Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором
Путем компьютерного моделирования исследовано распределение электрического поля в муфте силового кабеля со сшито-полиэтиленовой изоляцией на среднее напряжение. В качестве средства выравнивания поля в муфте использована трубка-регулятор. Учтены зависимость электропроводности изоляции кабеля от напря...
Saved in:
| Published in: | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141966 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором / И.Н. Кучерявая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 6. — С. 3-9. — Бібліогр.: 12 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860253598227628032 |
|---|---|
| author | Кучерявая, И.Н. |
| author_facet | Кучерявая, И.Н. |
| citation_txt | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором / И.Н. Кучерявая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 6. — С. 3-9. — Бібліогр.: 12 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технічна електродинаміка |
| description | Путем компьютерного моделирования исследовано распределение электрического поля в муфте силового кабеля со сшито-полиэтиленовой изоляцией на среднее напряжение. В качестве средства выравнивания поля в муфте использована трубка-регулятор. Учтены зависимость электропроводности изоляции кабеля от напряженности электрического поля и размеры трубки в осевом направлении муфты. Проварьированы значения электропроводности и диэлектрической проницаемости материала трубки-регулятора. Рассмотрены возможные дефекты вследствие неровностей поверхности изоляции кабеля и образования воздушных пузырей при насадке трубки. Практическое значение результатов моделирования состоит в возможном их использовании при выборе длины трубки-регулятора и материала изготовления, а также для обеспечения электрической прочности изоляции кабеля при наличии дефектов на ее внешней границе.
Шляхом комп'ютерного моделювання досліджено розподіл електричного поля в муфті силового кабеля зі зшито-поліетиленовою ізоляцією на середню напругу. Для вирівнювання поля в муфті використано трубку-регулятор. Враховано залежність електропровідності ізоляції кабеля від напруженості електричного поля і розміри трубки в осьовому напрямку муфти. Проварійовано значення електропровідності та діелектричної проникності матеріалу трубки-регулятора. Розглянуто можливі дефекти внаслідок нерівностей поверхні ізоляції кабеля та утворення повітряних проміжків при насадці трубки. Практичне значення результатів моделювання можливe при їхньому застосуванні для вибору довжини трубки-регулятора і матеріалу виготовлення, а також забезпечення електричної міцності ізоляції кабеля при наявності дефектів на її зовнішній границі.
The electric field distribution in the end termination of medium-voltage cross-linked polyethylene insulated power cable is studied by computer modeling. The stress control tube is used in the cable termination to reduce field nonuniformity. The dependence of conductivity of the cable insulation on electric intensity and the tube length in axial direction are taken into account. The conductivity and dielectric permittivity of tube material are varied. The possible defects owing to insulation surface roughness and air bubbles under stress control tube are considered. The practical relevance of attained results is associated with selection of the length and material of field-grading tube and with ensuring of electric strength of cable insulation at availability of defects on its external surface.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:46:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 3
ТЕОРЕТИЧНА ЕЛЕКТРОТЕХНІКА ТА ЕЛЕКТРОФІЗИКА
УДК 621.315.687.2: 004.94
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В КАБЕЛЬНОЙ МУФТЕ С ТРУБКОЙ-РЕГУЛЯТОРОМ
Кучерявая И.Н., докт.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина. E-mail: rb.irinan@gmail.com
Путем компьютерного моделирования исследовано распределение электрического поля в муфте силового кабе-
ля со сшито-полиэтиленовой изоляцией на среднее напряжение. В качестве средства выравнивания поля в
муфте использована трубка-регулятор. Учтены зависимость электропроводности изоляции кабеля от на-
пряженности электрического поля и размеры трубки в осевом направлении муфты. Проварьированы значения
электропроводности и диэлектрической проницаемости материала трубки-регулятора. Рассмотрены воз-
можные дефекты вследствие неровностей поверхности изоляции кабеля и образования воздушных пузырей при
насадке трубки. Практическое значение результатов моделирования состоит в возможном их использовании
при выборе длины трубки-регулятора и материала изготовления, а также для обеспечения электрической
прочности изоляции кабеля при наличии дефектов на ее внешней границе. Библ. 12, рис. 4, табл. 1.
