"Новости Электротехники": "Энергетика и Электротехника

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №4(16) 2002

Концепция ВНЭП:новейшие технологии в конструкции кабельной арматуры

Большинство выходов из строя кабельной арматуры (КА) среднего и высокого напряжения связаны с неравномерностью распределения напряженности электрического поля (НЭП). Рассмотрим новейшие технологии выравнивания напряженности электрического поля (ВНЭП) в конструкциях муфт.

Полимерная/эластомерная технология

Сажевый наполнитель при полимерном методе ВНЭП стал основой для создания полимеров со специфическими свойствами. При изменении количества сажевого наполнителя в полимерном диэлектрике меняется его объемное сопротивление. Но сопротивление изменяется нелинейно относительно содержания сажевого наполнителя в полимере. Это может быть объяснено статическим распределением проводящего наполнителя в полимере. При создании материала для ВНЭП среднего и высокого классов напряжения (U) требуется тщательный подбор типов полимера и сажевого наполнителя.
При прикладывании изменяемого электрического поля постоянного тока удельное объемное сопротивление будет меняться вдоль полимерной структуры нелинейно. Этот эффект прекрасно подходит для выравнивания НЭП высоковольтных концевых и соединительных муфт в месте перепада потенциала, снижая его уровень.
Эффект стабилизации радиационной сшивки. Две основные технологии создания поперечно-сшитых полимеров и эластомеров: сшивка химическая и радиационная. Для создания полимеров для ВНЭП радиационная более привлекательна, т.к. не затрагивает их внутреннюю структуру и не создает побочные химические соединения.
Полукристаллическая структура полимера облучается потоком электронов (несколько МеВ), превращая внутреннюю аморфную часть в трехмерную решетку, — происходят фундаментальные изменения его физических свойств. При достижении to плавления полимер ведет себя как эластомер и может принимать различные формы и размеры, затем при охлаждении застывает. Структура полимера термически стабилизирована в широком диапазоне электрических режимов и обеспечивает хорошие характеристики во время длительных тепловых и электрических нагрузок при испытаниях на старение. Материал демонстрирует повышенную химическую стойкость, гидрофобность, улучшенную жесткость и уплотняющие свойства. Кабельная арматура. Полимерная технология ВНЭП позволяет работать и с круглыми, и с секторными жилами кабелей. Слой полимера использует существующую емкость кабеля для эффективного снижения напряженности в месте среза экрана и вдоль поверхности изоляции (рис. 1). Удельное R находится в пределах от 108 до 1010 Ом/см, чтобы выполнить функцию ВНЭП в зависимости от сечения кабеля и класса U. Нелинейная зависимость поведения поля внутри полимера позволяет уменьшить НЭП при перенапряжениях и испытаниях. Расчеты распределения электрического поля вдоль концевой муфты показывают, что НЭП растет в меньшей степени, чем увеличивается U. Различные компаунды с другими наполнителями позволили создать КА с уровнем рабочего U до 90 кВ.

С_c - емкость кабеля; С_s - емкость слоя; R_i - соротивление изоляции; R_s - cопротивление слоя

Рис. 1. Модель ВНЭП для полимерной технологии

Технология керамиков Новая система управления ВНЭП основана на специальной керамической пудре и действует по принципу иному, чем описанный выше. Специальный процесс обжига создает из каждой частицы пудры сферический варистор. Центр варисторной частицы обладает электрической проводимостью, а периферия (оболочка) является хорошим изоляционным материалом. Этот тонкий пограничный слой управляет электрическим током керамика. Каждый слой между двумя частицами представляет собой микроваристор с определенным уровнем порогового напряжения. Множество микроваристоров составляют объемную структуру, электрические качества которой определяются оксидо-цинковым наполнителем и процессом обжига. Обожженную пудру смешивают либо с полимерной, либо с эластомерной структурой, а современные методы производства обеспечивают неограниченный диапазон применений этого материала.

Характеристики керамической технологии. Материал демонстрирует нелинейное поведение и имеет пороговое напряжение аналогично тому, как это происходит в диодах и варисторах. Эти характеристики хорошо известны в полупроводниковой технике. Если НЭП (т. е. приложенное напряжение) ниже порогового уровня, то материал работает как изолятор. При увеличении НЭП и достижении порогового напряжения керамические частицы (варисторы) переключаются и начинают проводить электрический ток.
Дальнейшее увеличение НЭП будет ограничиваться и поддерживаться практически на одном уровне. Эта технология компенсирует избыточную НЭП материала, вызванную переходными процессами и импульсами перенапряжения, присущими электрическим сетям.
Пороговое напряжение может быть адаптировано к требованиям, предъявляемым к кабельной арматуре.

Рис. 2. График распределения НЭП для керамической технологии

На технологии керамиков основана новая система концевых муфт для кабелей с пластмассовой изоляцией. Характеристики керамической пудры иллюстрирует рисунок 2. Если НЭП достигает уровня более чем 1,4 кВ/мм, керамические частицы становятся проводимыми в соответствии с вольтамперной характеристикой пудры. Такая система исключает избыточную НЭП в критических местах кабельных муфт. Напряженность электрического поля всегда ограничивается точкой перегиба характеристики. При испытаниях повышенным напряжением или во время перенапряжения в сети величина НЭП всегда ограничена 1,4 кВ/мм. На рисунке разница между этими уровнями напряжения выражена длиной активногораспределения НЭП.
Для напряжения более высокого по сравнению с рабочим уровнем длина зоны распределения напряженности электрического поля будет больше.