- •ОСНОВЫ КАБЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
- •Теорема Остроградского – Гаусса связывает значения вектора электрического смещения в точках некоторой замкнутой
- •Поток через плоскость dydz (заштрихована), проходящую через точку a, есть – Dxdydz
- •Поток через обе грани
- •Вычисляя аналогичным образом потоки через другие две пары граней и складывая их, мы
- •Если в рассматриваемом пространстве имеется распределенный в объеме заряд с объемной плотностью ,
- •Используя выражение D εε0E , получим
- •Если диэлектрическая проницаемость не зависит от координат
- •Нам предстоит решать общую задачу электростатики, т.е. по заданной форме проводников, их расположению
- •В изоляции кабелей нет свободных зарядов, поэтому
- •Распределение напряженности электрического поля по толщине изоляции в кабеле переменного тока
- •Уравнение Лапласа в цилиндрической системе координат:
- •Распределение напряжения по толщине изоляции в кабеле переменного тока
- •Расчет толщины изоляции кабеля переменного тока с круглой жилой и цилиндрическим экраном
- •Заменим отношение радиусов r2/r1
- •Зависимость напряженности электрического поля от соотношения радиусов изоляции r2 и жилы r1
- •Коэффициент использования изоляции
- •Регулирование электрического поля
- •Интегрируя напряженность Е по радиусу r, получим напряжение
- •После сокращения
- •В том случае, если произведение r равно постоянной
- •Двухслойная изоляция
- •Выразим радиус r3, для этого запишем последнюю формулу в следующем виде:
- •Существуют два способа градирования. В первом способе уменьшается напряженность электрического поля без изменения
- •Электрическое поле в кабеле с тремя круглыми жилами
- •В момент времени t2 напряжение на фазе 1 равно фазному (Uф),
- •Электрическое поле в кабеле с секторными жилами
- •Распределение напряженности электрического поля в изоляции кабеля постоянного тока
- •Подставим S в выражение I jS
- •Удельная проводимость изоляции зависит как от температуры, так и от напряженности электрического поля.
- •В изоляции напряженность
- •Если имеется диэлектрик, проводимость которого зависит от температуры и напряженности электрического поля, то
- •Cвяжем проводимость в любой точке изоляции γ с проводимостью γ2 на радиусе r2
- •Определим перепад температур из теплового закона Ома:
- •Тепловое сопротивление Sиз элементарного слоя r
- •Подставим
- •Сделаем некоторые преобразования и получим
- •Возьмем
- •Подставим интеграл обратно
- •Сравнительный анализ двух кабелей
Подставим S в выражение I jS |
I j 2πrL |
Из закона Ома напряженность поля
E |
j |
|
I |
|
I |
|
γ |
Sγ |
2πrLγ |
||||
|
|
|
I 2 rL E
Интегрируя напряженность от r1 до r2, получим напряжение
r |
r |
I |
|
|
U 2 |
Edr 2 |
dr |
||
2πrLγ |
||||
r |
r |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
Удельная проводимость изоляции зависит как от температуры, так и от напряженности электрического поля. Температура и напряженность электрического поля изменяются по радиусу, поэтому оставляем под интегралом:
r2 |
|
I |
dr |
|
U |
||||
|
||||
r |
2 rL |
|||
1 |
|
|
|
|
E 2πrLγ |
r2 |
dr |
U |
|
|
rγ |
2πL |
|||
|
|
r |
|
|
|
1 |
|
|
I r2 |
|
dr |
|
|
|
|
U |
|
|
|
I 2 rL E |
|||
2πL |
r |
||||||
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
E |
U |
||
U Erγ 2 dr |
|
|
|||||
r2 dr |
|||||||
|
|
r1 |
rγ |
|
r r r |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
В изоляции напряженность |
E |
|
U |
|
||
электрического поля |
|
r |
dr |
|||
|
|
|
2 |
|||
|
|
|
|
r |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
r |
r |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
В изоляции у оболочки напряженность |
E2 |
U |
||||
|
r2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
электрического поля |
|
r2γ2 |
drγr |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
Разделим E на E2 |
E |
|
r2γ2 |
|
E |
rγ |
|
|
|
||
|
2 |
|
|
Если имеется диэлектрик, проводимость которого зависит от температуры и напряженности электрического поля, то две точки диэлектрика связаны соотношением:
|
E |
k |
|
γx γ0eaθ |
|
||
|
x |
|
|
E |
|||
|
0 |
|
где – перепад температур; a – температурный коэффициент удельного объемного сопротивления; k – величина, которая зависит от типа диэлектрика.
Cвяжем проводимость в любой точке изоляции γ с проводимостью γ2 на радиусе r2 , т.е. на поверхности
изоляции:
|
E |
k |
|
γ γ2eaθ |
|
||
|
|
|
|
E |
|||
|
2 |
|
где E – напряженность электрического поля в любой точке изоляции; E2 – напряженность
электрического поля на радиусе r2.
Определим перепад температур из теплового закона Ома:
P |
θ |
или |
θ PSиз |
Sиз |
|
где P – тепловой поток, идущий от токопроводящей жилы, Sиз – тепловое сопротивление
изоляции.
Тепловое сопротивление Sиз элементарного слоя r
прямо пропорционально удельному тепловому сопротивлению изоляции σиз, толщине слоя r и обратно
пропорционально площади поверхности S = 2 rL:
Sиз σиз r
2πrL
Интегрируя от произвольного радиуса r до r2,
получим зависимость теплового сопротивления изоляции от радиуса относительно r2:
Sиз r2 2πσизrL dr 2πσизL ln rr2
r
Подставим
θ PSиз
Возьмем
E r2γ2 E2 rγ
Sиз |
|
из |
|
ln r2 |
θ |
Pσиз |
ln |
r2 |
|
|
2 L |
||||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
r |
|
2πL r |
||||
|
|
E |
|
k |
|
|
|
|
|
γ γ2eaθ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Подставим |
|||||
E |
|
||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
и |
|
θ |
Pσиз |
ln |
r2 |
получим |
|||||||||
|
2πL |
r |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
aPσ |
|
|
r |
r γ |
|
k |
||||||
|
|
|
из ln |
2 |
|
||||||||||
γ γ |
2 |
exp |
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
2πL |
|
r |
|
rγ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
aPσ |
из ln |
r |
|
r γ |
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
2 2 |
|
|||
γ γ |
2 |
exp |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
2πL |
r |
|
|
rγ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Введем
обозначение
aPσиз b
2πL
|
|
r |
|
|
|
r |
|
2 |
|
2 |
|||
exp |
bln |
|
exp |
ln |
|
|
|
|
|||||
|
|
r |
|
|
||
|
|
|
r |
|||
|
|
|
|
|
|
|
b r2r1
b
и выполним преобразование: .
|
r |
b r |
k γ |
|
k |
||
2 |
|
|
2 |
|
|||
γ γ2 |
|
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
r |
r |
γk |
Сделаем некоторые преобразования и получим
|
|
|
|
b k |
|
|
|
|
|
r2 |
b k |
|
|
|
k |
r |
|
|
k 1 |
|
k 1 |
|
|
|
k 1 |
||
γγ |
|
|
2 |
|
γ2 |
|
γ |
|
|
|
|
γ2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
r |
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
Введем |
b k |
m |
||
обозначение |
k 1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
r2 |
m |
||
|
|
|||
|
γ γ2 |
|
|
|
|
|
|||
|
r |
|
b k
γ γ r2 k 1 2 r
.