Ключевые слова: кабельная муфта, трубка выравнивания поля, дефекты поверхности изоляции и установки
трубки, компьютерное моделирование.
Введение. Применяемые в электрических сетях кабельные линии нераздельно связаны с ка-
бельной арматурой, в том числе муфтами, которые служат для соединения строительных длин при
прокладке кабелей и оконцевания кабелей в местах присоединения к источнику энергии или потре-
бителю. Для оконцевания кабелей на открытом воздухе используются концевые муфты наружной ус-
тановки [4].
Муфты предназначаются для обеспечения конструктивной, электрической и механической
целостности кабелей. С точки зрения электрической надежности муфт кабелей на среднее напряже-
ние важным их конструктивным элементом являются трубки выравнивания напряженности электри-
ческого поля. Такие выравнивающие трубки или трубки-регуляторы применяются с целью достиже-
ния надежного функционирования муфт путем снижения неравномерности распределения электриче-
ского поля в их объеме, предотвращения концентрации силовых линий поля в области среза экрана
кабеля, защиты изоляции от пробоя. Выравнивание электрического поля необходимо для исключения
частичных разрядов, возникновение которых возможно на месте среза экрана и других элементов ка-
беля в его разделке [12]. Разрядные процессы способны разрушать изоляцию и со временем приво-
дить к выходу из строя муфты. Надежность кабельной муфты в эксплуатации определяется степенью
выравнивания электрического поля в ее объеме и связана с электрической прочностью ее изоляции и
изоляции кабеля.
Широкое распространение в качестве средств выравнивания поля в муфтах кабелей среднего
напряжения получили термоусаживаемые трубки-регуляторы [4], изготавливаемые на основе поли-
меров со свойством изменять свои геометрические размеры и форму при нагревании (например, го-
рячим воздухом или открытым пламенем), а при повторном нагревании возвращаться к первоначаль-
ной форме. Такие трубки усаживаются на концевые кабельные разделки и принимают их форму.
К основным причинам возникновения аварийных ситуаций и отказов в работе кабельных ли-
ний относятся [2, 8, 9] причины, связанные с качеством материалов и изготовления – дефектами и за-
грязнениями в изоляции кабелей и муфт, дефектами монтажа муфт, дефектами их конструкции. Вме-
сте с тем, в процессе эксплуатации появляются воздействия и явления, среди которых – проникнове-
ние влаги, изменение свойств материалов и естественное их старение в условиях окружающей среды,
что также содействует аварийности кабельных линий. В соответствии с информацией в [9] причины
аварий кабельных систем, связанные с выходом из строя концевых муфт, составляют до 30% от всех
остальных причин, при этом неполадки в работе кабелей приводят только к ~7% аварийных ситуа-
ций. В связи с этим важными являются исследование и анализ физических процессов и, в частности,
распределения электрического поля в кабельных муфтах с учетом условий работы и возможных де-
фектов в конструктивных элементах.
© Кучерявая И.Н., 2016
4 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
При названных выше причинах и недостатках материалов, используемых в конструкции муфт,
одним из факторов влияния на снижение электрической прочности изоляции является возникновение
частичных разрядов [3] и, в частности, разрядов на границе внешнего полупроводящего слоя кабеля [12].
Частичные разряды возникают также в неоднородной изоляции, в местах дефектов с повы-
шенной напряженностью электрического поля и, соответственно, с пониженной электрической проч-
ностью. Локальный пробой и последующее разрушение изоляции кабеля происходят при локализа-
ции в малом объеме диэлектрика электрического поля, напряженность которого превосходит крити-
ческое значение и электрическую прочность диэлектрика [3].
С точки зрения электрической прочности (наряду с наличием дефектов-неоднородностей в
изоляционных материалах) слабым местом кабельных муфт является граница раздела двух материа-
лов, отличающихся диэлектрической проницаемостью. Для муфт современных кабелей с полиэтиле-
новой изоляцией − это внешняя ее поверхность, граничащая с изоляцией муфты и средствами вырав-
нивания электрического поля, например, с трубкой-регулятором. Поверхность изоляции кабеля мо-
жет иметь повреждения – шероховатости, неровности в виде выступов и впадин вследствие некачест-
венной механической обработки при разделке конца кабеля. Наплывы, морщины и воздушные пузы-
ри могут появляться при усаживании трубки выравнивания напряженности поля на изоляцию кабеля
и срез медного экрана. Исследование электрофизических процессов в окрестности таких нежелатель-
ных дефектов важно для выявления факторов влияния на электрическую прочность изоляции за счет
изменения ее стойкости к частичным разрядам.
