Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией
Проведены компьютерные расчеты электрического поля в модели концевой муфты высоковольтного кабеля со сшито-полиэтиленовой изоляцией. Рассмотрены различные средства выравнивания поля в муфтах. Показано, что степень равномерности электрического поля в объеме муфты зависит от геометрических параметров...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121923 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией / И.Н. Кучерявая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 2. — С. 19-24. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-121923 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кучерявая, И.Н. 2017-06-21T18:38:27Z 2017-06-21T18:38:27Z 2016 Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией / И.Н. Кучерявая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 2. — С. 19-24. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121923 621.315.687.2: 004.94 Проведены компьютерные расчеты электрического поля в модели концевой муфты высоковольтного кабеля со сшито-полиэтиленовой изоляцией. Рассмотрены различные средства выравнивания поля в муфтах. Показано, что степень равномерности электрического поля в объеме муфты зависит от геометрических параметров трубки-регулятора, ее электрофизических свойств (электропроводности и диэлектрической проницаемости), от геометрической формы стресс-конуса и, соответственно, от расстояния его вершины до поверхности изоляции кабеля. Разработанные подходы к моделированию могут быть использованы для решения практической задачи выбора материалов для элементов кабельных муфт и оптимизации их конструкции. Проведено комп'ютерні розрахунки електричного поля в моделі кінцевої муфти високовольтного кабеля зі зшито-поліетиленовою ізоляцією. Розглянуто різні способи вирівнювання поля в муфтах. Показано, що ступінь рівномірності електричного поля в об’ємі муфти залежить від геометричних параметрів трубки-регулятора, її електрофізичних властивостей (електропровідності та діелектричної проникності), геометричної форми стрес-конуса і, відповідно, від відстані його вершини до поверхні ізоляції кабеля. Розроблені підходи до моделювання можуть бути використані для вирішення практичної задачі вибору матеріалів для елементів кабельних муфт і оптимізації їхньої конструкції. The electric field in sealing ends of high-voltage power cables with cross-linked polyethylene insulation is computed by simplified model. The different ways for field grading in the cable sealing end are considered. As shown, the degree of electric field uniformity in the cable box depends on geometric parameters of field-grading tube, its electrophysical properties (conductivity and dielectric permittivity), on stress cone shape as well as on the distance of cone top to cable insulation surface. The developed approaches to computer modeling can be used to select the materials for cable box elements and to optimize their construction. ru Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Теоретична електротехніка та електрофізика Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией Комп’ютерне дослідження способів вирівнювання електричного поля в муфтах кабелів з поліетиленовою изоляцією Computer study of the ways for electric field grading in sealing ends of polyethyleneinsulated cables Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией |
| spellingShingle |
Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией Кучерявая, И.Н. Теоретична електротехніка та електрофізика |
| title_short |
Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией |
| title_full |
Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией |
| title_fullStr |
Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией |
| title_full_unstemmed |
Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией |
| title_sort |
компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией |
| author |
Кучерявая, И.Н. |
| author_facet |
Кучерявая, И.Н. |
| topic |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| topic_facet |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Технічна електродинаміка |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Комп’ютерне дослідження способів вирівнювання електричного поля в муфтах кабелів з поліетиленовою изоляцією Computer study of the ways for electric field grading in sealing ends of polyethyleneinsulated cables |
| description |
Проведены компьютерные расчеты электрического поля в модели концевой муфты высоковольтного кабеля со сшито-полиэтиленовой изоляцией. Рассмотрены различные средства выравнивания поля в муфтах. Показано, что степень равномерности электрического поля в объеме муфты зависит от геометрических параметров трубки-регулятора, ее электрофизических свойств (электропроводности и диэлектрической проницаемости), от геометрической формы стресс-конуса и, соответственно, от расстояния его вершины до поверхности изоляции кабеля. Разработанные подходы к моделированию могут быть использованы для решения практической задачи выбора материалов для элементов кабельных муфт и оптимизации их конструкции.
