РАЗДЕЛ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СУШКИ-ПРОПИТКИ БУМАЖНОЙ ИЗОЛЯЦИИ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ
2.1 электрофизические характеристики силовых кабелей
В конструкциях силовых кабелей с поясной изоляцией заземленный проводящий
защитный элемент, будь-то оболочка из металла, броня или электропроводящий
экран, охватывает все токопроводящие жилы [92,93]. При этом картина
электрического поля в изоляции имеет сложный вид, для которого характерно
наличие так называемой тангенциальной (направленной вдоль слоев изоляции)
составляющей электрического поля Et (см. рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 Расчетная модель для оценки максимальной тангенциальной
напряженности электрического поля в трехжильном силовом кабеле с поясной
изоляцией: а) качественная картина поля, б) сечение комплексной плоскостью Z
области поля между жилой и осью симметрии ОР, в) отображение плоскости Z на
плоскость W с помощью преобразования W = 1/Z
Электрическая прочность изоляции вдоль слоев в несколько раз меньше, чем
электрическая прочность той же изоляции поперек слоев. Поэтому компактная
конструкция с поясной изоляцией не применяется в кабелях на напряжения больше
10 кВ [4,6,12].
Опыт электрических расчетов кабелей с секторными жилами с помощью известных
моделей [6] показывает, что неоднородность электрического поля в них
значительна, а наличие тангенциальной составляющей отмечается как важный фактор
[6], однако количественные оценки не производятся.
Нами проанализирована зависимость допустимой рабочей напряженности от
напряжения для различных конструкций силовых кабелей с бумажной изоляцией.
Соответствующий график приведен на рисунке 2.2. Из графика видно, что
конструкция кабеля на 10 кВ является относительно наиболее напряженной в
электрическом отношении и характеризуется предельными для данного вида изоляции
рабочими градиентами. Поэтому основными электрофизическими характеристиками
изоляции таких кабелей являются максимальные рабочие напряженности
электрического поля.
Для оценки тангенциальной составляющей нами методом конформных отображений
получено [27,105] соотношение (2.1) (см. рисунок 2.1), позволяющее рассчитывать
максимальную тангенциальную напряженность электрического поля у внутренней
поверхности поясной изоляции в области межфазных заполнений.
Для указанных кабелей с круглыми жилами, если пренебречь влиянием
металлической оболочки, тангенциальную напряженность можно оценить расчетным
путем, выделив область электрического поля между жилой и осью симметрии поля
ОР в момент времени, когда между двумя жилами действует линейное напряжение
(рисунок 2.1 а).
Рисунок 2.2 Зависимость диапазона допустимых рабочих градиентов в бумажной
пропитанной изоляции силовых кабелей от напряжения, рассчитанная с помощью
принятых моделей, для проверенных практикой длительной эксплуатации
конструкций:
1 – максимальные значения для стандартизованных конструкций;
2 – минимальные значения для стандартизованных конструкций
Представив указанную область как электрическое поле между плоскостью и
параллельным ей цилиндром радиусом r, равным радиусу жилы, и отстоящим от
плоскости на расстоянии d, равном толщине фазной изоляции, можно построить
сечение указанной системы электродов плоскостью Z (рисунок 2.1 б). При этом
разность потенциалов между плоскостью и цилиндром равна половине линейного
напряжения.
Отобразив конформно комплексную плоскость Z на комплексную плоскость W с
помощью преобразования W = 1/Z , получим в плоскости W систему двух
коаксиальных цилиндров (рисунок 2.1 в).
Для точек, расположенных вдоль линии ОР (см. ВZ на рисунке 2.1) конформные
отображения находятся на окружности большего радиуса в плоскости W (см. BW на
рисунке 2.1) .
Для произвольной точки Kz(xk;yk) между плоскостью и цилиндром в
плоскости Z напряженность электрического поля выражена соотношением (2.1),
параметры которого заданы в (2.2) и (2.3):
. (2.1)
(2.2)
(2.3)
Результаты расчетов по (2.1) для кабеля на напряжение 10 кВ с секторными жилами
сечением 240 мм2 с различными радиусами закругления внешних ребер секторных
жил на рисунке 2.4 сопоставлены с экспериментальными данными.
При расчете использованы допущения о том, что электрическое поле между
внешними ребрами секторов подобно электрическому полю двух параллельных
цилиндров с радиусами, равными радиусам закругления внешних ребер секторов.
При расчете влиянием металлической герметизирующей оболочки можно пренебречь,
считая диэлектрик однородным, а поверхность электродов – гладкой.
Экспериментально определенная картина поля приведена на рисунке 2.3. И
экспериментальная, и расчетная зависимости напряженности поля Еt, направленной
вдоль поверхности поясной изоляции, от радиуса закругления ребер секторных жил
показывают наличие максимума в области значений радиусов 1,5—1,7 мм.
Рисунок 2.3 Экспериментальная модель с картиной эквипотенциалей электрического
поля между внешними ребрами секторных жил и оболочкой кабеля:
1 — полупроводящая бумага; 2 — полоски из меди, на которые подан
соответствующий потенциал; 3-эквипотенциали
Рисунок 2.4 Расчетная (1) и экспериментальная (2) оценки тангенциальной
напряженности электрического поля для кабеля на напряжение 10 кВ при толщинах
изоляции 2,75 мм (фазная) и 1,25 мм (поясная) и различных радиусах закругления
ребер секторов
Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:
- расчет по (2.1) дает значения тангенциальной составляющей электрического
поля, превышающие