На основе изложенного цель работы − исследование методом компьютерного моделирования
электрического поля в концевой кабельной муфте с трубкой выравнивания напряженности поля при
учете размеров трубки и электрических свойств ее материала, а также анализ влияния различных де-
фектов изоляции и недостатков установки выравнивающей трубки на изменение электрического поля
в изоляции силового кабеля.
Рассматривается муфта для одножильного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ)
на среднее напряжение. Для расчетов базовой модели задается номинальное напряжение кабеля
10 кВ. Компьютерное моделирование проводится с использованием метода конечных элементов в
профессиональной программе Comsol [7]. При расчете электрического поля учитывается зависимость
электропроводности изоляции кабеля от величины напряженности поля.
Предварительные исследования распределения электрического поля в кабельной муфте с
трубкой выравнивания напряженности поля при учете ее расположения в концевой разделке силово-
го кабеля и наличия выравнивающей мастики проведены в статье [10].
Моделирование электрического поля. Основные положения и принятые допущения мате-
матической и расчетной моделей следующие:
– модель строится в двумерном приближении и представляется осесимметричной, т.к. конст-
рукция кабельной муфты характеризуется симметрией относительно оси Oz , (рис. 1, а, б);
– электрическое поле медленно меняется во времени; задача рассматривается для квазистати-
а б в г
Рис. 1
2
трубка с l = 75 мм
трубка длиной l = 150 мм
z, м
|| E& , В/м
––––– – 1 – l = 75 мм
- - - - - – 2 – l = 150 мм
1
экран кабеля
1
3
6
1 – l = 75 мм
3
1
5
2
4
6
0,2
0,4
5,0/|| =Uϕ&
z
2 – l = 150 мм
7
6
0,2
0,4
5,0/|| =Uϕ&
r 0
воздух
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 5
ческого приближения при частоте f = 50 Гц;
– окружающей средой для рассматриваемой муфты наружной установки является воздух;
– учитываются такие конструктивные элементы кабеля, как полупроводящие слои по жиле и
изоляции, внешняя оболочка, хотя оболочка и внутренний полупроводящий слой слабо влияют на
распределение электрического поля в активной области муфты;
– изоляционные материалы кабеля и муфты изотропны, характеризуются постоянными значе-
ниями диэлектрической проницаемости; электропроводность полиэтиленовой изоляции силового кабе-
ля в модели зависит от напряженности электрического поля и, в общем случае, от температуры [6, 11];
– варьируются значения диэлектрической проницаемости и электропроводности материала
трубки-регулятора с целью выявления их влияния на распределение напряженности электрического
поля в объеме муфты;
– рассматриваемые дефекты, связанные с обработкой поверхности изоляции кабеля при раз-
делке и установкой выравнивающей трубки, представляются как имеющие одинаковую форму по
всей угловой (азимутальной) координате, т.е. одну и ту же форму во всех осевых сечениях муфты.
Основным уравнением математической модели является дифференциальное уравнение вида
0][( 0 =∇+∇⋅∇ ϕεωεϕσ && rj , (1)
где ϕ& – комплексное значение электрического потенциала; σ – электропроводность соответствую-
щего материала; j – мнимая единица; fπω 2= – угловая частота; rε – комплексная диэлектриче-
ская проницаемость материала (относительное значение); =0ε 8,85·10–12 Ф/м – диэлектрическая про-
ницаемость вакуума.
Задаются граничные условия: U=ϕ& (U – фазное напряжение) – на поверхности жилы кабеля;
0=ϕ& – на поверхности медного экрана; условие электрической изоляции – на внешних границах, кро-
ме оси симметрии; условие непрерывности – на внутренних границах.
Уравнение (1), дополненное приведенными граничными условиями, решается численно в про-
грамме Comsol. Напряженность электрического поля рассчитывается как ϕ&& −∇=E .
