ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ

ПРОБОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Электрической прочностью изоляции кабеля или провода называют напряжение, при достижении которого происходит пробой изоляции. По характеру пробоя изоляции различают электрический и тепловой.

Под электрическим (прокалывающим) пробоем понимается пробой в наиболее ослабленном месте изоляции, происходящий в короткие промежутки времени и обычно связанный с местным разрушением изоляции кабелей и сопровождающийся иногда ветвистыми обугленными побегами. Электрический — ионизационный пробой происходит в воздушных включениях изоляции при достаточно высоких напряжениях в результате возникновения таких разрядов, переходящих в электрические скользящие разряды, заканчивающиеся пробоем изоляции.

Тепловой пробой изоляции кабелей имеет место в тех случаях, когда нагрев изоляции больше отводимого тепла (например, в кабелях высокого напряжения с большой толщиной изоляции). Этот вид пробоя развивается постепенно и происходит

обычно в тех местах, где повышение температуры из-за роста диэлектрических потерь происходит особенно интенсивно. Развитию теплового пробоя может способствовать повышенная температура окружающей среды. Место теплового пробоя изоляции представляет радиальное отверстие с опаленной или оплавленной поверхностью без наличия в зоне пробоя ветвистых побегов.

Обычно пробой носит комбинированный характер. Нагрев, вызванный скользящими разрядами, приводит к местному перегреву изоляции и развитию в этом месте теплового пробоя. Повышение напряженности поля в газовом включении снижает электрическую прочность изоляции, зависящую от его природы, толщины слоя и давления. Начальная напряженность ионизации маслонаполненного и газонаполненного кабелей при длительном приложении переменного тока (50 гц) возрастает с увеличением давления (рис. 2-15), но электрическая прочность их снижается с увеличением длительности приложения напряжения. Электрическая прочность пропитанной кабельной бумаги при кратковременном испытании на пробой переменным током уменьшается с увеличением толщины бумаги (рис. 2-16).

Пробивное напряжение кабеля при известной электрической прочности изоляции равно:

Пробивное напряжение кабеля при промышленной частоте может быть определено по эмпирической формуле:

где UH — номинальное линейное напряжение системы; k1=l, 15 — коэффициент, учитывающий возможность повышения рабочего напряжения; k2=l, 25/1,50 — коэффициент, учитывающий неоднородность изоляции (совпадение, зазоров лент, наличие вмятин, морщин и других дефектов технологии); k3 = 2,25/2,50 — коэффициент, учитывающий уровень внутренних перенапряжений в кабельных сетях; k4 = 1,10/1,20 — коэффициент, учитывающий уменьшение пробивного напряжения при снижении давления масла от расчетной величины до минимально допустимого значения. Запас электрической прочности

При расчете электрической прочности изоляции высоковольтных кабелей и проводов принимают 4—10-кратный запас допустимой напряженности электрического поля по сравнению с пробивной напряженностью. Такой запас электрической прочности необходим из-за возможности ухудшения качества изоляции в процессе эксплуатации, а также за счет неоднородности изоляции по качеству, наличия острых углов и выступов токопроводящих жил кабеля и др. Электрическая прочность кабеля уменьшается с увеличением длины кабеля, так как число слабых мест пропорционально поверхности токопроводящей жилы.

Электрическая прочность изоляции зависит от рода приложенного напряжения и снижается с увеличением длительности действия напряжения. Наибольшую электрическую прочность изоляция имеет при постоянном токе, а наименьшую — при переменном токе. Под влиянием электрического и теплового полей происходит ускорение процесса старения изоляции с медленным изменением ее физико-химических свойств, приводящих к местным ослаблениям электрической прочности.

'Кривую зависимости электрической прочности от времени приложения напряжения называют кривой жизни кабеля. Эта зависимость выражается уравнением

где т — коэффициент, зависящий от типа кабелей (для силовых кабелей с вязкой пропиткой m = 7, для высоковольтных одножильных кабелей m≈ 6, для полиэтилена m≈ 4; τ —время до пробоя, мин; Eдл — прочность при бесконечно длительном приложении напряжения, кв/мм; Eпер — переменная часть электрической прочности,

кв/мм. Если откладывать по оси ординат Eпр, а по оси абсцисс величину

(при правильно подобранном значении т), зависимость электрической прочности кабеля от времени имеет вид прямой линии. Пересечение ее с осью ординат дает предельное значение электрической прочности при бесконечно длительном приложении напряжения, равное для маслонаполненного кабеля низкого давления 40 кв/мм, для газонаполненного кабеля высокого давления 20 кв/мм и для кабеля с вязкой пропиткой 12 кв/мм.

На рис. 2–17 приведена экспериментальная зависимость напряженности поля при пробое кабеля с полиэтиленовой изоляцией (Δ = 10 мм), подвергавшегося циклическому нагреву. При частоте 80 Мгц электрическая прочность полиэтиленовой изоляции снижается до 3—4 кв/мм. На рис. 2–18 приведена зависимость электрической прочности кабеля с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката от времени. Кратковременная электрическая прочность полиэтиленовой и поливинилхлоридной изоляции снижается с увеличением радиуса провода:

Зависимость пробивного напряжения на постоянном токе при ступенчатом повышении напряжения (по 2 (кв/мм)/ч) от толщины полиэтиленовой изоляции и радиуса токопроводящих жил приведена на рис. 2–19. Средняя напряженность поля при пробое составляет 45 кв/мм независимо от толщины изоляции, радиуса токопроводяшей жилы и полярности приложенного напряжения. Импульсная прочность изоляции кабелей на напряжение 100 кв и выше является основной характеристикой при выборе толщины изоляции. Под импульсной прочностью понимают 10 положительных и 10 отрицательных импульсов нормальной волны (1/50 мксек), не вызвавших пробоя изоляции.

Импульсное перенапряжение (Uмакс), возникающее в кабеле, зависит от емкости кабельной линии (С, мкф/км), ее длины (l, м) и величины перенапряжения в воздушной линии (U, кв):

Зависимость Uмакс /U1 от l/lо (где lо = 38 О м — строительная длина кабеля) приведена на рис. 2–20.

Величина импульсного напряжения кабеля по нормам МЭК принята не ниже

где U0 — напряжение между жилой и экраном кабеля, кв.

Импульсная прочность пропитанной бумажной изоляции высоковольтных кабелей возрастает с уменьшением толщины бумажных лент, применяемых для изоляции, увеличивается с повышением плотности бумаги и вязкости пропитывающего состава, но не зависит от давления. Значения напряженности поля при пробое импульсным напряжением для кабелей с вязкой пропиткой и маслонаполненного в зависимости от толщины бумаги приведены на рис. 2–21.

На рис. 2–22 приведены кривые средней и максимальной напряженности электрического поля при пробое в зависимости от толщины изоляции и радиуса токопроводящих жил при испытании на переменном и постоянном токе и импульсным напряжением.

← Предыдущая | Следующая →
... содержание ...

Авторизация

Регистрация

После несложной процедуры регистрации Вы сможете пользоваться всеми сервисами и создать свой веб-сайт.