Применение полупроводящих экранов для регулирования электрических полей в электроизоляционной конструкции

Явление частичных разрядов в электроизоляционных конструкциях

При переходе границы раздела диэлектриков с разными диэлектрическими проницаемостями тангенциальная составляющая электрического поля остается постоянной, а нормальна компонента изменяется в соответствие с изменением :

(1).

Данная закономерность открывает возможность целенаправленного изменения электрического поля в изоляционном промежутке применением материалов с разными. Наибольший эффект регулирование имеет место в тех случаях, когда граница раздела совпадает с эквипотенциальной поверхностью (остаются постоянными, а изменяется максимально возможно), например, в случае цилиндров — одножильных кабелей высокого напряжения.

рис. 1.

Для случая, показанного на рисунке 1, в силу теоремы Гаусса, потребовав равенства между собой всех (напряженности в начале слоев), получим соотношение.

(2).

Из (2) следует, что равенство обеспечивается при соблюдении условий. Электрическое поле при этом становится более однородным, следовательно, общее правило градирования может быть сформулировано следующим образом:

в области повышенных напряженностей электрического поля, (меньших радиусов кривизны эквипотенциальных поверхностей), следует размещать электроизоляционные материалы с большими диэлектрическими проницаемостями.

Запас электрической прочности изоляции может быть оценен с помощью коэффициента использования изоляции В большинстве случаев толщина изоляции кабеля определяется максимально допустимой рабочей напряженностью. При этом значение N может быть определено по формуле, которая следует из уравнений.

При условии напряженность электрического поля будет постоянной и равной, толщина слоя изоляции будет минимальной, а коэффициент использования равен 1.

Практически, уменьшение, с увеличением радиуса производится ступенями.

При двухслойном градировании

(3).

а напряженности поля в начале первого и второго слоев будут, соответственно, равны:

(4).

(5).

Разделив (4) на (5), получим соотношение для определения внутреннего радиуса изоляции: — относительные диэлектрические проницаемости первого и второго слоев; Е1 и Е2 — рабочие напряженности для изоляции первого и второго слоев; .

Подставим r2 в выражение для Е1:

Соотношение для внешнего радиуса изоляции определим в результате следующих преобразований:

Для трехслойной изоляции

Для изоляции из n слоев:

Выведем, для справки, полезное при решении задач соотношение.

В качестве поверхности S интегрирования выберем цилиндр единичной длины — эквипотенциаль E = const. Уравнение Гаусса решаем с учетом связи между напряженностью электрического поля и потенциалом (осесимметричная система — зависимость только от r). Тогда.

.

Выразим Е через потенциал жилы, а не через заряд.

q:

Поэтому .