Способ для оценки способности материалов, входящих в конструкцию кабельной арматуры, выравнивать напряженность электрического поля
METHOD FOR EVALUATING THE ABILITY OF MATERIALS INCLUDED IN THE DESIGN OF CABLE FITTINGS TO EQUALIZE THE ELECTRIC FIELD STRENGTH

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электрическим кабелям, в частности к средствам оценки свойств электротехнических полимерных материалов.
Уровень техники
Известен способ оценки материала регулировать электрическое поле у края экрана по изоляции кабеля (патенты EP 0035271 B1, EP 0 522 760 A1) по величине напряжения перекрытия подготовленного конца кабеля длиной 330 мм (т.е. расстояние между оголенной жилой кабеля и краем экрана по изоляции кабеля равно 330 мм, патент EP 0035271 B1) [1]. Однако такая оценка не учитывает того, что при рабочем напряжении в муфте могут возникать частичные разряды, которые со временем могут привести к ее пробою.
Известен стандарт IEEE 48-1990 [2] который предусматривает «Определение напряжения погасания частичного разряда (короны)», при определении которого частичные разряды в концевой муфте измеряются при определенных значениях напряжения и должны быть ниже определенного значения. Затем измеряется напряжение, при котором разряды гаснут, и оно должно быть выше определенного значения. Характеристики частичных разрядов и напряжения промышленной частоты должны соответствовать требованиям, изложенным в стандартных процедурах испытаний IEEE STD 48-1990. Однако эти испытания относятся к смонтированным концевым муфтам, т.е. готовым к эксплуатации изделиям и не рассматривают возможность испытания отдельных элементов концевых муфт на способность выравнивать напряженность электрического поля.
В приведенных выше известных средствах испытаний при монтаже образцов не предусмотрена специальная, стандартизованная подготовка изоляции кабеля и экрана по изоляции кабеля, которая может влиять на конечный результат, что не позволяет корректно сравнивать материалы, предназначенные для выравнивания напряженности поля у края экрана по изоляции кабеля, входящие в состав концевой муфты.
Сущность изобретения
Изобретение решает задачу создания критерия и методики для оценки способности материалов, входящих в конструкцию кабельной арматуры, выравнивать напряженность электрического поля.
Изобретение позволяет обеспечить достижение следующих технических результатов: повышение достоверности сравнительной оценки способности материалов, входящих в конструкцию кабельной арматуры, выравнивать напряженность электрического поля; сокращение времени и упрощение испытаний.
Указанные технические результаты достигаются тем, что способ для оценки способности материалов, входящих в конструкцию кабельной арматуры, выравнивать напряженность электрического поля состоит в том, что к образцу кабеля с подготовленными концами прикладывают электрическое напряжение U промышленной частоты, повышают величину напряжения, регистрируют величину частичных разрядов в упомянутом образце, при достижении частичных разрядов пороговой величины фиксируют первое значение напряжения U1, затем на упомянутые подготовленные концы образца кабеля наносят испытуемый материал, вновь прикладывают электрическое напряжение промышленной частоты, повышают величину напряжения, регистрируют величину частичных разрядов в упомянутом образце, при достижении частичных разрядов пороговой величины фиксируют второе значение напряжения U2, по отношению второго значения напряжения U2 к первому значению напряжению U1 делают вывод о выравнивающей способности испытуемого материала.
Указанные технические результаты достигаются также тем, что устройство для осуществления способа состоит из отрезка кабеля с полимерной изоляцией длиной не менее 3000 мм с подготовленными концами кабеля длиной 500 – 1000 мм, в виде участков с удалением всех слоев до экрана по изоляции кабеля и участков, с удалением экрана по изоляции кабеля на участке длиной на 30 - 50 мм меньше, чем участки со снятием всех слоев до экрана по изоляции кабеля.
Указанные технические результаты достигаются также тем, что край экрана по изоляции кабеля обрабатывается на конус, с конусностью не более 1 градуса.
Указанные технические результаты достигаются также тем, что поверхность изоляции кабеля, у края экрана по изоляции кабеля, на длине 10 – 40 мм, с целью исключения неровности, обрабатывается с помощью наждачной шкурки, с конечной зернистостью по ISO 4344 (ГОСТ 52381-2005) не менее Р400.
Указанные технические результаты достигаются также тем, что на втором конце кабеля монтируется испытательная концевая муфта, в которой в диапазоне используемых испытательных напряжений частичных разрядов заведомо не возникают.
Отличительной особенностью изобретения является то, что в качестве испытательного образца используют отрезок кабеля с подготовленными для нанесения испытуемого материала концами, т.е. испытания проходят в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации испытуемого материала.
Перечень фигур чертежей
На Фиг.1 показано наложение ленты регулирования поля на край экрана по изоляции кабеля.
На Фиг.2 показано наложение термоусаживаемой трубки регулирования поля на край экрана по изоляции кабеля
Осуществление изобретения
Из эксплуатации электрических кабелей известно, что в кабельных муфтах на краю экрана по изоляции кабеля возникает высокая напряженность электрического поля, которая приводит к появлению частичных разрядов по поверхности изоляции кабеля или по поверхности накладываемого поверх изоляции кабеля материала и, как следствие, к электрическому пробою.
В кабельных муфтах среднего напряжения для выравнивания напряженности электрического поля у края экрана по изоляции кабеля используют полимерные композиции с повышенной диэлектрической проницаемостью и/или зависимостью проводимости и/или диэлектрической проницаемости от напряженности, которые в виде лент, манжет или термоусаживаемых трубок накладывают на край экрана по изоляции кабеля.
