在高壓(HV)電纜系統中,電纜接頭起到將各段電纜連接為一個整體的作用,硅橡膠因其摩擦系數高、耐壓強度大和絕緣性良好等特點而通常被選為制作電纜附件的材料。
一般采用過盈配合的方式為電纜本體與附件(如硅橡膠材料)的接觸界面提供壓力。電纜附件通常包含幾種不同的材料,如應力錐、高壓電極(半導電層)和絕緣層。硅橡膠電纜接頭由于具有復雜的結構和材料界面,所以常成為高壓電纜安全運行的薄弱環節。
過去多年的統計發現電纜附件故障數量占電纜系統故障數量的70%以上,直接影響到電網系統的安全運行。許多學者對超彈性橡膠材料的本構模型和電纜附件的過盈配合進行了研究。在本構模型方面,燕山指出在只具有單軸拉伸試驗數據的條件下,Yeoh 模型可以用來預測平面剪切和等雙軸拉伸受力性能。在過盈配合方面,范成業等對鋼–橡膠–鋼模型的過盈配合進行了理論分析 ;對橡膠–橡膠–金屬模型的過盈配合進行分析,研究了過盈量與變形、應力的關系;柳松對電纜–橡膠模型的過盈配合進行了ANSYS 仿真,研究了過盈量和面壓的關系。
硅橡膠附件的最大界面應力發生在半導電層厚度最大的位置處;Yeoh 模型能較好地描述硅橡膠材料的力學性能,且具有較高的計算效率及計算穩定性;硅橡膠附件的絕緣層厚度和過盈量會影響其界面應力,其中過盈量占主導因素,在該故障案例中,過盈量每增加0.01 m,過盈配合界面徑向應力絕對值約增加0.17 MPa;絕緣層厚度每增加0.01 m,過盈配合界面徑向應力絕對值約增加0.006 5 MPa。因此,在電纜接頭的應力設計中應重點控制過盈量。