Проведено комп'ютерні розрахунки електричного поля в моделі кінцевої муфти високовольтного кабеля зі зшито-поліетиленовою ізоляцією. Розглянуто різні способи вирівнювання поля в муфтах. Показано, що ступінь рівномірності електричного поля в об’ємі муфти залежить від геометричних параметрів трубки-регулятора, її електрофізичних властивостей (електропровідності та діелектричної проникності), геометричної форми стрес-конуса і, відповідно, від відстані його вершини до поверхні ізоляції кабеля. Розроблені підходи до моделювання можуть бути використані для вирішення практичної задачі вибору матеріалів для елементів кабельних муфт і оптимізації їхньої конструкції.
The electric field in sealing ends of high-voltage power cables with cross-linked polyethylene insulation is computed by simplified model. The different ways for field grading in the cable sealing end are considered. As shown, the degree of electric field uniformity in the cable box depends on geometric parameters of field-grading tube, its electrophysical properties (conductivity and dielectric permittivity), on stress cone shape as well as on the distance of cone top to cable insulation surface. The developed approaches to computer modeling can be used to select the materials for cable box elements and to optimize their construction.
|
| issn |
1607-7970 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/121923 |
| citation_txt |
Компьютерное исследование способов выравнивания электрического поля в муфтах кабелей с полиэтиленовой изоляцией / И.Н. Кучерявая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 2. — С. 19-24. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kučerâvaâin kompʹûternoeissledovaniesposobovvyravnivaniâélektričeskogopolâvmuftahkabeleispoliétilenovoiizolâciei AT kučerâvaâin kompûternedoslídžennâsposobívvirívnûvannâelektričnogopolâvmuftahkabelívzpolíetilenovoûizolâcíêû AT kučerâvaâin computerstudyofthewaysforelectricfieldgradinginsealingendsofpolyethyleneinsulatedcables |
| first_indexed |
2025-11-25T22:46:33Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:46:33Z |
| _version_ |
1850573170785910784 |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2 19
УДК 621.315.687.2: 004.94
КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ВЫРАВНИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ПОЛЯ В МУФТАХ КАБЕЛЕЙ С ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Кучерявая И.Н., докт.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина. E-mail: rb.irinan@gmail.com
Проведены компьютерные расчеты электрического поля в модели концевой муфты высоковольтного кабеля со
сшито-полиэтиленовой изоляцией. Рассмотрены различные средства выравнивания поля в муфтах. Показано,
что степень равномерности электрического поля в объеме муфты зависит от геометрических параметров
трубки-регулятора, ее электрофизических свойств (электропроводности и диэлектрической проницаемости),
от геометрической формы стресс-конуса и, соответственно, от расстояния его вершины до поверхности
изоляции кабеля. Разработанные подходы к моделированию могут быть использованы для решения практичес-
кой задачи выбора материалов для элементов кабельных муфт и оптимизации их конструкции.
Библ. 11, рис. 5, табл. 2.
Ключевые слова: кабельные муфты, высоковольтный кабель, полиэтиленовая изоляция, трубка выравнивания
поля, стресс-конус, компьютерное моделирование.
Введение. В последнее время в энергосистемах и на ответственных предприятиях Украины
все шире используется передача электроэнергии с помощью высоковольтных кабелей с изоляцией из
сшитого полиэтилена. На рис. 1 показан фрагмент проекта кабельной линии на напряжение 110 кВ
для ОАО "Алчевский металлургический комбинат" [5]. Проектом предусмотрены переход воздушной
линии 110 кВ в кабельную линию с полиэтиленовой изоляцией и применение с обеих сторон линии
концевых муфт наружной установки типа OHVT-145С немецкой фирмы Tyco Electronics Raychem
GmbH [4, 6] (рис. 1, справа).
Надежность работы кабельных линий в значительной степени определяется надежностью ар-
матуры, и в том числе концевых муфт, которые предназначаются для присоединения кабелей к элек-
троаппаратам или воздушным линиям электропередачи.
В свою очередь надежность эксплуатации кабельных муфт зависит от электрической прочно-
сти изоляции и степени равномерности распределения электрического поля в их объеме. Высокая
электрическая прочность муфт достигается различными способами получения в них равномерного
электрического поля.
