МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тольяттинский государственный университет»
Институт химии и энергетики.
Кафедра «Электроснабжение и электротехника»
«Техника высоких напряжений»
Отчет по лабораторной работе №4
«Профилактические испытания изоляции кабеля с вязкой пропиткой»
Группа: ЭЭТб-1901а
Студенты: Назаров М.О.
Преподаватель: Федяй О.В.
Тольятти 2022
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тольяттинский государственный университет»
Институт химии и энергетики.
Кафедра «Электроснабжение и электротехника»
«Техника высоких напряжений»
Отчет по лабораторной работе №4
«Профилактические испытания изоляции кабеля с вязкой пропиткой»
Группа: ЭЭТб-1901а
Студенты: Печенкин Е.С.
Преподаватель: Федяй О.В.
Тольятти 2022
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тольяттинский государственный университет»
Институт химии и энергетики.
Кафедра «Электроснабжение и электротехника»
«Техника высоких напряжений»
Отчет по лабораторной работе №4
«Профилактические испытания изоляции кабеля с вязкой пропиткой»
Группа: ЭЭТб-1901а
Студенты: Бойченко Е.А.
Преподаватель: Федяй О.В.
Тольятти 2022
Теоретические сведения
Изоляция кабелей должна обладать высокой электрической прочностью, что позволяет уменьшать диаметр кабеля и его стоимость, быть гибкой и сохранять механическую прочность в широком диапазоне изменения температур. В силовых кабелях наибольшее распространение получила бумажно-масляная изоляция различных типов, которая отличается друг от друга количеством пропиточного масла, приходящегося на единицу объема изоляции, и его вязкостью. Для пропитки бумаги в силовых кабелях применяется минеральное масло с различными добавками, из которых основное значение имеет канифоль. Добавки, во-первых, предотвращают окисление масла, в результате чего оно стареет и ухудшаются его изоляционные свойства, и, во-вторых, увеличивается вязкость масла.
На рисунке 1 показана изоляция кабеля с вязкой пропиткой. Изоляция кабеля состоит из двух частей: фазной 2 и поясной 3 (рисунке 1а).
1 - жила кабеля; 2 - фазная изоляция; 3 - поясная изоляция; 4 - наполнитель; 5 - свинцовая оболочка; 6 - броня; 7 - пропитанная пряжа 8 - битумный состав
Рисунок 1 - Изоляция кабеля с вязкой пропиткой на напряжение 6-10 кВ а - поперечный разрез кабеля, б - структура бумажной изоляции
Зазоры между отдельными изолированными жилами заполняются низкокачественной изоляцией - наполнителем 4 (джутом или бумажным жгутом). Поверх свинцовой оболочки 5 для повышения механической прочности кабеля накладывается броня 6 из стальных лент или проволок, от коррозии броня защищается битумным составом
8. Кабельная изоляция ( рисунке 1б) изготовляется из бумажных лент 2 шириной 10-30 мм, толщиной 20-120 мм, наматываемых спирально слой на слой. В каждом слое между смежными лентами оставляются зазоры в 1,5-3,5 мм, благодаря которым при изгибании кабеля бумажные ленты не повреждают друг друга. Масляные каналы в зазоре между лентами являются слабым местом в изоляции, поэтому при намотке бумаги необходимо по возможности предотвращать совпадение зазоров в двух соседних слоях бумаги.
Бумага содержит влагу и воздух, для удаления которых применяется сушка под вакуумом при температуре 120-135°С. После сушки в тех же герметически закрытых баках производится пропитка изоляции под вакуумом составом из минерального масла и канифоли. Масло и бумага в кабельной изоляции удачно дополняют друг друга, поэтому пробивные напряженности кабельной изоляции значительно выше пробивных напряженностей бумаги и масла, взятых в отдельности. Кабельная изоляция имеет весьма высокую кратковременную электрическую прочность порядка 50-60 кВ/мм при переменном напряжении, намного превышающую прочность бумаги и масла, взятых в отдельности. При постоянном напряжении эта разница еще более увеличивается. Однако электрическая прочность изоляции с вязкой пропиткой значительно снижается при увеличении времени воздействия напряжения.
Трехжильные кабели имеют неблагоприятную структуру с точки зрения отвода тепла, который затруднен из центральной части кабеля.
Кроме того, электрическое поле трехжильных кабелей не является строго радиальным. Имеется составляющая напряженности поля, направленная вдоль слоев бумаги, что существенно уменьшает электрическую прочность кабеля. Поэтому трехжильные кабели с поясной изоляцией используются только для напряжений 10 кВ и ниже. При напряжениях 20 и 35 кВ применяются кабели с отдельно освинцованными или с экранированными, жилами. Основным недостатком кабелей с вязкой пропиткой является возможность появления газовых включений при эксплуатации, если они работают в режиме переменной электрической нагрузки, приводящей к перемежающимся нагревам и охлаждениям кабеля. Так как температурный коэффициент расширения изоляции кабеля значительно больше, чем у свинцовой оболочки, то при нагреве кабеля в режиме максимальной нагрузки оболочка принудительно распирается изоляцией. При уменьшении нагрузки и остывании кабеля оболочка сохраняет остаточную деформацию, в результате чего внутри него образуется ряд пустот, которые постепенно заполняются выделяющимся из изоляции газом. Газовые включения создаются главным образом вблизи оболочки, однако, за счет диффузии газа сквозь изоляцию газовые включения появляются и вблизи жилы кабеля, т. е. в области наибольшей напряженности электрического поля.
