U_ж-з

r_x

Уровень импульсной стойкости

Изоляции кабеля

Рис. 3 Механизм поражения изоляции кабелей без металлопокрова

Рассмотренная модель образования перенапряжений на оболочке кабеля без металлопокрова дает принципиальную возможность определения величины этого перенапряжения. Степень опасности перенапряжения для кабеля определяется прочностью его изоляции по отношению к импульсным воздействиям (импульсной электрической прочностью).

Справочные данные большинства типов кабелей не содержат информации по импульсной прочности кабелей. Например, в ряде справочников указывается лишь то, что сигнально-блокировочные кабели должны выдерживать переменное напряжение 1,5 кВ в течение 5 минут. Таким образом, возникла необходимость экспериментальной оценки импульсной стойкости кабелей, применяемых в СЦБ.

В качестве объекта исследования был взят сигнально-блокировочный кабель типа СБПу. Электрическая прочность изоляции оценивалась между двумя смежными жилами и между жилой и поверхностью оболочки.

Стандартная волна импульсного напряжения с длительностью фронта 1,2 мкс, длительностью импульса до полуспада 50 мкс и переменной амплитудой подавалась на объект исследования от генератора импульсного напряжения. При этом с целью исключения пробоя по поверхности изоляции кабель размещался в масляной ванне, а грунт моделировался кольцом из металлической полосы, надеваемым сверху на центральную часть отрезка кабеля.

В результате испытаний получено, что нижняя граница пробивного напряжения изоляции между жилой и поверхностью оболочки составляет 167 кВ, верхняя граница – 176 кВ. Импульсная стойкость изоляции между жилами характеризуется следующими данными: нижняя граница пробивного напряжения составила 94 кВ, верхняя – 125 кВ.

Сравнивая полученные результаты с нормируемым испытательным переменным напряжением 1,5 кВ, можно сделать вывод о существенном различии нормируемого и фактического значений электрической прочности кабеля, имея, разумеется, в виду, что нормируемое значение дается для переменного напряжения, прикладываемого к изоляции в течении 5 минут. Высокая импульсная стойкость изоляции позволяет объяснить факт отсутствия существенных претензий со стороны эксплуатации по критерию пробоя изоляции питающих кабелей, связывающих понижающие трансформаторы с релейными шкафами автоблокировки. Тем не менее, проблема грозового повреждения питающих кабелей без металлопокрова остается весьма актуальной в силу как огромного количества самих кабелей на железных дорогах России, так и из-за большой трудоемкости работ по замене поврежденных кабелей.

Для численной оценки возникающих перенапряжений была разработана математическая модель явления, максимально учитывающая все существенные факторы.

Результаты расчетов величин перенапряжений между жилой кабеля и землей U_max в зависимости от расстояния l от R_вз приведены на рис.4 для удельного сопротивления грунта ₀=200 Омм, на рис.5 – для ₀=1000 Омм, на рис.6 – для ₀=2500 Омм.

Уровень импульсной стойкости

Изоляции кабеля

——— I=5 кА

- - - - - - I=20 кА

— — — I=50 кА

Рис. 4 Значения величин основных параметров модели: электрическая прочность грунта E_кр=110 кВ/м; длина кабеля L=50 м; удельное сопротивление грунта ₀=200 Омм.