microbik.ru
  1 2 3 4 5

Распределение напряженности электрического
поля в высоковольтных кабелях c изоляцией
из полиимидов алициклического строения





Вбольшинстве случаев при конструировании электрической изоляции не удается использовать ее форму с точки зрения получения наиболее выгодного для работы электроизоляционных материалов равномерного поля. Действительно, трудно представить кабель с токопроводящими жилами в виде бесконечных плоских электродов, при которых только и можно получить равномерное поле. В равномерном поле участки электроизоляционного материала нагружаются практически одинаковой напряженностью поля, т.е. имеет место наилучшее его использование. В неравномерном поле отдельные участки электроизоляционной конструкции несут повышенную электрическую нагрузку, что может привести к быстрому разрушению материалов перегруженных областей, а на оставшиеся части будет действовать повышенная напряженность поля, что поведет к их разрушению.

В связи с этим представляет интерес расчет напряженности электрического поля кабеля на напряжение 500 кВ, изолированного пленкой марки ПИФАБ из полиимида алициклического строения. Этот полиимид был разработан в Институте химических наук им. АБ. Бектурова, имеет алициклическое строение и по всем электрофизическим параметрам не уступает полиимидам ароматического строения.

Полученные расчетные геометрические параметры для рассматриваемого кабеля, а также параметры кабеля для данного класса напряжения из сшитого полиэтилена (СШПЭ) разных сечений, приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 – Сравнительные размеры кабелей с изоляцией из СШПЭ и ПИФАБ на напряжение 500 кВ, сечение жилы 800 мм2

Параметры

Кабель
из СШПЭ

Кабель
из ПИФАБ

Радиус жилы

r = 16 мм

r = 16 мм

Радиус по изоляции

R = 51,5 мм

R = 27,5 мм

Диаметр по изоляции

Ø = 103 мм

Ø = 55 мм

Толщина изоляции

Δ = 34 мм

Δ = 11,5 мм

Сечение экрана

Sэкр = 185 мм2

Sэкр = 185 мм2

Толщина защитного покрова

Δ = 8,5 мм

Δ = 8,5 мм

Наружный диаметр кабеля

Ø = 120 мм

Ø = 72 мм


Таблица 2 – Сравнительные размеры кабелей с изоляцией из СШПЭ и ПИФАБ на напряжение 500 кВ, сечение жилы 3000 мм2

Параметры

Кабель
из СШПЭ

Кабель
из ПИФАБ

Радиус жилы

r = 36 мм

r = 36 мм

Радиус по изоляции

R = 69 мм

R = 45,3 мм

Диаметр по изоляции

Ø = 138 мм

Ø = 91,6 мм

Толщина изоляции

Δ = 31 мм

Δ = 9,6 мм

Наружный диаметр кабеля

Ø = 158 мм

Ø = 111,6 мм

Сечение экрана

Sэкр = 185 мм2

Sэкр = 185 мм2

Толщина защитного покрова

Δ =10 мм

Δ = 10 мм

Проведенные комплексные исследования по изучению основных электрических и механических свойств этих полиимидов показали, что они могут использоваться в качестве надежной изоляции электрических машин взамен или наряду с другими полимерами.

Как видно из таблиц 1 и 2, толщина изоляции кабеля, изолированного полиимидной пленкой ПИФАБ, почти в 3 раза меньше, чем при изоляции из сшитого полиэтилена, что соответственно изменяет вес и габариты кабеля также в 3 раза. При этом необходимо учитывать, что все электрические и тепловые характеристики у пленок ПИФАБ гораздо выше, чем у СШПЭ.

Для расчета напряженности электрического поля необходимо учесть, что сети с номинальным напряжением 3-35 кВ имеют изолированную или резонансно-заземленную нейтраль, а 110 и выше – заземленную нейтраль. Таким образом, рабочее напряжение электрической изоляции класса 3-35 кВ принимается равным наибольшему рабочему напряжению электрооборудования, а класса 110 и выше – наибольшему фазному напряжению, т.е. наибольшему рабочему напряжению электрооборудования, деленному на . Для класса напряжения 500 кВ наибольшее рабочее напряжение равно 525 кВ. Для расчета напряженности электрического поля принимаем U равное 525/.

Напряженность электрического поля получают из общей зависимости:

(1)

В большинстве случаев важны максимальная и минимальная величины напряженности электрического поля, получаемые из общей зависимости (2) и (3):

(2)

(3)

Напряженность электрического поля у поверхности с меньшим радиусом имеет максимальное значение. Таким образом, если вблизи внутреннего электрода материал напряжен до предела, то у внешней поверхности он недогружен. Это подтверждается расчетами, проведенными для кабелей разных сечений, изолированных полиимидом и сшитым полиэтиленом. Например, для кабеля, изолированного полиимидной пленкой ПИФАБ, сечением 800 мм2 :





Аналогичным образом рассчитаны значения максимальных и минимальных напряженностей поля для кабеля сечением 3000 мм2 и кабелей, изолированных сшитым полиэтиленом (таблица 3).
Таблица 3 – Напряженности электрического поля в кабелях

Кабели

Сечение S, мм2

Изоляция
из ПИФАБ

Изоляция
из СШПЭ

Emax, кВ/мм

800

35

16,25

Emin, кВ/мм

800

20,4

5,42

Emax, кВ/мм

3000

36,7

12,96

Emin, кВ/мм

3000

29,2

6,9


Из таблицы видно, что разница между максимальными и минимальными значениями напряженностей электрического поля составляют, примерно, 10-15 кВ/мм. Для пленки ПИФАБ электрическая прочность составляет, примерно, 200-220 кВ/мм, с этой точки зрения перепад в 10-15 кВ/мм считается неопасным и по величине сопоставимым с перепадом напряженностей у кабеля с изоляцией из СШПЭ. Но в любом случае, для данной изоляции есть возможность получения пленок с различными величинами диэлектрической проницаемости и можно провести градирование изоляции по емкости. В стандартных кабелях, выпускаемых заводами-изготовителями, изолированными сшитым полиэтиленом (СШПЭ) градирование не проведено, хотя перепад напряженностей электрического поля примерно такой же, как и в нашем случае. В этих кабелях применили экранирование по жиле и по изоляции полупроводящим полиэтиленом.


<< предыдущая страница   следующая страница >>