Для учета нелинейности электропроводности полиэтиленовой изоляции в модели определяет-
ся ее эффективное значение в зависимости от напряженности поля согласно выражению [11]
7sinh( 10 | |)(| |, ) exp( )
| |
E e
B
A q bT a
k T
σ σ
−⋅ ⋅
= = ⋅ −
⋅
EE
E
&
&
&
.
Здесь =eq –1,602·10–19 Кл – заряд электрона; =Bk 1,381·10–23 Дж/К – постоянная Больцмана;
=a 3,2781 и =b 2,7756 – экспериментально определенные константы; =EA 0,56 эВ – энергия актива-
ции; T – температура, полагаемая равной 200С.
При введении эффективной электропроводности материала предполагается, что синусоидаль-
ная составляющая плотности тока на частоте 50 Гц связана с синусоидальной величиной электриче-
ского потенциала соотношением EEJ &&& |)(|σ= . В таком случае уравнение (1) в первом приближении
определяет первую гармонику потенциала в диэлектрике с нелинейными свойствами. Фактически
изменение электрического потенциала и плотности тока заменяется эквивалентными синусоидами.
Аналогичный подход применялся в [1] при расчете нелинейных цепей и, в частности, при анализе
феррорезонанса, когда учет несинусоидальности кривых тока, напряжения и магнитного потока
представляет значительные трудности.
Результаты компьютерного моделирования. Значения относительной проницаемости rε и
удельной электропроводности σ материалов элементов кабеля и муфты, используемые в расчетах,
приведены в таблице.
Расчет базового варианта муфты проводится для кабеля на напряжение 10 кВ с сечением жи-
лы 120 мм2 (диаметром жилы 6,2 мм), толщиной изоляции 4 мм, сечением экрана из медных лент 16
мм2 (толщиной экрана 2,3 мм); внешний диаметр исследуемого кабеля составляет 33 мм [5].
Основные элементы муфты и кабеля, учитываемые в расчетах, показаны на рис. 1, а–в, а так-
же отмечены на рис. 4, б. Их обозначения такие: 1 – жила кабеля; 2 – полупроводящий слой по жиле
(внутренний полупроводящий слой); 3 – полиэтиленовая изоляция кабеля; 4 – полупроводящий слой
6 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
по изоляции (внешний полупрово-
дящий слой); 5 – медный экран; 6 –
трубка-регулятор длиной l ; 7 –
оболочка кабеля.
Общий вид рассматривае-
мой муфты представлен рис. 1, а.
Показаны распределение электри-
ческого поля и эквипотенциальных
линий в муфте при длине трубки
выравнивания поля l = 75 мм (рис.
1, б) и l = 150 мм (рис. 1, в). Для
обоих случаев на рис. 1, г приведе-
но изменение электрического поля || E& по длине изоляции кабеля на границе с внешним полупрово-
дящим слоем. На рис. 1, б–в, так же как и далее на рис. 3, а–б, указаны значения отношения U/||ϕ& ,
соответствующие построенным изолиниям электрического потенциала.
Как видно из рис. 1, длина трубки-регулятора влияет на характер распределения электриче-
ского поля и значение напряженности поля в изоляции кабеля на уровне трубки и в окрестности. При
короткой длине трубки (l = 75 мм) электрическое поле на ее конце возрастает до || E& = 1,2 кВ/мм, то-
гда как при использовании более длинной трубки выравнивания поля (l = 150 мм) оно несколько пе-
рераспределяется по высоте муфты и его дополнительное увеличение очень незначительно ( || E& =
= 0,17 кВ/мм при z = 0,15 м, рис. 1, г). Наибольшее значение напряженности электрического поля
( ≈max|| E& 1,75 кВ/мм) сохраняется в зоне среза медного экрана кабеля, где концентрируются силовые
линии поля. Это ослабленная зона изоляции с более низкой электрической прочностью. С учетом
этого интересен вопрос о влиянии номинального напряжения кабеля на уровень поля в такой зоне ка-
бельной муфты.
