5.3. Методические указания к выполнению контрольной работы

Кабельная бумага представляет собой механическую смесь целлюлозы и воздуха с неодинаковой относительной диэлектрической проницаемостью. Определение относительной диэлектрической проницаемости такого диэлектрика производится в соответствии с уравнением Лихтенеккера для последовательного расположения компонентов. В связи с тем, что при использовании этого уравнения необходимо знать объёмные концентрации компонентов, расчёт следует начать с определения последних по заданным значениям плотности целлюлозы и кабельной бумаги в соответствии с уравнениями

где θ1 — объёмная концентрация целлюлозы; θ2 — объёмная концентрация воздуха; D — плотность кабельной бумаги, кг/м3; D1 — плотность целлюлозы, кг/м3.

1

2

R

3

S

Рис. 5.1. Сечение двужильного кабеля:

1 — оплётка кабеля; 2 — жила кабеля; 3 — изоляция кабеля

89

По вычисленному значению относительной диэлектрической проницаемости непропитанной кабельной бумаги и заданным геометрическим размерам кабеля рассчитывается ёмкость кабельной линии.

Для двухжильного кабеля ёмкость между жилами может быть определена из уравнения:

где S — расстояние между центрами жил кабеля, м; R — радиус жил кабеля, м; l — длина кабельной линии, м.

Тангенс угла диэлектрических потерь кабельной бумаги вычисляется по заданным значениям тангенсов углов диэлектрических потерь целлюлозы и воздуха по формуле:

Удельная активная (γа) и удельная реактивная (γр) проводимости изоляции в переменном электрическом поле с частотой f вычисляются по формулам, приведённым в основных учебных пособиях.

Удельная полная проводимость изоляции кабеля связана с удельными активной и реактивной проводимостями соотношением:

90

Полная проводимость Yиз изоляции кабеля определяется по удельной проводимости γиз и геометрическим размерам кабеля:

Ток утечки кабеля, возникающий под воздействием приложенного напряжения, сопротивление изоляции между жилами в двухжильных кабелях рассчитываются на основании соотношений:

Диэлектрические потери в изоляции кабеля P находятся по действующему значению приложенного переменного напряжения, ёмкости кабельной лини, тангенсу угла диэлектрических потерь и частоте питающей сети

где U — рабочее напряжение кабельной линии, В; f — частота, Гц; Ck — ёмкость кабельной линии, Ф; tgδ — тангенс угла диэлектрических потерь; P — диэлектрические потери, Вт.

Для упрощения расчёта величины пробивного напряжения делаем допущение, что электрическое поле внутри кабеля однородное, т. е. напряженность поля в любой его точке одинакова. Тогда электрическая прочность кабельной бумаги может быть получена по заданным значениям электрической прочности компонентов (целлюлозы и воздуха) из следующего уравнения:

91

Пробивное напряжение изоляции:

где hиз — минимальная толщина изоляции, мм.

Минимальная толщина изоляции между жилами кабеля для двухжильно-

Вычислив электрические параметры линии, в кабеле которой в качестве изоляции использована непропитанная кабельная бумага, следует произвести расчёт параметров этой линии при условии, что оболочка кабеля заполнена вместо воздуха либо газообразным диэлектриком, либо жидким изоляционным материалом. При этом считаем, что в порах капилляров воздух полностью замещается этими диэлектриками.

Последовательность расчёта остаётся той же, что для непропитанной кабельной бумаги. В уравнениях (5.2), (5.4) и (5.10) необходимо вместо электрических параметров воздуха подставлять аналогичные параметры замещающего воздух другого диэлектрика согласно условию задачи. При записи расчётного уравнения необходимо индекс 2, обозначающий, что это параметр воздуха, изменить на индекс 3.

Например, при определении tgδп пропитанной жидким диэлектриком кабельной бумаги уравнение (4.4) нужно записать в следующем виде:

92

При расчёте следует полагать, что объёмные концентрации целлюлозы и заменяющего воздух другого газообразного или жидкого диэлектрика остались такими же, как целлюлозы и воздуха, т. е.:

θ3 =θ2 .

После окончания расчёта следует обязательно проанализировать, как влияет на электрические параметры кабельной линии пропитка её изоляции жидким диэлектриком. Для удобства анализа необходимо составить таблицу расчётных значений электрических параметров кабельной линии до и после пропитки. Образец такой таблицы представлен ниже.

Кабель без пропитки

Кабель с пропиткой

При анализе необходимо указывать, как влияет пропитка изоляции на значение каждого из рассчитанных параметров с использованием теоретических сведений.

Вконце анализа необходимо сделать вывод о соответствии изоляции пропитанного и непропитанного кабелей требованиям, предъявляемым к кабельной линии правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Всоответствии с этими требованиями кабельные линии с рабочим напряжением до 1 000 В должны обладать сопротивлением изоляции Rиз > 0,5 МОм при прозвонке их мегаомметром на напряжение 2,5 кВ.

Изоляция кабельных линий с рабочим напряжением более 1 кВ должна выдерживать воздействия постоянных напряжений, значения которых приводятся в табл. 5.3.

93