Файл: Дмитревский, В. С. Высоковольтные гибкие кабели.pdf

наименьшим значением у. Изменение Е м/Е хорошо объясняет экспе­ риментальные зависимости срока службы пленочной изоляции от тол­ щины газового включения.

С увеличением толщины газового включения при постоянном зна­ чении средней напряженности поля срок службы изоляции должен изменяться по кривой с минимумом. Такие результаты действительно наблюдались в [Л. 44].

Газовые включения, имеющие большую протяженность вдоль экви­ потенциальной поверхности, могут встретиться при многослойной изо­ ляции или на границе изоляции и электрода. Применяя эластичные полупроводнщие экраны по токопроводящей жиле и по изоляции, можно значительно уменьшить вероятность появления плоских газо­ вых включений.

Как показали микроскопические исследования, газовые включе­ ния в твердых диэлектриках имеют форму эллипсоида вращения. При таких формах газовых включений при длительном действии напряже­ ния наблюдается быстрое затухание ионизации, которое сопровож­ дается уменьшением ѵ и, следовательно, £ ы/£.

Затухание ионизации связано с шунтированием газового вклю­ чения продуктами разложения диэлектрика под действием разряда. С течением времени продукты разложения диффундируют в мате­ риал, и степень шунтирования газового включения уменьшается. При этом наблюдается новая вспышка ионизации. Периодически повто­ ряющиеся вспышки ионизации приводят к постепенному разрушению диэлектрика.

Наличие затухания ионизации в газовых включениях приводит к увеличению срока службы изоляции по сравнению с теми данными, которые получены на модельных диэлектриках. Однако существова­ ние ионизации в газовых включениях при рабочем напряжении вы­ зывает старение электроизоляционного материала. Поэтому в конст­ рукции всегда должно выполняться условие: напряжение начала ионизации выше рабочего напряжения. При выполнении этого усло­ вия ионизационное старение будет несущественно, и надежность элек­ трической изоляции можно определить по формулам § 3-4.

3-7. НАД ЕЖ НО СТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ЗО ЛЯЦИ И В ЭК СП Л У А Т А Ц И О Н Н Ы Х УСЛ О ВИ ЯХ

Полученные в § 3-4 уравнения надежности электриче­ ской изоляции справедливы только при постоянных ве­ личинах нагрузки Е, а и Т. В условиях эксплуатации изоляция кабеля будет подвергаться действию как по­ стоянных нагрузок, так переменных и случайных. В гл. 1 дается расчет нагрузок, действующих на изоляцию.

Расчет надежности электрической изоляции кабеля при эксплуатационных нагрузках находим по формуле

Р (х) = Ш і * f<( ' , к т' ) ? (з> Е’ т' т)djdEdTd^ (3-63)

105

f\ie f ^ T j — условная Плотность вероятности откгР

зов электрической изоляции; ср(ог, В, Т, т ) — плотность распределения вероятностей нагрузок.

Условная плотность вероятности отказов изоляции определяется путем дифференцирования уравнения (3-42) по т. В настоящее время неизвестна плотность распре­ деления вероятностен нагрузок. Это не позволяет найти

Разбивая весь интервал времени эксплуатации кабе­ ля на достаточно малые отрезки и определив нагрузки, действующие в течение каждого интервала, нетрудно подсчитать вероятность отказа изоляции по выражению

(3-64).

Однако расчет по формуле (3-64) неудобен и требует большой вычислительной работы, что в практике не всегда приемлемо. Решение задачи существенно упроща­ ется при периодически повторяющихся нагрузках.

Рассмотрим в этом плане действующие на изоляцию нагрузки.

Температура изоляции, как показано в гл. 1, опреде­ ляется температурой окружающей среды и токовой па-

106

грузкой на кабель. Зная режим работы потребителя, ■всегда можно определить температуру изоляции кабеля. В гл. 1 дается годовой график температуры изоляции. Вряд ли можно ожидать изменения годового графика температур в другие годы эксплуатации. Таким обра­ зом, температурный режим работы изоляции ежегодно будет повторяться с небольшими отклонениями, кото­ рыми можно пренебречь.

