Електричне поле кабеля з неоднорідною ізоляцією

Просочена паперова ізоляція, що складається з шарів паперу й просо-чувального складу, може мати газові включення, а також включення, що забруднюють основну ізоляцію. У зв’язку з цим, викликає інтерес розрахунок величини напруженості електричного поля в газових включеннях як у найбільш слабкій ділянці ізоляції. Електрична міцність газу залежить від його природи й відповідно до закону Пашена є функцією тиску й відстані між електродами Е_пр=f (ph). Дана залежність наведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2 -Залежність електричної міцності газового проміжутку від добутку ph.

За малих значеннь ph крива різко зростає тому, що щільність газу змен-шується, і зіткнення іонізованих молекул стають менш імовірними. При пере-ході через мінімум U_пр зростає практично за лінійним законом.

У проміжках між шарами просоченого паперу можуть бути газові вклю-чення. Відношення напруженості в шарі масла до напруженості в однорідній ізоляції визначається як

, (2.38)

а відношення напруженості в газових включеннях до напруженості в однорідній ізоляції

, (2.39)

де n - число паперових стрічок між зазорами; при перекритті, рівному 50% n = 1, а при перекритті 33% n = 2.

Якщо всі проміжки між шарами паперу заповнені маслом, то газові включення в просоченій паперовій ізоляції практично відсутні ()

(2.40)

Якщо проміжки із просочених паперових стрічок заповнені газом , то

(2.41)

Діелектрична проникність масла може становити 2,2, а просоченого паперу 3, 5-4,3. При змінній напрузі, коли виконується співвідношення >>1/2f , у плівках газу й масла напруженість більше, ніж у паперових шарах ізоляції, а електрична міцність шару масла менше, ніж просоченого паперу. Якщо в проміжках просоченого паперу будуть перебувати включення газу, провідність яких мала, то вся напруга виявиться віднесеною до газового шару.

Пластмасова ізоляція може також містити газові включення й забруд-нення.

Гумова ізоляція складається із суміші каучуку з наповнювачами, пом’як-шувачами й іншими матеріалами. Така ізоляція найбільш неоднорідна з усіх, що застосовують у кабельній техніці.

2.4. Процеси в ізоляції під впливом електричного поля

Виникнення іонізації й зростання при змінній напрузі є визначальними факторами, що обмежують можливість підвищення напруженості електричного поля в ізоляції.

У просоченій паперовій ізоляції, що не містить газових включень, і не залежать від напруженості електричного поля в діапазоні до 25-25 кВ/мм. При підвищенні напруженості вище 25 кВ/мм починає зростати, що можна пояснити вібрацією волокон целюлози в змінному електричному полі внаслідок розходжень і масла й паперу. Застосування плівок з полімерних матеріа-лів дозволяє підвищити напруженість електричного поля в ізоляції до 50 кВ/мм.

Газові включення в маслонаповнених кабелях можуть виникати внаслідок розкладання масла в електричному полі або при випарі легких фракцій під час перегріву ізоляції, а також внаслідок дефектів монтажу муфт. Тому припустимі напруженості поля значно нижче 25 кВ/мм.

При змінній напрузі в результаті іонізації у газовому включенні виникають поверхневі заряди. Залежно від зовнішньої напруги частота спалахів іонізації може бути в 2 рази більше частоти прикладеної напруги за рахунок гармо-нійних складових. Процес іонізації є шкідливим чинником при старінні ізоляції, тому величина напруженості початку іонізації є межею напруженості, що допустима для ізоляції в процесі експлуатації.

Під дією іонізації збільшується провідність плівок, що оточують газові включення. У складі, що просочує, відбуваються процеси полімеризації й конденсації з виділенням водню й перетворенням частини маси, що просочує, у віскоподібну ізоляційну речовину. При цьому розміри газових включень внаслідок їхнього розподілу зменшуються, а напруженість іонізації в них збільшується.

Під дією тангенціальної складової напруженості електричного поля іонізовані газові включення переміщуються між шарами паперу від більших напруженостей до менших й утворюють скупчення газових включень. Потім розряд переходить від шару до шару паперових стрічок ізоляції кабелю.

У порах паперу відбувається відкладення вуглецю, що виділяється з просочувального складу при його розкладанні. Вуглець внаслідок великої провідності має потенціал, близький до потенціалу струмопровідної жили, у результаті чого в ізоляції кабелю виникає тангенціальна (вздовж осі кабелю) складова напруженості електричного поля. З проникненням напівпровідного вуглецю вглиб ізоляції тангенціальна напруженість збільшується й на поверхні паперових стрічок виникають розряди. Далі в зоні руйнування ізоляції розвивається тепловий пробій. У випадку, якщо теплового пробою не відбулося, іонізаційний процес поширюється уздовж ізоляції, і пробій може відбутися на значній відстані від місця початку розвитку пробою на поверхні струмопровідної жили. При використанні екрана з напівпровідних паперів руйнування ізоляції від іонізації виражається менш чітко, ніж в ізоляції без напівпровідного екрана.

При змінному струмі спалахи іонізації відбуваються кожні півперіода, а при постійному струмі тільки при включенні й відключенні напруги. Це пояснюється тим, що при іонізації газових включень в об’ємі ізоляції на їхніх стінках утворяться поверхневі заряди, електричне поле яких при постійному струмі спрямоване проти основного поля кабеля, що сприяє загасанню іонізації. При зміні полярності поле зарядів збігається з основним електричним полем кабеля, тобто напруженість у газових включеннях збільшується, сприяючи розвитку іонізації.

При вимиканні постійного струму (розряд кабеля) поле в газовому включенні визначається тільки щільністю поверхневих зарядів. Якщо напруга, обумовлена щільністю поверхневих зарядів більше напруги запалювання, то при відключенні напруги знову спалахує іонізація, що триває доти, доки щільність поверхневих зарядів не зменшиться до величини, при якій створювана ними напруга стане менше напруги загасання.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Електричне поле двох і трьохжильних кабелів	\|	Пробій ізоляції

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.017 сек.