Зависимость максимального значения напряженности электрического поля на границе изоля-
ции кабеля на уровне среза медного экрана от напряжения кабеля 0U показана на рис. 2. Здесь пунк-
тирной линией отмечены допустимые максимальные рабочие напряженности поля *
maxE для кабелей
на номинальное напряжение от 10 до 30 кВ, приведенные в [4]. Видно, что для муфт кабелей на на-
пряжение от 20 кВ и выше, значения напряженности поля в зоне среза экрана превышают допусти-
мые рабочие напряженности поля. Это значит, что изоляция кабеля в этой зоне подвергается уско-
ренному старению.
Последние научно-технические разработки в области материаловедения и электротехники по-
зволяют создавать новые материалы, и в том числе полимерные композиции, с заранее заданными
электрофизическими свойствами. В связи с этим для базового варианта муфты кабеля 10 кВ (данные
таблицы) на рис. 3 приведены распределения электрического поля и эквипотенциальных линий вбли-
зи трубки длиной l = 75 мм при различных значениях ее электропроводности: трσ = 10–8 Cм/м
(рис. 3, а), трσ = 10–5 Cм/м (рис. 3, б). Изменение электрического поля || E& вдоль границы "изоляция
кабеля – внешний полупроводящий слой" для этих вариантов представлено на рис. 3, в. Показано, что
с увеличением электропроводящих свойств мате-
риала трубки-регулятора при трσ = 10–5 Cм/м в об-
ласти ее конца резко возрастает напряженность поля
– до ~ 2,8 кВ/мм. Отметим, что допустимая макси-
мальная рабочая напряженность электрического по-
ля в полиэтиленовой изоляции составляет 2,7 кВ/мм
[4]. При уменьшении электропроводности (при
трσ = 10–8 Cм/м) начинает увеличиваться поле в
зоне среза внешнего полупроводящего слоя изоля-
ции кабеля. Так, оптимальным, с точки зрения более
равномерного распределения электрического поля
по длине изоляции кабеля, является значение элек-
Значения параметров
Элементы расчетной области
rε σ , См/м
Полиэтиленовая изоляция кабеля 2,3 10–15
Внутренний полупроводящий слой кабеля 2,3 10–7
Внешний полупроводящий слой кабеля 2,3 10–7
Оболочка кабеля 2,2 10–14
Изоляция муфты – заполнитель из силикона 3,0 10–15
Выравнивающая трубка 4 (var) 10–7 (var)
Воздух 1 10–18
Рис. 2
4 8 12 16 20 24 28 32
1
2
3
4
5
6
X 106
max|| E& , В/м
0U , кВ
*
maxE
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 7
тропроводности трубки-регулятора трσ =10–7 Cм/м, что и принято для базового расчетного варианта.
Изменение диэлектрической проницаемости трубки выравнивания напряженности поля трε
от 4 до 40 изменяет поле в области ее конца, однако поле на уровне среза экрана кабеля остается мак-
симальным и имеет одинаковое значение ≈max|| E& 1,75 кВ/мм. Для длинной трубки-регулятора (дли-
ной l=150 мм) поле на ее конце с увеличением трε не изменяется. Зона среза экрана остается крити-
ческой точкой кабельной муфты для обоих вариантов – l =75 и 150 мм.
Рис. 4 представляет рассматриваемые дефекты в элементах муфты и кабеля (слева), рас-
пределение электрического поля и эквипотенциальных линий вблизи дефектов (в центре), а также
изменение электрического поля вдоль внешней
границы изоляции кабеля (справа) при наличии:
– двух воздушных пузырей под трубкой
выравнивания поля (рис. 4, а), что возможно из-
за неплотного ее прижатия при насадке на конец
кабеля;
– выступов в изоляции кабеля под трубкой
(рис. 4, б);
– неровностей-впадин в изоляции, запол-
ненных воздухом под трубкой (рис. 4, в).
Два последних дефекта могут появляться
из-за некачественной механической обработки
поверхности изоляции при разделке кабеля.
Расчеты применительно к данным рис. 4
выполнены при длине трубки-регулятора 75 мм и
электропроводности трσ = 10–7 Cм/м. Результаты
показывают, что в области расположения дефек-
тов под трубкой поле искажается и наиболее
опасными являются впадины в полиэтиленовой
изоляции, заполненные воздухом, где напря-
женность электрического поля превышает поле на
уровне среза экрана и достигает ≈max|| E& 1,93
кВ/мм.
Заключение.
