Диссертация (1144049), страница 23
Текст из файла (страница 23)
В качествехарактерного образца использовался кабель 110 кВ с медной жилой сечением400 мм2После выяснения оптимальных геометрических размеров рефлектора стрессконуса главной задачей работы являлся подбор диэлектрической проницаемостиосновногоизоляционноготеластресс-конуса.Дляэтогоисследовалась157зависимость максимальной напряженности электрического поля в критическойзоне А от диэлектрической проницаемости изоляционного тела стресс-конуса.
Нарис. 2.47 показана эта зависимость для трех основных сочетаний свойствматериалов рефлектора конуса.Рис. 2.47 Зависимость максимального поля в зоне А от диэл. проницаемости основного телаконусаИсследованные сочетания включают: 1) непроводящий рефлектор с малойдиэлектрической проницаемостью ε=1, 2) непроводящий рефлектор с нормальной158диэлектрической проницаемостью ε=2.5, и 3) рефлекторс нормальнойпроницаемостью ε=2.5 и повышенной электропроводностью γ= 0.0002 См/м.На графике хорошо видно, что во для всех трех вариантов повышениеотносительной диэлектрической проницаемость основного изоляционного тела до12…14 снижает максимальный уровень электрического поля примерно вдвое.Однако, при соблюдении этого условия, использование повышенной проводимостирефлектора позволяет снизить уровень напряженности электрического поля еще в5…6 раз по сравнению с непроводящим рефлектором.
В [134] отмечается, чтоснижения напряженности электрического поля до необходимого уровня во многихслучаях невозможно добиться без использования рефлектора с повышеннойпроводимостью.2.4.4 Моделирование выравнивания электрического поля с использованиемтрубки-регулятораИспользование материалов со специально подобранным функциональнымповедением для сглаживания электрического поля рассматривается как болеепродвинутая, но пока менее разработанная методика по сравнениюсобщепринятым геометрическим методом [138]. В большинстве случаев методикаоснована на резистивном сглаживании при помощи изоляционных материалов соспециально повышенной электропроводностью, например, силиконовая резина смодифицирующимирегулированияполянаполнителями.являетсяНаиболееприменениепродвинутымнелинейныхспособомфункциональныхматериалов, например, на основе карбида кремния или оксида цинка,электропроводность которых резко увеличивается при превышении электрическимполем некоторого порогового значения.
Можно представлять себе поведениерегулирующего слоя как микро-варистор, или ограничитель перенапряжений.Однако,применениеподобныхвеществограниченовозможностямиматериаловедения и технологии их производства, вследствие чего пока имеет лишьэкспериментальный характер.159Другой подход к резистивному сглаживанию поля основан на включении вконструкцию муфты слоев с повышенной электропроводностью, не зависящей отполя.
Этот более простой метод менее требователен к рецептуре материалов ипоэтому более прост в реализации. Он ведет свою историю с 19060-х годов, будучиизначально применен для сглаживания электрического поля на поверхностистаторной обмотки высоковольтных электрических машин. Начиная с середины1990-х годов использование линейных и нелинейных резистивных материаловизучается также применительно к кабельным муфтам [139].Для кабельных систем среднего напряжения в данной работе исследованаконструкция кабельной муфты холодной усадки, ключевым элементом которойявляется двуслойная трубка-регулятор, надвигаемая при монтаже на кабель поверхсреза экструдированного полупроводящего покрытия по изоляции.
Внешний слойтрубки изготовлен из этилен-пропиленовой резины и выполняет роль изоляции, вто время как внутренний слой с повышенной электропроводностью и оптимальноподобранной диэлектрической проницаемостью служит для выравниванияэлектрического поля в месте среза полупроводящего покрытия кабеля. Для трубкирегуляторапредложеноэлектропроводностииспользоватьматериала,ванизотропнуюкоторомспроводимостьточкивзренияпродольномнаправлении превышает в несколько раз поперечную проводимость.Исследование проведено на примере кабеля 35 кВ с медной жилой сечением400 мм2. Цель исследования – доказательство эффективности конструктивноговарианта с точки зрения выравнивания электрического поля и выбор оптимальныхпараметров конструкции – как геометрических размеров, так и свойств материалов.Для построения целевой функции выделена наиболее проблемная зонаконструкции с точки зрения уровня электрического поля – им ожидаемо оказалсяпериметр среза полупроводящего покрытия кабеля.
