1.32. Регулирование электрического поля

Целью регулирования электрических полей является повышение эффективности использования изоляции. Для надежной эксплуатации изоляции необходимо, чтобы максимальные напряженности поля не превосходили допустимого значения, т. е. . Если выразить через коэффициент неоднородности электрического поля и среднюю напряженность поля ( U – рабочее на­пряжение; d — толщина изоляции), то получим

или .

То есть при заданном значении необходимая толщина изоляции пропорциональна коэффициенту неоднородности поля. Иными словами, толщина изоляции минимальна, если поле однородно. Поэтому основной задачей регулирования электрических полей явля­ется снижение коэффициента неоднородности.

Регулирование электрического поля осуществляется при помощи градирования, использования конденсаторных обкладок или полупроводниковых покрытий.

1.33. Градирование изоляции

Одним из способов регулирования электрического поля в конструкциях с бумажно-масляной изоляцией является градирование изоляции, которое осуществляется посредством комбинации материалов с различными ди­электрическими проницаемостями. Этот способ широко применяется в кабельной изоляции.

Рассмотрим изоляцию одножильного кабеля с токопроводящей жилой радиусом . При использовании однородного диэлектрика распределение напряженностей поля в радиальном направлении будет характеризоваться кривой 1 на рис.1.27, б. Если же применить два изоляционных материала с диэлектрическими проницаемостями и ( ), то распределение напряженностей поля будет соответствовать кривой 2.

Коэффициент неоднородности поля при градировании изоляции ниже, чем для однотипной изоляции, поэтому толщина градированной изоляции при заданном значении оказывается меньше.

Рис.1.27. Регулирование электрического поля с помощью градирования изоляции:

а – схема изоляции: Э – электрод, Д – диэлектрик;

б – распределе­ние напряженности в радиальном направлении: 1 – в неградированной изоляции; 2 – в градирован­ной изоляция

Градирование бумажно-масляной изоляции кабелей осуществляется с помощью различных сортов бумаги. Обычно градирование производится на два слоя, при этом внутренний слой наматывается более плотной бумагой. Градирование на большее число слоев применяется редко и только в кабелях сверхвысокого напряжения, например в некоторых кабелях, с номинальным напряжением 500 кВ используются 3—5 слоев.

1.34. Применение конденсаторных обкладок

Регулирование электрического поля в конструкциях с бумажно-масляной изоляцией может осуществляться с по­мощью так называемых конденсаторных обкладок, представляющих собой дополнительные электроды из ме­таллической фольги, которые располагаются в толще изоляции между главными электродами. В результате образуется цепочка последовательно включенных конденсаторов, емкости которых при переменном напряжении (или сопротивления изоляции между обкладками при постоянном напряжении) определяют распределение напряженностей в изоляции.

Путем изменения размеров, числа и взаимного располо­жения конденсаторных обкладок можно изменять емкости последовательно включенных конденсаторов, регулируя тем самым характер распределения напряженностей.

Конденсаторные обкладки могут располагаться: в области основной изоляции между электродами для регулирования поля как в радиальном, так ив осевом направлении (рис.1.28), а также в области между краями электродов для выравнивания электрического поля между ними.

При достаточно большом количестве обкладок расстоя­ние между обкладками мало (2—4 мм), поэтому в пределах каждого слоя разница между макси­мальной и минимальной напряженностями поля незначи­тельна и, таким образом, напряженность поля в радиальном направлении практически постоянна. Это поз­воляет существенно уменьшить диаметр изоляционной кон­струкции.

Рис.1.28. Варианты расположения конденсаторных обкладок в изоляции:

а – между электродами для регулирования в области основной изоляции;

б – между электродами для регулирования поля между их краями;

1 – электроды; 2 – диэлектрик;

3 – конденсаторные обкладки