Необходимость выравнивания электрического поля в активной области кабельных муфт свя-
зана со специальной подготовкой конца кабеля, так называемой концевой его разделкой, в результате
которой удаляется часть экрана ка-
беля. Напряженность поля при этом
изменяется уже не только в радиаль-
ном направлении кабеля, но и вдоль
его оси – появляется продольная со-
ставляющая поля. На срезе экрана
резко увеличивается плотность сило-
вых линий электрического поля, что
может приводить к возникновению
разрядных процессов в этой области
и разрушению со временем изоляции.
Среди способов повышения
равномерности электрического поля в
арматуре силовых кабелей наиболее
известны геометрический, рефракци-
онный и импедансный способы.
Геометрический способ пред-
полагает уменьшение напряженнос-
© Кучерявая И.Н., 2016
ввод и
герметизация
основание
муфты
конус
выравнивания
поля
корпус
силиконовый
заполнитель
опорные
изоляторы
Рис. 1
3
1
2
20 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2
ти поля в месте разделки кабеля путем использования дополнительных элементов специальной фор-
мы. При этом на место среза экрана кабеля накладывается так называемый стресс-конус, вдоль кото-
рого распределяется поле [10, 11].
Рефракционный способ основан на применении материалов с высокой относительной диэлек-
трической проницаемостью, выше диэлектрической проницаемости основной изоляции. Выравни-
вающие трубки с таким свойством, изготовленные из полимерных и резиновых материалов, и специ-
ально разработанные мастики накладываются на место среза экрана.
Импедансным способом достигается выравнивание поля путем выбора подходящих материа-
лов стресс-конуса, регулирующей трубки и мастик за счет содержания в них особых добавок. При
компьютерном расчете электрического поля в кабельных муфтах импедансный способ реализуется с
помощью варьирования свойств материала выравнивающего конуса и трубки-регулятора – их прово-
димости и диэлектрической проницаемости [1–3].
В работах [1–3, 9, 11] с использованием численных методов исследуется распределение элек-
трического поля в зоне максимальных его значений в объеме кабельных муфт, учитываются свойства
материалов средств выравнивания поля в изоляции кабеля [1–3], а также наличие дефектов в элемен-
тах муфт [9]. Показано, что конструирование муфт кабелей на высокое напряжение необходимо осу-
ществлять с применением средств выравнивания напряженности поля.
Сравнение различных способов выравнивания электрического поля в кабельных муфтах так-
же, как и вопрос влияния электрофизических свойств и формы выравнивающих средств на степень
равномерности поля в изоляции кабеля, остается предметом изучения, важным с точки зрения разра-
ботки кабельной арматуры и особенно для силовых кабелей с полиэтиленовой изоляцией на высокое
и сверхвысокое напряжение, получивших в настоящее время широкое распространение.
В данной работе выполняется компьютерное моделирование электрического поля в случае
применения описанных способов выравнивания электрического поля в концевой муфте наружной ус-
тановки (рис. 1). Моделируется муфта силового кабеля на напряжение 110 кВ с полиэтиленовой изо-
ляцией. Численное моделирование проводится с использованием метода конечных элементов, реали-
зованного в программе Comsol [8].
Целью работы является компьютерное исследование влияния электрофизических свойств ма-
териала трубки-регулятора, ее размеров, а также формы стресс-конуса на эффективность выравнива-
ния поля в муфте кабеля с полиэтиленовой изоляцией и таким путем определение основных подходов
к оптимизации конструкции и выбору материалов элементов кабельных муфт.
Математическая модель. В модели приняты такие предположения и упрощения:
– конструкция кабельной муфты характеризуется симметрией относительно оси Oz , поэтому
расчетная модель представлена как двумерная, осесимметричная (рис. 2, а);
– в модели не учитываются такие элементы кабеля, как полупроводящие слои по жиле и изо-
ляции, внешняя оболочка;
– конус выравнивания напряженности электрического поля в муфте представляется упрощен-
но в виде одного рефлектора;
– изоляционные материалы кабеля и муфты изотропны, характеризуются постоянными значе-
ниями электропроводности и диэлектрической проницаемости (в общем случае эти характеристики
зависят от напряженности электрического поля, а электропроводность − и от температуры [7]);
– электрическое поле медленно меняется во времени; задача рассматривается для квазистати-
ческого приближения при частоте f =50 Гц.