Путем компьютерного моделирования с
учетом нелинейной электропроводности поли-
|| E& , В/м
z, м
воздух под трубкой
С
П
Э
z, м
||Ε& , В/м
воздух во впадинах
С
П
Э
т
ру
бк
а
|| E& , В/м
z, м
экран кабеля
выступы в СПЭ
С
П
Э
3
6
5
а
б
в
Рис. 4
п/проводящ.слой
трубка, l = 75 мм
z, м
––– – трσ = 10–8 Cм/м
- - - – трσ = 10–5 Cм/м
экран кабеля
|| E& , В/м
трσ = 10–8 Cм/м
0,2
0,3
0,1
4,0/|| =Uϕ&
0,2
4,0/|| =Uϕ&
0,1
0,3
трσ = 10–5 Cм/м
а б в
Рис. 3
8 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
этиленовой изоляции кабеля показано, что длина выравнивающей трубки и значение диэлектриче-
ской проницаемости ее материала слабо влияют на распределение электрического поля в активной
области муфты. Для более длинной трубки-регулятора (заданной длины 150 мм) характерно более
равномерное распределение поля в изоляции кабеля (рис. 1, г).
При выбранных условиях с увеличением электропроводности материала трубки-регулятора
возрастает напряженность поля в зоне ее конца выше поля на срезе медного экрана силового кабеля.
При ослаблении электропроводящих свойств материала трубки поле возрастает на срезе внешнего
полупроводящего покрытия изоляции кабеля (рис. 3, в).
Наличие неровностей и выступов на поверхности изоляции кабеля приводит к снижению
электрической прочности границы изоляции. Наиболее опасными, с точки зрения увеличения напря-
женности электрического поля, являются дефекты под трубкой-регулятором в виде впадин, запол-
ненных воздухом (рис. 4, в).
Результаты могут быть полезны при проектировании муфт с трубкой-регулятором для кабе-
лей среднего напряжения, в частности при выборе длины выравнивающей трубки и свойств ее мате-
риала, а также для обеспечения допустимых значений напряженности электрического поля в поли-
этиленовой изоляции силового кабеля.
1. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат,
1989. – 528 с.
2. Кабельные муфты "Прогресс". Современные решения для кабельных сетей // Кабель−news. – 2009. –
№ 11. – C. 34–36.
3. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. – Л.: Энергия, 1979. – 224 с.
4. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4–35 кВ и 110–1150 кВ. Т. 3. – М.: Папирус-
Про, 2004. – 688 с.
5. Силовые кабели среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. – ЗАТ Завод
"Южкабель". – Харьков, Украина. – 56 с.
6. Boggs S.A. Semi-empirical high-field conduction model for polyethylene and implications thereof // IEEE
Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. – 1995. – Vol. 2. – Is. 1. – Pp. 97–106.
7. Comsol multiphysics modeling and simulation software – http://www.comsol.com/
8. Dissado L.A., Fothergill J.C. Electrical degradation and breakdown in polymers. – London: Peter Peregrinus
Ltd. for IEE, 1992. – 601 p.
9. Hampton N. HV and EHV cable system aging and testing issues. Chapter 3. – University System of Georgia,
Institute of Technology NEETRAC – National Electric Energy Testing, Research and Application Center. – Georgia
Tech Research Corporation, February 2016. – 19 p. – http://www.cdfi.gatech.edu/publications/3-HV-Issues-7_with-
Copyright.pdf
10. Kucheriava I.M. Electric field distribution in medium-voltage XLPE cable termination taking into account
outer semiconducting layer // Технічна електродинаміка. – 2016. – № 3. – С. 12–17.
11. Olsson C.О. Modelling of thermal behaviour of polymer insulation at high electric dc field // Proc. of the 5-
th European Thermal-Sciences Conference. – The Netherlands, 18–22 May, 2008. – 8 p. Available at:
http://citeseerx.ist.psu.edu /viewdoc/download?doi=10.1.1.491.3890&rep=rep1&type=pdf (accessed 28.03.2016)
12. Strobl R., Haverkamp W., Malin G., Fitzgerald F. Evolution of stress control systems in medium voltage
cable accessories // Proc. of Transmission and Distribution Conference and Exposition, IEEE/PES. – 2001. – Vol. 2. –
Pp. 843–848.