Механические нагрузки а определяются деформаци­ ей кабеля и температурой изоляции. Вероятность нахож­ дения участка гибкого кабеля в деформированном со­ стоянии зависит только от условий работы потребителя и не зависит от времени года и температуры. Для де­ формированного участка кабеля величина а является функцией температуры. Если температура изменяется с периодом в 1 год, то и а будет иметь ту же периодич­ ность изменения.

Рабочее напряжение остается практически неизмен­ ным в течение всего срока эксплуатации изоляции. Ве­ роятность появления данной амплитуды перенапряжений в течение заданного промежутка времени не зависит от рассматриваемого интервала времени эксплуатации. Иными словами, распределение вероятностей амплитуд перенапряжений является стационарной случайной функ­ цией. Вместе с тем вероятность отказа изоляции при действии одного и того же напряжения зависит от тем­ пературы. Так как температура изоляции периодически повторяется, то с такой же периодичностью должна по­ вторяться степень опасности действия напряжения.

Проведенный анализ действия нагрузок на изоляцию показывает, что степень опасности ее отказа при механи­ ческой и электрической нагрузках зависит от температу­ ры. 'Периодическое повторение температуры со временем влечет за собой такую же периодичность воздействия механических и электрических нагрузок. Температу­ ра изоляции кабеля, проложенного на открытом возду­ хе, имеет период повторения, равный 1 году. При про­ кладке кабеля в других условиях, например в помеще­ нии, можно вызвать изменение продолжительности пе­ риода. Однако такие условия относятся к частным, не­ типовым случаям работы изоляции.

Периодичность повторения нагрузок позволяет заме­ нить случайные и переменные нагрузки эквивалентными. Эквивалентной нагрузкой называют такую постоянную

107

нагрузку, при действии которой в течение времени т ве­ роятность отказа изоляции равна вероятности ее отказа при Действии переменной и случайной нагрузок за тот же промежуток времени т. Для подсчета эквивалентной нагрузки необходимо выбрать время т.

Целесообразно время т принять равным периоду по­ вторения нагрузок, т. е. т для типовых условий работы кабеля должно равняться 1 году. Согласно определению эквивалентной нагрузки и уравнению (3-64) получим:

ницу времени, подсчитываемая по (3-65) при подстанов­ ке в него эквивалентных напряженности поля Еэ, меха­ нического напряжения 0 Эи температуры Тэ; тп — время, равное периодичности повторения нагрузок (для кабелей его принимают равным 1 году).

Подставляя в (3-66) значения вероятностей отказов изоляции в единицу времени из (3-65), находим уравне­ ние для определения эквивалентных нагрузок:

(уа)э и Ts. Чтобы определить каждую эквивалентную нагрузку, воспользуемся следующими особенностями, вытекающими из условий работы изоляции.

108

При нормальных условиях работы изоляции

D>V (Ae bT°f$E3)2 + (Т^)э2Х

V (Ае ЬТѴ ? Е ^ + (Ѵ»)э

Влияние электрической и механической нагрузки на величину эквивалентной температуры оказывается на­ столько малым, что им можно пренебречь.

Расчет Е0 и (уа)п проводим при следующих допуще­ ниях: 1) £ э определяют при (уа)э= (уст)г= 0; 2) (уа)э подсчитывают при Еэ= Е і — 0.

Принятые допущения дают несколько завышенные значения Еэ и (уа)э.

Надежность изоляции кабеля рассчитывается по (3-42) и (3-43) при подстановке в них найденных эквива­ лентных нагрузок.

Целесообразно использовать следующий порядок рас­ чета надежности изоляции. Определяют температуру изоляции кабеля и составляют таблицу продолжительно­ сти действия отдельных температур.

По формуле (3-55) определяют (уст)і при каждой тем­ пературе и заносят в ту же таблицу. В качестве примера дается табл. 3-5, составленная указанным способом для

дж

Затем рассчитывают время действия различных амплитуд перенапряжений. С этой целью разбивают функцию распределения вероятностей амплитуд перена­ пряжений на интервалы. Минимальная амплитуда пере­ напряжений принимается равной рабочему напряжению, максимальная — напряжению срабатывания разрядника.

109