Основное уравнение модели имеет вид
0][( 0 =∇+∇⋅∇ ϕεωεϕσ && rj , (1)
где ϕ& – комплексное значение электрического потенциала (напряжение); σ – электропроводность
соответствующего материала; j – мнимая единица; fπω 2= – угловая частота; rε – комплексная
диэлектрическая проницаемость материала (относительное значение); =0ε 8,85·10–12 Ф/м – диэлек-
трическая проницаемость вакуума.
Величины σ , rε принимают различные значения в изоляционных элементах кабеля и муфты.
Граничные условия следующие. На поверхности жилы кабеля задается значение фазного напря-
жения U&& =ϕ . На поверхности заземленных элементов – условие нулевого потенциала 0=ϕ& . На внут-
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2 21
ренних границах раздела сред
выбирается условие непре-
рывности, а на внешних гра-
ницах расчетной области,
кроме оси симметрии – усло-
вие электрической изоляции.
После решения диф-
ференциального уравнения
(1) с приведенными гранич-
ными условиями напряжен-
ность электрического поля
определяется как ϕ&& −∇=E .
Результаты компью-
терных расчетов. Модели-
рование электрического поля
в кабельной муфте направле-
но на определение степени
неравномерности его распре-
деления в случае примене-
ния различных способов вы-
равнивания поля – геометри-
ческого, рефракционного и
импедансного, а также вы-
числение максимального
значения поля в зоне среза
экрана.
Расчеты выполняют-
ся для силового кабеля с по-
лиэтиленовой изоляцией на
напряжение 110 кВ с сечени-
ем жилы 500 мм2 (диаметром
жилы 26 мм), толщиной изо-
ляции 16 мм, сечением экра-
на из медных лент 35мм2
(толщиной экрана 4 мм).
Используемые в рас-
четах значения относитель-
ной диэлектрической прони-
цаемости rε и удельной
электропроводности σ мате-
риалов элементов кабеля и
муфты представлены в табл. 1 [1, 3, 9].
Таблица 1
Выбраны размеры расчетной области
задачи, до трех раз превышающие длину
муфты (ее размер по оси Oz ).
Результаты численного моделирова-
ния показаны на рис. 2–5. Элементы конст-
рукции муфты и силового кабеля, учитывае-
мые в расчетах, указаны на рис. 2. Заметим,
что трубка, как и конус выравнивания поля,
насаживается на срез медного экрана и охва-
тывает экран и изоляцию кабеля. Рассматри-
ваемый рефлектор конуса имеет удлиненную
Значения параметров
Элементы расчетной области
rε σ , См/м
Полиэтиленовая изоляция
кабеля 2,3 10–15
Выравнивающая трубка 4 (var) 10–7 (var)
Стресс конус 2,5 2·10–4
Заполнитель из силикона 3,0 10–15
Корпус муфты 4,4 10–15
Воздух 1 10–18
Рис. 2
а
линии поля
5,0/ =Uϕ
0,2
|E|max= 3,9 кВ/мм
0,1
0,3
0,4
С конусом выравнивания поля
в
эквипотенциальные
линии
линии
поля
б
муфта
|E|max= 5,3 кВ/мм
0,1
0,5
0,3
6,0/ =Uϕ
С трубкой-регулятором
б
юбки
муфты
|E|, В/м
z
r
линии поля
Без средств
выравнивания поля
6,0/ =Uϕ
0,5
0,30,2
0,1
|E|max= 8,7 кВ/мм
ж
ил
а
ка
бе
ля
изоляция
кабеля
корпус
муфты
воздух
экран
кабеля
0
22 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2
форму, и в области экрана кабеля
по виду напоминает трубку.
Электрофизические ха-
рактеристики конуса отличаются
от свойств выравнивающей труб-
ки и приведены в табл. 1.
Данные рис. 2 показыва-
ют распределение линий элек-
трического поля и эквипотенци-
альных линий в расчетной об-
ласти (слева) и в ее части c уве-
личением (справа) для случаев:
без использования средств вы-
равнивания поля – рис. 2, а; с
трубкой-регулятором (рефракци-
онный способ выравнивания по-
ля) – рис. 2, б; со стресс-конусом
(геометрический способ) –
рис. 2, в. Здесь, как и далее на
рис. 4 и 5, указаны значения от-
ношения U/ϕ , соответствую-
щие приведенным изолиниям
электрического потенциала. За-
метим также, что на рис. 2, а–в
слева показано одинаковое число
линий поля и линий равного по-
тенциала, соответствующих од-
ним и тем же значениям U/ϕ =
=0,1…0,8.