Существующие методы испытаний отдельно взятых материалов, применяемых для снижения напряженности поля, т.е. не в составе электрического кабеля, обеспечивают недостаточную достоверность результатов, поскольку не учитывают всех условий эксплуатации в реальных конструкциях.
Многообразие полимерных композиций от различных производителей с отличающимися механизмами влияния на распределение напряженности поля и технологическими особенностями их применения в муфтах усложняет выбор материалов. Зачастую для этих целей необходим монтаж и испытания полномасштабного образца муфты, в которой на распределение напряженности оказывает влияние не только сама полимерная композиция, предназначенная для регулирования поля, но и другие элементы конструкции муфты.
Кроме того, в кабельных муфтах, как правило, применяют как минимум два материала, используемых для регулирования поля у края экрана по изоляции кабеля, накладываемые один поверх другого, поэтому важно оценить не только способность выравнивать электрическое поле каждого материала, но и их комбинации.
Предлагаемый способ оценки способности материалов выравнивать напряженность электрического поля основан на измерении величины электрического напряжения непосредственно на испытательном образце электрического кабеля.
При оценке способности материалов выравнивать напряженность следует учитывать зависимость этой способности от конструкции кабеля (диаметр жилы и диаметр по изоляции кабеля). Поэтому в предлагаемом способе измерение напряжения начала частичных разрядов производят дважды, первый раз без наложения оцениваемого материала на край экрана по изоляции кабеля и второй раз с наложением оцениваемого материала. В качестве критерия оценки принимается отношение величины напряжения возникновения частичных разрядов с наложением оцениваемого материала U2 к величине напряжения возникновения частичных разрядов без наложения оцениваемого материала U1.
Для оценки материалов выравнивать напряженность поля у края экрана по изоляции кабеля также предлагается конструкция устройства, в котором предусматривается подготовка изоляции и экрана по изоляции конца кабеля, что позволяет корректно оценивать материалы (или их комбинацию), применяемые для выравнивания напряженности поля у края экрана по изоляции кабеля.
Предлагаемое изобретение позволяет учесть все механизмы снижения максимальной напряженности электрического поля, что дает возможность объективно оценить и выбрать материал для его использования в кабельной арматуре.
Способ оценки заключается в том, что на устройство, представляющее собой отрезок кабеля с подготовленными концами, подается напряжение промышленной частоты, которое постепенно повышается, при постоянной регистрации величины частичных разрядов в устройстве, и регистрируется напряжение U1, при котором возникают частичные разряды, превышающие определенную величину (например, 10 пК). Затем на подготовленные участки изоляции и электропроводящего экрана по изоляции устройства наносится испытуемый материал в виде ленты, манжеты или термоусаживаемой трубки, и на жилу кабеля подается напряжение промышленной частоты, которое постепенно повышается, при постоянной регистрации величины частичных разрядов в устройстве, и регистрируется напряжение U2, при котором возникают частичные разряды, превышающие определенную величину (например, 10 пК). В качестве количественной меры выравнивающей способности оцениваемого материала принимается отношение величины напряжения U2 к напряжению U1.
На Фиг.1 и Фиг.2 показаны варианты исполнения устройства.
В варианте с наложением ленты регулирования поля на край экрана по изоляции кабель содержит экран 1 по изоляции кабеля, конусную часть 2 экрана 1 по изоляции кабеля (конусность не более 1 градуса), ленту 3 регулирования поля, изоляцию 4 кабеля и обработанную наждачной шкуркой поверхность 5 изоляции кабеля.
В варианте с наложением термоусаживаемой трубки, показанном на Фиг.2, вместо ленты используется термоусаживаемая трубка 6.
На втором конце кабеля может монтироваться испытательная концевая муфта, в которой в диапазоне используемых испытательных напряжений частичных разрядов заведомо не возникает.
В качестве примеров результатов оценки в таблице 1 приведены результаты измерения выравнивающих свойств материалов, полученных на кабеле с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 35 кВ с диаметром экрана по жиле 12 мм и диаметром по изоляции 30 мм.
Таблица 1
№
Описание используемого материала
U2 (кВ)
U1 (кВ)
К=U2/U1
1
Лента 1, наложенная на изоляцию на длине 30 мм
25
7
3,57
2
Лента 2, наложенная на изоляцию на длине 30 мм
27
7
3,85
3
термоусаживаемая трубка 1 длиной 250 мм
45
7
6,43
4
т/у трубка 2 длиной 250 мм
13
7
1,86
5
т/у трубка 3 длиной 250 мм
20
7
2,86
6
т/у трубка 4 длиной 250 мм
9
7
1,28
7
т/у трубка 5 длиной 250 мм
40
7
5,71
8
т/у трубка 6 длиной 250 мм
36
7
5,14
Образцы лент и трубок указанные в таблице 1 выполнены из материалов различных производителей.
Из таблицы 1 можно видеть, что материал - термоусаживаемая трубка 1 длиной 250 мм применительно к кабелю на напряжение 35 кВ обладает лучшими свойствами выравнивания электрического поля из всех приведенных в таблице материалов.
Предложенный способ может быть использован для сравнительных испытаний материалов для регулирования напряженности электрического поля, входном контроле этих материалов или при конструировании муфт. Возможные варианты применения способа и устройства не ограничиваются этими примерами.
Литература
1. EP 0035271 B1 «Elastomeric composition for providing electrical stress control», H01B1/20.
2. IEEE Standard Test Procedures and requirements for Alternating-Current
Cable Terminations 2.5kV Through 765 kV, IEEE Std48-1990, 31 pp.