пробою ізоляції

Електричною міцністю ізоляції кабелів називають напругу, після досягнення якого відбувається пробій ізоляції. Розрізняють два основних види пробою: електричний і тепловий.

Електричним (проколює) пробоєм називають пробою ізоляції в найбільш ослабленому місці; він відбувається в короткі проміжки часу, зазвичай пов'язаний з місцевим руйнуванням ізоляції кабелів і супроводжується іноді гіллястими обвугленими пагонами (див. рис. 1-16).

Тепловий пробій ізоляції кабелів відбувається тоді, коли тепловиділення в ізоляції більше кількості відведеного тепла (наприклад, в кабелях високої напруги з великою товщиною ізоляції). Цей вид пробою розвивається поступово і закінчується зазвичай в тих - місцях, де підвищення температури через зростання діелектричних втрат відбувається особливо інтенсивно. Розвитку теплового пробою може сприяти підвищена температура навколишнього середовища. Місце теплового пробою ізоляції є радіальний отвір з обпаленої або оплавленою поверхнею, без наявності в зоні пробою гіллястих пагонів. Зазвичай пробою носить комбінований характер. Нагрівання, викликаний легкими розрядами, призводить до місцевого перегріву ізоляції і розвитку в цьому місці теплового пробою (рис. 1-16).

Найбільшу електричну міцність мають маслонаполненние кабелі високого тиску (в сталевих трубах), в яких масло входить в ізоляцію і є середовищем, що передає та створює тиск в кабелі. У цих кабелях максимальна робоча напруженість доходить до 18 кв / мм (при тиску 120-150 н / см 2). При зниженні тиску масла до 3 н / см 2 максимальна робоча (допустима) напруженість зменшується до 5 кв / мм. У кабелях, в яких тиск 120- 150 н / см 2 передається на ізоляцію через свинцеву оболонку або іншу мембрану, а газ, що передає тиск, безпосередньо в ізоляцію не входить, максимальна робоча напруженість становить 14 кв / мм. Газонаповнені кабелі, в яких тиск створюється стисненим газом, що входять в збіднення просочену паперову ізоляцію, робоча напруженість не перевищує 11 кв / мм (при тиску 120-150 н / см 2). Значення електричної міцності ізоляції маслонаполненного і газонаповненого кабелів в залежності від товщини паперових стрічок і тиску наведені на рис. 1-18.

Пробивна напруга кабелю при відомій електричної міцності ізоляції одно

Запас електричної міцності

При розрахунку електричної міцності ізоляції приймають 4-10-кратний запас допустимої напруженості електричного поля в порівнянні з електричною міцністю. Такий запас електричної міцності необхідний з огляду на можливість погіршення якості ізоляції в процесі експлуатації, а також з-за неоднорідності ізоляції, наявності гострих кутів і виступів струмопровідних жил кабелю і т. П. Надійність кабелю в експлуатації зменшується зі збільшенням довжини кабелю, так як число слабких місць пропорційно поверхні струмопровідної жили.

Для промислової частоти розрахункові напруги можуть бути визначені за формулою

де k 1 = 1,15 - коефіцієнт, що враховує можливе підвищення робочої напруги; k 2 = 1,25 - 1,50 - коефіцієнт, що враховує неоднорідність ізоляції (збігу зазорів стрічок, наявність вм'ятин, зморшок і інші технологічні дефекти); k 3 = 2,25 - 2,50 - коефіцієнт, що враховує рівень внутрішніх перенапруг в кабельних мережах; k 4 = 1,10 - 1,20 - коефіцієнт, що враховує зменшення пробивної напруги при зниженні тиску масла від розрахункової величини до мінімально допустимого значення. Електрична міцність ізоляції залежить від роду прикладеної напруги і знижується зі збільшенням тривалості дії напруги. Причиною зниження електричної міцності при тривалому застосуванні напруги є процес старіння, що протікає в ізоляції під впливом іонізації і нагрівання.

Криві залежності електричної міцності від часу прикладання напруги називають "кривими життя" кабелю.

На рис. 1-19 наведені криві залежності пробивної напруги силових кабелів з паперовою просоченою ізоляцією від часу прикладення напруги. Найбільшою електричною міцністю володіють маслонаполненние кабелі, найменшою - силові кабелі з в'язкою просоченням.

Залежність електричної міцності ізоляції кабелів від часу прикладання напруги може бути виражена наближеною формулою

де E дл - електрична міцність при тривалому застосуванні напруги, кв / мм; E пер - змінна складова електричної міцності, кв / мм; t - час перебування під напругою до пробою ізоляції, хв; т - коефіцієнт, що залежить від типу кабелів (для силових кабелів з в'язкою просоченням т ≈ 7; для високовольтних одножильних кабелів m ≈ 6; для поліетилену m ≈ 4).

Якщо по осі ординат відкласти електричну міцність, а по осі абсцис - величину. то при правильно підібраних коефіцієнтах залежність Е пр від часу буде мати прямолінійний характер (рис. 1-20). Перетин прямої з віссю ординат дає значення електричної міцності при нескінченно тривалому застосуванні напруги Е дл. рівне для маслонаполненного кабелю низького тиску 40 кв / мм, для газонаповненого кабелю високого тиску 20 кв / мм і для кабелю з в'язкою просоченням 12 кв / мм.

На рис. 1-20 приведена експериментальна залежність електричної міцності кабелю з поліетиленовою ізоляцією (δ = 10 мм), що піддавався циклічного нагрівання. Після тривалого перебування зразка під напругою електрична міцність його знизилася до 9 кв / мм. При частоті кілька мегагерц електрична міцність поліетиленової ізоляції знижується до 7 - 8 кв / мм, а при 80 Мгц до 3-4 кв / мм.

На рис. 1-21 приведена залежність електричної міцності кабелю з ізоляцією з полівінілхлоридного пластикату від часу. За експериментальними даними середня електрична міцність поліетиленовою і з полівінілхлоридного пластикату ізоляції при тривалому застосуванні напруги (протягом 7 років) становить близько 10 кв / мм.

Залежність пробивної напруги на постійному струмі при ступінчастому підвищенні напруги (по 2 кв / мм на годину) від товщини поліетиленової ізоляції і радіусу струмопровідних жил приведена на рис. 1-22. Середня електрична міцність становить 45 кв / мм незалежно від товщини ізоляції, радіусу струмопровідної жили і полярності прикладеної напруги.

На рис. 1-23 наведені криві середньої і максимальної електричної міцності кабелю з поліетиленовою ізоляцією в залежності від товщини ізоляції і радіусу, струмопровідних жил при випробуванні змінним і постійним струмом і імпульсною напругою.