На рис. 2 показана тен-
денция уменьшения уровня поля
|| E& в ослабленной зоне изоля-
ции вблизи среза экрана. Для
случая нерегулируемого элек-
трического поля (рис. 2, а) в этой
зоне наблюдается повышенная
плотность линий равного потен-
циала, и высокий уровень напря-
женности электрического поля
max|| E& = 8,7 кВ/мм создает усло-
вия для возможного разрушения
изоляции. Применение средств
выравнивания электрического поля (рис. 2, б–в) способствует перераспределению изолиний потен-
циала. Для этих случаев достигается все более равномерное распределение эквипотенциальных ли-
ний на все большей площади полиэтиленовой изоляции, на срезе экрана напряженность электриче-
ского поля снижается.
Картины поля для трех конструкций муфты, показанные справа на рис. 2, свидетельствуют
также о все более равномерном распределении поля в изоляции кабеля при заданных параметрах,
приведенных в табл. 1. В рассматриваемом случае для электропроводности трубки-регулятора
=σ 10–7 См/м =const расчетные данные в табл. 2 позволяют утверждать о малом влиянии диэлек-
трической проницаемости трубки rε на максимальное значение поля max|| E& в зоне конца экрана.
При изменении rε от 4 до 100 max|| E& уменьшается всего на 10%.
А В
|E|, В/м
1
2
Δ Δ – var
А
В
1
Δ
2
Рис. 3
Рис. 5
0,1
0,5
0,3
4;См/м10 7 == − εσ σ – var
7,0/ =Uϕ
|E|max= 5,3 кВ/мм
0,5
0,1
0,3
4;См/м102 4 =⋅= − εσ
6,0/ =Uϕ
|E|max= 3,9 кВ/мм
5,0/ =Uϕ
0,3
0,1
d
d – var
5,0/ =Uϕ
0,3
0,1 0,2
0,4
d
0,2
0,4
а б
Рис. 4
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2 23
На рис. 3 показано изменение поля вдоль указанной линии АВ, проходящей через середину
изоляции кабеля, для случаев применения трубки-регулятора различной толщины Δ (1 – Δ = 1 мм;
2 – Δ = 14 мм) и прочих равных условиях. На вставке дано соответствующее распределение электри-
ческого поля в изоляции кабеля. Как видно, в случае более толстой трубки поле распространяется
равномерно на несколько большей площади полиэтиленовой изоляции кабеля. Как показали ком-
пьютерные расчеты, при изменении Δ от 2 до 17 мм max|| E& изменяется не более чем на 8%.
Таблица 2
Свойства мате-
риала регулирующей
трубки влияют на рас-
пределение электрического поля и потенциала в объеме муфты. Высокое значение диэлектрической
проницаемости и изменение электропроводности достигаются путем, например, введения в базовый
полимерный материал дополнительных включений-наполнителей.
Данные рис. 4 показывают зависимость степени равномерности поля от электропроводности
материала трубки-регулятора. С увеличением ее электропроводности до σ = 2·10–4 См/м напряжен-
ность электрического поля распределяется на большей площади полиэтиленовой изоляции кабеля (на
длине, соответствующей длине трубки). При этом уменьшается максимальное значение напряженно-
сти поля max|| E& в зоне среза экрана; в муфте перераспределяются линии равного потенциала.
Согласно рис. 5, форма стресс-конуса и расстояние d от его вершины до поверхности изоля-
ции кабеля также влияют на распределение напряженности поля и электрического потенциала в объ-
еме муфты. При изменении расстояния d от 4 мм до 35 мм максимальное значение поля в окрестнос-
ти среза экрана не изменяется – max|| E& = 3,9 кВ/мм.
Заключение. Путем компьютерного моделирования показано, что равномерность распреде-
ления электрического поля в полиэтиленовой изоляции кабеля зависит от способа выравнивания по-
ля, геометрических параметров и электрофизических свойств элементов кабельной муфты. Выявлено,
что в рассматриваемом случае наиболее эффективным является применение стресс-конуса.