В качестве целевой функциивыбраноотношениенаибольшейнапряженностиэлектрическогополявпроблемной зоне к значению напряженности поля в невозмущенной изоляциивблизи поверхности токопроводящей жилы.160К числу варьируемых параметров относятся: диэлектрическаяпроницаемость трубки регулятора εтр, степень анизотропии электропроводноститрубки γZ/ γR, длина трубки регулятора lтр, форма торца трубки (конусный,спрямленный, срезанный) и параметры конусности (спрямления).Предварительный численный анализ показал слабую корреляцию междуварьируемыми параметрами. В этих условиях вместо многокритериальнойоптимизации правомерно использовать приближенный способ поиска глобальногоминимума путем поочередного варьирования одним параметром при постоянствеостальных.
Учитывая относительно высокую стоимость вычисления целевойфункции в каждой точке пространства параметров, авторы также старалисьприменятьэвристики(соображенияздравогосмысла)дляаприорногоотбрасывания заведомо невыигрышных или нереализуемых сочетаний входныхфакторов. Используется уравнение (2.42) электрического поля с током утечки внеидеальном диэлектрике, описанное в предыдущем параграфе.Исследование показало, что при использовании однослойной трубки изполиэтилена напряженность электрического поля составила 20 кВ/мм, а сдвуслойной трубкой-регулятором при оптимальных параметрах последней – чутьменее 7 кВ/мм.
Во всех случаях потенциал на токопроводящей жиле составлял 38кВ (действующее значение при частоте 50 Гц).Оптимальными параметрами двуслойной трубки регулятора оказалисьследующие значения: форма торца трубки – усеченный конус, степень анизотропииэлектропроводности трубки γZ/ γR = 10…12, диэлектрическая проницаемостьтрубки-регулятора εтр=22...24.Вкачествематериаладлятрубки-регуляторасанизотропнойэлектропроводностью может быть использован эластичный полимер (силиконоваяилиэтиленпропиленоваярезина)смодифицирующейдобавкойсажи(мелкодисперсного углерода), концентрацию, состав и степень дисперсностикоторой необходимо подобрать в рамках отдельного исследования.161Выводы по главе 21.
Предложенаметодикамультифизическогомоделированияэлектромагнитного и теплового поля подземной кабельной линии.Особенностьюмоделиэлектромагнитногоиявляетсятемпературногополныйполяциклизмоделированияпервыхпринципов,исключающий необходимость дополнительный расчетов. Предложена иопробована методика учета схемы заземления экранов кабелей (с одного илис двух концов) для корректного расчета потерь в экранах, броне и другихметаллических оболочках кабеля с учетом их реального электрическогосоединения.2. Результаты расчета потерь и температурного режима кабельной линии попредложенной методике сопоставлены с расчетом по стандарту МЭК 60287для большого количества конфигураций кабельных линий от каноническиходноцепных конструкций до сложного кабельного блока с 10-ю кабельнымилиниями разных уровней напряжения.
Сопоставление проведено не толькопо конечным результатам (мощности потерь и температуре), но и попромежуточным параметрам (тепловым сопротивлениям эквивалентнойтепловой схемы, принятой в стандарте). Показано, что в каноническиходноцепных конфигурациях окончательные и промежуточные результаты пополевой модели и по стандарту практически полностью совпадают.3. В то же время, детальное мультифизическое моделирование кабельногоблока показывает, что степень электромагнитного и теплового действиякабелей друг на друга сильно недооценена стандартом. Исследованиевозможных причин такой недооценки показало, что причина кроется внедооценке стандартом дополнительных потерь от эффекта близости прималом расстоянии между соседними кабелями.4.
Исследованы различные подходы к управлению внешним магнитным полемдвухцепных кабельных линий. Выяснено, что меры, направленные науменьшение внешнего поля, обычно приводят к уменьшению пропускной162способности линии по току. Впервые исследован тепловой эффектлокальных надвижных экранов со щелью, показано, что основнымисточникомдополнительногоперегревавзонеэкранаявляетсяперераспределение плотности тока в жиле и в экране кабеля.
Моделированиетеплопередачи в продольном сечении кабеля показало границы влияниятемпературного возмущения от надвижного экрана.5. Предложена и опробована методика расчета дополнительных потерь отэффекта близости и вытеснения тока в кабеле с жилой специальнойконструкции из скрученных фасонных сплошных сегментов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