УДК 621.315.687.2: 004.94
МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ В КАБЕЛЬНІЙ МУФТІ З ТРУБКОЮ-РЕГУЛЯТОРОМ
Кучерява І.М., докт.техн.наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна. E-mail: rb.irinan@gmail.com
Шляхом комп'ютерного моделювання досліджено розподіл електричного поля в муфті силового кабеля зі зши-
то-поліетиленовою ізоляцією на середню напругу. Для вирівнювання поля в муфті використано трубку-
регулятор. Враховано залежність електропровідності ізоляції кабеля від напруженості електричного поля і
розміри трубки в осьовому напрямку муфти. Проварійовано значення електропровідності та діелектричної
проникності матеріалу трубки-регулятора. Розглянуто можливі дефекти внаслідок нерівностей поверхні ізо-
ляції кабеля та утворення повітряних проміжків при насадці трубки. Практичне значення результатів моде-
лювання можливe при їхньому застосуванні для вибору довжини трубки-регулятора і матеріалу виготовлення,
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 9
а також забезпечення електричної міцності ізоляції кабеля при наявності дефектів на її зовнішній границі.
Бібл. 12, рис. 4, табл. 1.
Ключові слова: кабельна муфта, трубка вирівнювання поля, дефекти поверхні ізоляції та установки трубки,
комп'ютерне моделювання.
MODELING OF ELECTRIC FIELD IN CABLE TERMINATION WITH STRESS CONTROL TUBE
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 distribution in the end termination of medium-voltage cross-linked polyethylene insulated power cable
is studied by computer modeling. The stress control tube is used in the cable termination to reduce field nonuniformity.
The dependence of conductivity of the cable insulation on electric intensity and the tube length in axial direction are
taken into account. The conductivity and dielectric permittivity of tube material are varied. The possible defects owing
to insulation surface roughness and air bubbles under stress control tube are considered. The practical relevance of at-
tained results is associated with selection of the length and material of field-grading tube and with ensuring of electric
strength of cable insulation at availability of defects on its external surface. References 12, figures 4, table 1.
Key words: cable termination, stress control tube, defects of insulation surface, improper tube shrinkage, computer
modeling.
1. Zeveke G.V., Ionkin P.A., Netushil A.V., Strakhov S.V. Foundations of the circuit theory. – Moskva: Energo-
atomizdat, 1989. – 528 p. (Rus)
2. "Progress" cable terminations. Advanced designs for cable networks // Kabel-news. – 2009. – No 11. – Pp.
34–36. (Rus)
3. Kuchinskii G.S. Partial discharges in high-voltage constructions. – Leningrad: Energiia, 1979. – 224 p. (Rus)
4. Makarov Е.F. The handbook on 0.4–35 kV and 110–1150 kV power networks. Vol. 3. – Moskva: Papirus-
Pro, 2004. – 688 p. (Rus)
5. Medium- and high-voltage power cables with cross-linked polyethylene insulation. – PJSC Zavod
"Yuzhkabel". – Kharkov, Ukraine. – 56 p. (Rus)
6. Boggs S.A. Semi-empirical high-field conduction model for polyethylene and implications thereof // IEEE
Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. – 1995. – Vol. 2. – Is. 1. – Pp. 97–106.
7. Comsol multiphysics modeling and simulation software – http://www.comsol.com/
8. Dissado L.A., Fothergill J.C. Electrical degradation and breakdown in polymers. – London: Peter Peregrinus
Ltd. for IEE, 1992. – 601 p.
9. Hampton N. HV and EHV cable system aging and testing issues. Chapter 3. – University System of Georgia,
Institute of Technology NEETRAC – National Electric Energy Testing, Research and Application Center. – Georgia
Tech Research Corporation, February 2016. – 19 p. – http://www.cdfi.gatech.edu/publications/3-HV-Issues-7_with-
Copyright.pdf
10. Kucheriava I.M. Electric field distribution in medium-voltage XLPE cable termination taking into account
outer semiconducting layer // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2016. – No 3. – Pp. 12–17.