Разработаны программные средства и подходы к оптимизации конструкции элементов муфт,
а также к численным расчетам с целью обеспечения допустимых значений напряженности электри-
ческого поля и высокой надежности работы кабельных муфт.
1. Грешняков Г.В., Дубицкий С.Д. Математическое моделирование электрического поля в муфтах силовых кабелей
// Силовая электроника. – 2010. – № 2. – С. 4–6.
2. Грешняков Г.В., Дубицкий С.Д., Ковалев Г.Г., Коровкин Н.В. Численное моделирование электрического поля в
усиливающей изоляции кабельной муфты // Кабели и провода. – 2013. – № 4(341). – С. 9–14.
3. Грешняков Г.В., Дубицкий С.Д., Коровкин Н.В. К вопросу о конструировании кабельных муфт высокого напря-
жения // Силовая электроника. – 2014. – № 1. – С. 76–79.
4. Кабельная арматура. Каталог 2007/2008. – Energy Devision. Tyco Electronics Raychem GmbH. – 127 c. –
http://raychem.kz/te/catalogs/rus/osnovnoj_katalog_Kabel%27naja_armatura_SN.pdf
5. Руководство по выбору, прокладке, монтажу, испытаниям и эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого по-
лиэтилена на напряжение от 45 до 150 кВ. – ПАО "Завод "Южкабель", 2014. – 88 с. –
http://www.yuzhcable.com.ua/download/re150.pdf
6. Руководящий технический материал по сооружению, испытаниям и эксплуатации кабельных линий с использова-
нием кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 64/110 кВ: [научно-методич. издание] / Под ред. А.К. Шидловско-
го, В.М. Золотарева. – Харьков: Майдан, 2007. – 62 с.
7. Choo W., Chen G. Electric field determination in dc polymeric power cable in the presence of space charge // 2007 An-
nual Report IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. – 2007. – Pp. 489–492.
http://eprints.soton.ac.uk/264767/1/CEIDP2007-000221.pdf
8. Comsol multiphysics modeling and simulation software. http://www.comsol.com/
9. Li N., Deng G., Kong B. Defect morphological characteristic of cold-shrinkable cable terminal and its partial discharge
analysis based on finite element method // Internat. Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation En-
gineering. – 2014. – Vol. 3. – Is. 1. – 8 p. http://www.ijareeie. com/upload/2014/january/1A_Defect.pdf
10. Peschke E., von Olshausen R. Cable systems for high and extra-high voltage: development, manufacture, testing, instal-
lation and operation of cables and their accessories. – Berlin: Publicis MCD Verlag, 1999. – 296 p.
11. Raicevic N., Aleksic S. Electric field regulation at the cable accessories using one new numerical approach electric field
regulation at the cable accessories using one new numerical approach // Acta Electrotechnica et Informatica – 2007. – No. 1. – Vol.
7. – Pp. 1–8. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download? doi=10.1.1.399.3121&rep=rep1&type=pdf
rε 4 10 20 30 40 50 60 70 90 100
max|| E& 5,3 5,28 5,25 5,19 5,12 5,04 4,9 4,83 4,82 4,77
24 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 2
УДК 621.315.687.2 : 004.94
КОМП’ЮТЕРНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ СПОСОБІВ ВИРІВНЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ В МУФТАХ
КАБЕЛІВ З ПОЛІЕТИЛЕНОВОЮ ИЗОЛЯЦІЄЮ
Кучерява І.М., докт.техн.наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна, E-mail: rb.irinan@gmail.com
Проведено комп'ютерні розрахунки електричного поля в моделі кінцевої муфти високовольтного кабеля зі зшито-поліети-
леновою ізоляцією. Розглянуто різні способи вирівнювання поля в муфтах. Показано, що ступінь рівномірності електрично-
го поля в об’ємі муфти залежить від геометричних параметрів трубки-регулятора, її електрофізичних властивостей (елект-
ропровідності та діелектричної проникності), геометричної форми стрес-конуса і, відповідно, від відстані його вершини
до поверхні ізоляції кабеля. Розроблені підходи до моделювання можуть бути використані для вирішення практичної задачі
вибору матеріалів для елементів кабельних муфт і оптимізації їхньої конструкції. Бібл. 11, рис. 5, табл. 2.
