ЕЛЕКТРИЧЕСКО ПОЛЕ В КАБЕЛА
В едножилен кабел с метална обвивка или екран, както и в отделни жила на трижилен кабел в отделни метални обвивки или екрани, линиите на електрическото поле(E)са насочени от проводимата сърцевина към металната обвивка. Извън такъв кабел електрическото поле е нула (Фигура 2-8).
Интензитетът на електрическото полеE1в проводимата сърцевина с радиусrще бъде най-голям
и напрежениетоE2близо до металната обвивка с радиусRще бъде най-малкото
Сила на електрическото поле във всяка междинна точка
При постоянен външен радиус на кабелаRи променлив радиус на проводимата сърцевинаr, стойността на максималното напрежение се променя според кривата, показана на фиг. 2–9. Теоретично, най-изгодното използване на изолация (най-малките размери на кабела) се получава със съотношението
Средна стойност на напрегнатостта на полето в изолацията на кабела
Коефициент на използване на изолацията
С най-изгодното съотношение по отношение на електрическия интензитет
коефициент на използване на изолацията на едножилен кабел в метална обвивка
При кабели с многожични проводящи сърцевини напрегнатостта на електрическото поле поради неговите нехомогенности ще бъде приблизително 23% по-голяма, отколкото при кабели с гладка повърхност на сърцевините. Използването на уплътнени нишки или екран от полупроводими материали, които изглаждат повърхността на насуканата нишка, елиминира увеличаването на силата на електрическото поле от насуканата нишка.
Максимална напрегнатост на електрическото поле в многослойна кабелна изолация с различна диелектрична константа
и минимален стрес
Стойностите на максимуманапреженията във всички слоеве на изолацията са обратно пропорционални на стойностите на техните диелектрични константи
Най-доброто използване на изолацията ще бъде, когато максималното напрежение във всички слоеве на изолацията
Използването на хартиени ленти с различна плътност и дебелина намалява общата дебелина на кабелната изолация. Най-плътните ленти се поставят върху проводимата сърцевина, а по-малко плътните се отстраняват постепенно към външните слоеве на изолацията. Познавайки диелектричната проницаемост на хартията, определете дебелината на изолацията на кабела по слоеве:
На фиг. Фигури 2-10 показват криви на напрежение за едножилен кабел с трислойна изолация в сравнение с еднослойна изолация. Максималното напрежение с многослойна изолация ще бъде по-ниско от максималното напрежение с еднослойна изолация с 20-25%. Максималната напрегнатост на електрическото поле в изолацията на едножилни кабели с вискозна импрегнация и кабели в отделни метални обвивки над всяка жила се приема не по-висока от 5kv / mm,кабели с лоша изолация - не повече от 1,9kv / mm,и кабели, напълнени с масло и газ при прекомерно налягане - не по-високи от 14kv / mm.
При постоянен ток в кабела без товар електрическото поле е подобно на полето с променлив ток. В кабела под товар проводимата сърцевина се нагрява и отделената в този случай топлина ще загрее изолацията. Слоевете изолация имат различни температури, които се променят експоненциално и, следователно, различно съпротивление: по-малко близо до проводимата сърцевина и повече близо до обвивката. В резултат на това напрежението в изолацията при проводимата сърцевина намалява, а при обвивката се увеличава и при известно натоварване напрежението в изолацията под обвивката може да бъде по-голямо от това на сърцевината. РазпределениеНапрежението в изолацията на кабела при постоянен ток се дължи и на разпределението в изолацията на обемни разряди, които се образуват в нея поради движението на йони под действието на постоянно напрежение. Най-високата обемна плътност на заряда се намира в проводимата сърцевина и в обвивката на кабела. Приблизително в средата на изолацията плътността на пространствения заряд е нула.
Разпределението на напрежението между слоевете на импрегнираната хартия и импрегниращия състав при постоянен ток не е пропорционално на капацитета, както е при променлив ток, а пропорционално на съпротивленията. Следователно при постоянен ток най-натоварената част от изолацията е импрегнираната хартия, тъй като нейната проводимост е няколко пъти по-малка от проводимостта на импрегниращия състав. В резултат на това разпределение на напрежението диелектричната якост на изолацията при постоянен ток е по-висока, отколкото при променлив ток.
Напрегнатост на електрическото поле в изолацията на кабела при постоянен ток
В двужилен (симетричен) кабел, поради наличието на външно електромагнитно поле, част от енергията се разсейва под формата на топлинни загуби поради вихрови токове в съседни вериги и металната обвивка и бронираните капаци, обграждащи кабела (фиг. 2-11).
В трижилен кабел с ремъчна изолация в обща метална обвивка електрическото поле е нерадиално. Неговият тангенциален компонент действа по протежение на слоевете хартия (фиг. 2-12). Силата на полето във всяка точка се променя с времето, а потенциалът във всяка точка се променя непрекъснато от нула до максимум.
Най-високата стойностEсе получава по линията, свързваща центровете на две жила, напрежението между които е равно на линейното напрежение за първи път φ = 0, и по линията, свързваща центъра на кабела сцентърът на сърцевината има напрежение, равно на фазовото напрежениеUph,за втория момент от време, характеризиращ се с ъгъл φ = 30°. При трифазен ток максималната напрегнатост на полето се намира между точкитеaиb(фиг. 2-l3). Ако стойността2Δ/dе сравнително малка, тогава влиянието на третото ядро и металната обвивка се пренебрегва и максималната напрегнатост на полето се изчислява по линията, свързваща центровете на ядрата при напрежение между тяхUl.Ако 2Δ /dе сравнително голямо, максималната напрегнатост на полето ще лежи по линията, свързваща центъра на сърцевината с центъра на кабела при напрежение на ядротоUf.
Големината на напрегнатостта на електрическото поле в секторните кабели се изчислява по формулите за едножилен кабел, в който вместо радиусаrсе взема половината от диаметъра на кабела по усукването на секторните жила (Dsk / 2), а вместоR- радиуса по протежение на изолацията на коланаDp/2):
Най-напрегнатата зона на изолация се намира в пространството между проводниците поради тангенциалния компонент на силата на електрическото поле, който може да достигне 0,6–0,8 от средната стойност на якостта в радиална посока. Напрегнатостта на полето на повърхността на секторната сърцевина на трижилен кабел не е еднаква и има максимум в страничните закръгляния при напрежение между жилата Ul.За момента, когато напрежението върху едната жила е равно на