Електричне поле в силовому кабелі

Кабельні введення у трансформатори

У випадку з'єднання кабеля з обмоткою трансформатора за допомогою перемички металева арматура й екрани верхньої частини трансформаторного виводу і кабельної муфти перебувають під високою напругою. Для усунення цього недоліку з'єднання виводу трансформатора зі струмопровідною жилою кінцевої муфти кабеля використовується спеціальна камера, заповнена маслом, так зване кабельне введення у трансформатор (КВТ). Всі частини з'єднання, що мають високий потенціал перебувають усередині металевого заземленого корпусу. Крім скорочення виробничих площ, зайнятих такими трансфор-маторами, вони безпечні в обслуговуванні, що дозволяє розташовувати їх безпосередньо біля споживачів.

Такі камери на напругу 35-500 кВ знаходять застосування для виконання глибоких введень високої напруги в енергоємних виробництвах.

Контрольні питання:

1. Перелічіть основні конструктивні елементи силових кабелів і поясніть їх функціональне призначення.

2. Опишіть конструкцію струмопровідних жил силових кабелів на напругу 1 -10 кВ.

3. Наведіть буквені індекси, що позначають матеріали й конструкцію елементів кабелів з паперовою й пластмасовою ізоляцією.

4. Укажіть, які види ізоляції використовуються в силових кабелях.

5. Поясніть, з якою метою у силових кабелях використовують заповнювачі і з яких матеріалів їх виготовляють.

6. Опишіть конструкцію силових кабелів з паперовою просоченою ізоляцією на напругу 1 -35 кВ.

7. Опишіть конструкцію силових кабелів з радіальним електричним полем на напругу 20 і 35 кВ.

8. Поясніть призначення екранів у силових кабелях.

9. Поясніть функціональне призначення оболонок у силових кабелях і перелічіть матеріали, з яких їх виготовляють.

10. Опишіть основні особливості силових кабелів, призначених для вертикальної прокладки.

11. Опишіть конструкцію маслонаповненных кабелів низького тиску.

12.Поясніть призначення й укажіть основні конструктивні особливості кінцевих муфт.

13. Опишіть конструкцію силових кабелів з пластмасовою ізоляцією.

14. Опишіть конструкцію маслонаповнених кабелів високого тиску.

15. Наведіть класифікацію силових кабелів.

16. Опишіть конструкцію газонаповненных кабелів.

Коли на струмоведучу жилу подають електричний потенціал, відмінний від потенціалу землі, у кабелі виникає електричне поле. Напруженість електричного поля Е в ізоляції кабелю дорівнює градієнту електричного потенціалу , узятому зі зворотним знаком:

(2.1)

Оскількиградієнт потенціалу спрямований убік його зростання, а чисельна величина градієнта є мірою швидкості цього зростання, то напруженість електричного поля є мірою зменшення потенціалу. Лінії напруженості збігаються з силовими лініями. Складові елемента довжини d силової лінії за осями координат dx, dy, dz пропорційні складовим E_x, E_y, E_z вектора Е

Співвідношення між потенціалом і щільністю заряду отрмиємо шля-хом дивергенції обох частин рівняння (2.1) і додаванням рівняння

(2.2)

Відповідно до правил векторного аналізу

Диференціальне рівняння (2.3)

називається рівнянням Пуассона, а величина - лапласіана скаляра . Для тих ділянок поля, де немає електричних зарядів, справедливий окремий випа-док рівняння Пуассона, що називається рівнянням Лапласа

(2.4)

В одножильному або коаксіальному кабелі, що має граничну циліндричну поверхню S радіусом R

(2.5)

Якщо , то й ;

Проінтегрувавши останнє рівняння, отрируємо: , (2.6)

де А - постійна інтегрування.

Якщо потенціал оболонки прийняти рівним нулю, r = r₀, U = U₀, то після повторного інтегрування (2.6) отрируємо:

(2.7)

Підставивши 2.7 в 2.6 і з огляду на те, що отрируємо:

(2.8)

Рівняння 2.8 справедливо для однорідної ізоляції. У неоднорідному сере-довищі в перший момент після включення постійної напруги напруженість електричного поля розподілиться відповідно до діелектричної проникності ε окремих складовиих ізоляції. З часом на границях неоднорідностей з'являються поверхневі заряди, процес накопичення яких викликає струм абсорбції. У сталому режимі напруженість електричного поля розподіляється відповідно до провідності неоднорідностей. Постійна часу перехідного процесу накопичення зарядів в ізоляції залежить головним чином від електричних властивостей, форми й розмірів неоднорідностей і за величиною збігається з добутком εε_проρ_v.

При змінній напрузі, якщо постійна часу значно більше напівперіоду (εε_проρ_v >>1/2f), об'ємні заряди не встигають накопичуватися й напруженість електричного поля розподіляється відповідно до ε. У цьому випадку елек-тричний зсув дорівнює

(2.9)

При εε_проρ_v << 1/2f процес накопичення, встигає завершитися повністю й напруженість поля розподіляється відповідно до провідності. У цьому випадку щільність струму в ізоляції

(2.10)

Для рівнянь 2.9 і 2.10 інтегральні співвідношення рівні

(2.11)

(2.12)

При рішенні рівняння 2.11 припускаємо, що ізоляція не має об'ємних заря-дів. Для поверхні у вигляді концентричних циліндрів з утворюючою, що дорів-нює одиниці довжини кабеля рівняння 2.11 і 2.12 мають вигляд

(2.13)