Вся РоссияКомпании
здесь будут опции для поиска

Пробоя изоляции


Электрической прочностью изоляции кабелей называют напряжение, по достижении которого происходит пробой изоляции. Различают два основных вида пробоя: электрический и тепловой.

Электрическим (прокалывающим) пробоем называют пробой изоляции в наиболее ослабленном месте; он происходит в короткие промежутки времени, обычно связан с местным разрушением изоляции кабелей и сопровождается иногда ветвистыми обугленными побегами (см. рис. 1-16).

Тепловой пробой изоляции кабелей происходит тогда, когда тепловыделение в изоляции больше количества отводимого тепла (например, в кабелях высокого напряжения с большой толщиной изоляции). Этот вид пробоя развивается постепенно и заканчивается обычно в тех - местах, где повышение температуры из-за роста диэлектрических потерь происходит особенно интенсивно. Развитию теплового пробоя может способствовать повышенная температура окружающей среды. Место теплового пробоя изоляции представляет собой радиальное отверстие с опаленной или оплавленной поверхностью, без наличия в зоне пробоя ветвистых побегов. Обычно пробой носит комбинированный характер. Нагрев, вызванный скользящими разрядами, приводит к местному перегреву изоляции и развитию в этом месте теплового пробоя (рис. 1-16).

Наибольшую электрическую прочность имеют маслонаполненные кабели высокого давления (в стальных трубах), в которых масло входит в изоляцию и является средой, передающей и создающей давление в кабеле. В этих кабелях максимальная рабочая напряженность доходит до 18 кв/мм (при давлении 120-150 н/см 2 ). При понижении давления масла до 3 н/см 2 максимальная рабочая (допустимая) напряженность уменьшается до 5 кв/мм. В кабелях, в которых давление 120- 150 н/см 2 передается на изоляцию через свинцовую оболочку или другую мембрану, а газ, передающий давление, непосредственно в изоляцию не входит, максимальная рабочая напряженность составляет 14 кв/мм. Газонаполненные кабели, в которых давление создается сжатым газом, входящим в обеднение пропитанную бумажную изоляцию, рабочая напряженность не превышает 11 кв/мм (при давлении 120-150 н/см 2 ). Значения электрической прочности изоляции маслонаполненного и газонаполненного кабелей в зависимости от толщины бумажных лент и давления приведены на рис. 1-18.

Пробивное напряжение кабеля при известной электрической прочности изоляции равно

Запас электрической прочности

При расчете электрической прочности изоляции принимают 4-10-кратный запас допустимой напряженности электрического поля по сравнению с электрической прочностью. Такой запас электрической прочности необходим ввиду возможности ухудшения качества изоляции в процессе эксплуатации, а также из-за неоднородности изоляции, наличия острых углов и выступов токопроводящих жил кабеля и т. п. Надежность кабеля в эксплуатации уменьшается с увеличением длины кабеля, так как число слабых мест пропорционально поверхности токопроводящей жилы.

Для промышленной частоты расчетные напряжения могут быть определены по формуле

где k 1 = 1,15 - коэффициент, учитывающий возможное повышение рабочего напряжения; k 2 = 1,25 - 1,50 - коэффициент, учитывающий неоднородность изоляции (совпадения зазоров лент, наличие вмятин, морщин и другие технологические дефекты); k 3 = 2,25 - 2,50 - коэффициент, учитывающий уровень внутренних перенапряжений в кабельных сетях; k 4 = 1,10 - 1,20 - коэффициент, учитывающий уменьшение пробивного напряжения при снижении давления масла от расчетной величины до минимально допустимого значения. Электрическая прочность изоляции зависит от рода приложенного напряжения и снижается с увеличением длительности действия напряжения. Причиной снижения электрической прочности при длительном приложении напряжения является процесс старения, протекающий в изоляции под влиянием ионизации и нагревания.

Кривые зависимости электрической прочности от времени приложения напряжения называют "кривыми жизни" кабеля.

На рис. 1-19 приведены кривые зависимости пробивного напряжения силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией от времени приложения напряжения. Наибольшей электрической прочностью обладают маслонаполненные кабели, наименьшей - силовые кабели с вязкой пропиткой.

Зависимость электрической прочности изоляции кабелей от времени приложения напряжения может быть выражена приближенной формулой

где E дл - электрическая прочность при длительном приложении напряжения, кв/мм; E пер - переменная составляющая электрической прочности, кв/мм; t - время нахождения под напряжением до пробоя изоляции, мин; т - коэффициент, зависящий от типа кабелей (для силовых кабелей с вязкой пропиткой т ≈ 7; для высоковольтных одножильных кабелей m ≈ 6; для полиэтилена m ≈ 4).

Если по оси ординат отложить электрическую прочность, а по оси абсцисс - величину , то при правильно подобранных коэффициентах зависимость Е пр от времени будет иметь прямолинейный характер (рис. 1-20). Пересечение прямой с осью ординат дает значение электрической прочности при бесконечно длительном приложении напряжения Е дл , равное для маслонаполненного кабеля низкого давления 40 кв/мм, для газонаполненного кабеля высокого давления 20 кв/мм и для кабеля с вязкой пропиткой 12 кв/мм.

 

На рис. 1-20 приведена экспериментальная зависимость электрической прочности кабеля с полиэтиленовой изоляцией (Δ = 10 мм), подвергавшегося циклическому нагреву. После длительного нахождения образца под напряжением электрическая прочность его снизилась до 9 кв/мм. При частоте несколько мегагерц электрическая прочность полиэтиленовой изоляции снижается до 7 - 8 кв/мм, а при 80 Мгц до 3-4 кв/мм.

На рис. 1-21 приведена зависимость электрической прочности кабеля с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката от времени. По экспериментальным данным средняя электрическая прочность полиэтиленовой и из поливинилхлоридного пластиката изоляции при длительном приложении напряжения (в течение 7 лет) составляет около 10 кв/мм.

Зависимость пробивного напряжения на постоянном токе при ступенчатом повышении напряжения (по 2 кв/мм в час) от толщины полиэтиленовой изоляции и радиуса токопроводящих жил приведена на рис. 1-22. Средняя электрическая прочность составляет 45 кв/мм независимо от толщины изоляции, радиуса токопроводящей жилы и полярности приложенного напряжения.

На рис. 1-23 приведены кривые средней и максимальной электрической прочности кабеля с полиэтиленовой изоляцией в зависимости от толщины изоляции и радиуса, токопроводящих жил при испытании переменным и постоянным током и импульсным напряжением.


к содержанию