11. Olsson C.О. Modelling of thermal behaviour of polymer insulation at high electric dc field // Proc. of the 5-
th European Thermal-Sciences Conference. – The Netherlands, 18–22 May, 2008. – 8 p. Available at:
http://citeseerx.ist.psu.edu /viewdoc/download?doi=10.1.1.491.3890&rep=rep1&type=pdf (accessed 28.03.2016)
12. Strobl R., Haverkamp W., Malin G., Fitzgerald F. Evolution of stress control systems in medium voltage
cable accessories // Proc. of Transmission and Distribution Conference and Exposition, IEEE/PES. – 2001. – Vol. 2. –
Pp. 843–848.
Надійшла 29.03.2016
Остаточний варіант 04.07.2016
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141966 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-7970 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:46:23Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кучерявая, И.Н. 2018-09-19T13:53:47Z 2018-09-19T13:53:47Z 2016 Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором / И.Н. Кучерявая // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 6. — С. 3-9. — Бібліогр.: 12 назв. — pос. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141966 621.315.687.2: 004.94 Путем компьютерного моделирования исследовано распределение электрического поля в муфте силового кабеля со сшито-полиэтиленовой изоляцией на среднее напряжение. В качестве средства выравнивания поля в муфте использована трубка-регулятор. Учтены зависимость электропроводности изоляции кабеля от напряженности электрического поля и размеры трубки в осевом направлении муфты. Проварьированы значения электропроводности и диэлектрической проницаемости материала трубки-регулятора. Рассмотрены возможные дефекты вследствие неровностей поверхности изоляции кабеля и образования воздушных пузырей при насадке трубки. Практическое значение результатов моделирования состоит в возможном их использовании при выборе длины трубки-регулятора и материала изготовления, а также для обеспечения электрической прочности изоляции кабеля при наличии дефектов на ее внешней границе. Шляхом комп'ютерного моделювання досліджено розподіл електричного поля в муфті силового кабеля зі зшито-поліетиленовою ізоляцією на середню напругу. Для вирівнювання поля в муфті використано трубку-регулятор. Враховано залежність електропровідності ізоляції кабеля від напруженості електричного поля і розміри трубки в осьовому напрямку муфти. Проварійовано значення електропровідності та діелектричної проникності матеріалу трубки-регулятора. Розглянуто можливі дефекти внаслідок нерівностей поверхні ізоляції кабеля та утворення повітряних проміжків при насадці трубки. Практичне значення результатів моделювання можливe при їхньому застосуванні для вибору довжини трубки-регулятора і матеріалу виготовлення, а також забезпечення електричної міцності ізоляції кабеля при наявності дефектів на її зовнішній границі. The electric field distribution in the end termination of medium-voltage cross-linked polyethylene insulated power cable is studied by computer modeling. The stress control tube is used in the cable termination to reduce field nonuniformity. The dependence of conductivity of the cable insulation on electric intensity and the tube length in axial direction are taken into account. The conductivity and dielectric permittivity of tube material are varied. The possible defects owing to insulation surface roughness and air bubbles under stress control tube are considered. The practical relevance of attained results is associated with selection of the length and material of field-grading tube and with ensuring of electric strength of cable insulation at availability of defects on its external surface. ru Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Теоретична електротехніка та електрофізика Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором Моделювання електричного поля в кабельній муфті з трубкою-регулятором Modeling of Electric Field in Cable Termination with Stress Control Tube Article published earlier |
| spellingShingle | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором Кучерявая, И.Н. Теоретична електротехніка та електрофізика |
| title | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором |
| title_alt | Моделювання електричного поля в кабельній муфті з трубкою-регулятором Modeling of Electric Field in Cable Termination with Stress Control Tube |
| title_full | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором |
| title_fullStr | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором |
| title_full_unstemmed | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором |
| title_short | Моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором |
| title_sort | моделирование электрического поля в кабельной муфте с трубкой-регулятором |
| topic | Теоретична електротехніка та електрофізика |
| topic_facet | Теоретична електротехніка та електрофізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141966 |
| work_keys_str_mv | AT kučerâvaâin modelirovanieélektričeskogopolâvkabelʹnoimuftestrubkoiregulâtorom AT kučerâvaâin modelûvannâelektričnogopolâvkabelʹníimuftíztrubkoûregulâtorom AT kučerâvaâin modelingofelectricfieldincableterminationwithstresscontroltube |