Цели и методы регулирования электрических полей во внутренней изоляции

Электрические поля во внутренней изоляции обычно получаются неоднородными. Такие поля характеризуются отношением k _н = Е_макс/Е_ср, которое называют коэффициентом неоднородности электрического поля.

В слабо неоднородном поле (k _н < 3.0) разрядный процесс, возникший в области наибольших напряжённостей, развивается вглубь изоляционного промежутка и может привести к сквозному пробою или значительному повреждению изоляции. Поэтому для нормальной работы изоляционной конструкции должно соблюдаться условие

,

где Едоп - допустимая напряженность, соответствующая отсутствию разрядных процессов в изоляции при данном виде воздействующего напряжения U_возд (импульсном, одноминутном испытательном, рабочем).

Из этого условия следует, что толщина изоляции d должна быть

т. е. в k _н раз больше, чем в однородном поле.

В резко неоднородных электрических полях (k _н > 3) принципиально допустимы разрядные процессы в малых объемах изоляции при условии, что выделяемая при этом энергия недостаточна для разрушения изоляции.

Для снижения степени неоднородности поля (уменьшения k _н) или уменьшения областей с особенно большими напряжённостями поля применяется регулирование электрических полей. Регулирование полей позволяет уменьшить толщину изоляции при сохранении её электрической прочности. В зависимости от конструкции и технологии изготовления изоляции применяют различные способы регулирования.

1. Скругление краев электродов. При отсутствии скругления острые края электродов имеют очень малый радиус кривизны и k _н достигает 5.. 10, т. е. поле резконеоднородное.

При r > 0,5* S – поле слабонеоднородное, а при r / S > 1,0 - k _н не превышает 1,3. (Здесь r - радиус скругления; S - расстояние между электродами.

2. Полупроводяшие покрытия (см. МУ к л.р. №6).

3. Дополнительные электроды. Такой способ регулирования эл. поля у острого края электрода наиболее удобен в случае многослойной изоляции (бумажнопропитанной, маслобарьерной). Такая конструкция называется конденсаторной разделкой края электрода. Дополнительные электроды широко используются для регулирования электрических полей в проходных изоляторах и кабельных муфтах.

4. Градирование изоляции применяется, как правило, в изоляционных конструкциях с электродами в виде соосных цилиндров, например в кабелях ВН, и позволяет выравнивать эл. поле в радиальном направлении. Регулирование поля достигается за счёт изменения диэлектрической проницаемости слоев изоляции (рис.

В силу симметрии эл. поля и теоремы Гаусса имеет место равенство

где E_макс1, E_макс2, E_макс3,- наибольшие напряжённости в соответствующих слоях изоляции.

Отсюда следует, что при условии достигается равенство максимальных напряженностей в слоях. При этом, как видно из рисунка неоднородность поля уменьшается.

Все рассмотренные способы регулирования применяются для изоляции, работающей при переменном напряжении, а некоторые, например скругление электродов, и при постоянном напряжении. При выборе средств регулирования полей в изоляции оборудования постоянного тока необходимо учитывать особенности распределения эл. полей при постоянном напряжении. В этом случае картина поля определяется удельными сопротивлениями, которые в реальной изоляции могут быть различными в разных направлениях (например, вдоль или поперёк слоев), и, главное, сильно зависят от температуры.