面上各点电场强度均相等，根据高斯定理，有

   (2-1)

其中    (2-2)

式中r-绝缘中任意一点到电缆中心间的距离；

    τ-线电荷密度；

    ε-介电常数。

    其电场分布如图2-1所示，则相电压U和场强的关系为

   (2-3)

得    (2-4)

将式(2-4)代入式(2-3)得

   (2-5)

    从式(2-5)可以看出，圆形单芯电缆绝缘层中的电场分布和r成反比。

    在导体表面r为最小值，r=rc，这时电场强度最大，即

   (2-6)

    在绝缘外表面r为最大值，r=R，这时电场强度最小，即

   (2-7)

    单芯电缆绝缘层中的平均电场强度为

   (2-8)

    平均电场强度与最大电场强度之比称为该绝缘层的利用系数η，即

   (2-9)

    利用系数越大，电场分布越均匀，绝缘材料利用得越充分。