Ключові слова: кабельні муфти, високовольтний кабель, поліетиленова ізоляція, трубка вирівнювання поля, стрес-конус,
комп'ютерне моделювання.
COMPUTER STUDY OF THE WAYS FOR ELECTRIC FIELD GRADING IN SEALING ENDS OF POLYETHYLENE-
INSULATED CABLES
Kucheriava I.M.
Institute of Electrodynamics, National Academy of Sciences of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. E-mail: rb.irinan@gmail.com
The electric field in sealing ends of high-voltage power cables with cross-linked polyethylene insulation is computed by simplified
model. The different ways for field grading in the cable sealing end are considered. As shown, the degree of electric field uniformity
in the cable box depends on geometric parameters of field-grading tube, its electrophysical properties (conductivity and dielectric
permittivity), on stress cone shape as well as on the distance of cone top to cable insulation surface. The developed approaches to
computer modeling can be used to select the materials for cable box elements and to optimize their construction.
References 11, figures 5, tables 2.
Key words: cable sealing end, high-voltage cable, polyethylene insulation, field-grading tube, stress control cone, computer modeling.
1. Greshniakov G.V., Dubitskii S.D. Mathematical modeling of electric filed in cable boxes // Silovaia Elek-
tronika. – 2010. – No 2. – Pp. 4–6. (Rus)
2. Greshniakov G.V., Dubitskii S.D., Kovalev G.G., Korovkin N.V. Numerical simulation of electric field in
strengthening insulation of cable box // Kabeli i Provoda. – 2013. – No 4(341). – Pp. 9–14. (Rus)
3. Greshniakov G.V., Dubitskii S.D., Korovkin N.V. On design of high-voltage cable boxes // Silovaia Elek-
tronika. – 2014. – No 1. – Pp. 76–79. (Rus)
4. Cable accessories. Catalogue 2007/2008. – Energy Devision. Tyco Electronics Raychem GmbH. – 127 p. Avail-
able at: http://raychem.kz/te/catalogs/rus/osnovnoj_katalog_Kabel%27naja_armatura_SN.pdf (accessed 05.12.15) (Rus)
5. Work manual on choice, laying, mounting, testing and operation of power cable with cross-linked polyethyl-
ene insulation for voltage from 45 to 150 kV. – PAO "Zavod Yuzhkabel". – 2014. – 88 p. Available at:
http://www.yuzhcable.com.ua/download/re150.pdf (accessed 02.12.15) (Rus)
6. Technical guide on installation, testing and operation of cable lines using 64/110 kV cross-linked polyethylene insu-
lated power cables. – Kharkov: Maidan, 2007. – 62 p. (Rus)
7. Choo W., Chen G. Electric field determination in dc polymeric power cable in the presence of space charge
// 2007 Annual Report IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. – 2007. – Pp. 489–492.
Available at: http://eprints.soton.ac.uk/264767/1/CEIDP2007-000221.pdf (accessed 04.12.15)
8. Comsol multiphysics modeling and simulation software. Available at: http://www.comsol.com/ (accessed
03.12.15)
9. Li N., Deng G., Kong B. Defect morphological characteristic of cold-shrinkable cable terminal and its partial
discharge analysis based on finite element method // Internat. Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics
and Instrumentation Engineering. – 2014. – Vol. 3. − Is. 1. – 8 p. Available at: http://www.ijareeie.
com/upload/2014/january/1A_Defect.pdf (accessed 04.12.15)
10. Peschke E., von Olshausen R. Cable systems for high and extra-high voltage: development, manufacture,
testing, installation and operation of cables and their accessories. – Berlin: Publicis MCD Verlag, 1999. – 296 p.
11. Raicevic N., Aleksic S. Electric field regulation at the cable accessories using one new numerical approach
electric field regulation at the cable accessories using one new numerical approach // Acta Electrotechnica et Infor-
matica. – 2007. – No 1. − Vol. 7. – Pp. 1–8. Available at: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/
download?doi=10.1.1.399.3121&rep=rep1&type=pdf (accessed 04.12.15)
Надійшла 20.11.2015
Остаточний варіант 08.12.2015
|