Пузырек газа, расположенный вблизи жилы кабеля, попадает в область наибольшей напряженности поля, поэтому ионизация газа может начаться даже при рабочем напряжении. Благодаря бомбардировке ионами краев газового пузырька он раздробляется, превращаясь в газо-масляную эмульсию, которая постепенно вытесняет масло из пор ближайшей бумажной ленты и проникает в следующий масляный канал между бумажными лентами. Так как ионизация сопровождается прохождением определенного тока, одно или несколько отверстий в первой ленте бумаги обугливается, превращаясь в хорошо проводящий канал. Во втором масляном слое процесс развивается аналогично, в результате чего оказывается проколотой следующая лента бумаги. После того как в нескольких слоях бумаги, примыкающих к жиле, образуются проводящие каналы, электрическое поле в окрестности газового включения искажается, появляется тангенциальная составляющая напряженности электрического поля, и разряд получает возможность развиваться вдоль слоев бумаги. На этом пути прочность кабельной изоляции значительно ниже, поэтому разряд начинает скользить вдоль слоев бумаги, несмотря на то, что этот путь значительно длиннее. Дойдя до следующего зазора между лентами, разряд переходит в следующий слой, после чего он может прорастать вправо и влево. Образуется характерный для кабелей с вязкой пропиткой ветвистый разряд, который доходит иногда до оболочки кабеля на расстоянии 1 м и более от места своего зарождения. По мере развития ветвистого разряда, которое в кабелях с вязкой пропиткой идет весьма медленно, иногда в течение десятков лет, вдоль канала распространяется газо-масляная эмульсия с непрерывной ионизацией, сопровождающейся химическим разложением бумаги и масла.
При повышении напряженности поля скорость распространения ветвистых разрядов очень быстро возрастает, так как увеличивается интенсивность ионизации газо-масляной эмульсии. Этим в значительной мере и объясняется резкая зависимость времени жизни кабеля с вязкой пропиткой от длительности приложения напряжения.
При постоянном напряжении кабели с вязкой пропиткой имеют более благоприятные характеристики, так как отсутствуют условия для образования ветвистых разрядов. В газовом включении, расположенном вблизи жилы, возникает ионизация, но ионы, оседая на стенках включения, ослабляют внешнее поле, и ионизация прекращается. При переменном напряжении она возобновляется в следующем полупериоде, когда напряжение источника меняет знак. При постоянном напряжении ионы очень медленно стекают через проводимость изоляции, и только после этого возникают новые вспышки ионизации, менее интенсивные и происходящие гораздо реже, чем при переменном напряжении, поэтому вероятность образования ветвистых разрядов практически полностью отсутствует. Кроме того, при постоянном напряжении распределение потенциалов по толще изоляции определяется проводимостями ее участков. Так как проводимость пропитанной бумаги всегда в несколько раз меньше проводимости масла, в бумаге образуются наибольшие напряженности поля. Это обстоятельство является благоприятным, так как электрическая прочность бумаги выше прочности масляных пленок. При переменном напряжении распределение потенциалов определяется емкостями, и наибольшие напряженности поля создаются в масляных пленках, которые имеют меньшую диэлектрическую проницаемость. Поэтому рабочая напряженность электрического поля для кабеля с вязкой пропиткой при постоянном напряжении может быть повышена до 25-30 кВ/мм, т. е. в 5-7 раз по сравнению с амплитудным значением напряженности при переменном напряжении.
Ветвистые разряды в кабелях развиваются весьма медленно, однако в какой-то мере они имеются в каждом кабеле, пробывшем в эксплуатации длительное время. Изоляция кабеля повреждается вследствие коррозии или при земляных работах, при оползнях в почве и т. д. Через место повреждения в оболочке в изоляцию постепенно проникает влага, вытесняя масло, и прочность изоляции снижается до недопустимо низких пределов. При эксплуатации кабеля в соединительных муфтах иногда появляются трещины, и загрязняются выводы. Таким образом, в кабелях в основном возникают местные дефекты, которые необходимо обнаружить, чтобы вырезать поврежденный участок и заменить его новым.
При профилактических испытаниях контролируется изоляция каждой жилы кабеля относительно земли, и испытываются концевые муфты, воронки. Для выявления нарушений изоляции при замыканиях фаз на землю и резкой асимметрии изоляции фаз применяются мегомметры на 2500 В. Проверка мегомметром производится до и после испытания кабеля повышенным напряжением постоянного тока. Для выявления местных сосредоточенных дефектов изоляции кабеля испытываются повышенным напряжением постоянного тока: кабели 3-10 кВ течение 5 минут напряжением (5 … 6)𝑈ном, кабели 10-35 кВ (4 … 5)𝑈ном.
Эти испытания осуществляются на выпрямительных кенотронных установках.
Одновременно измеряется величина тока утечки.
При удовлетворительном состоянии изоляции токи утечки не превосходят 500 мкА для кабелей 3-10 кВ и 800 мкА - для кабелей до 35 кВ. Коэффициент асимметрии токов утечки по фазам не должен быть более 2. Однако основным показателем является не величина тока утечки, а ее изменение в процессе испытании. При возрастании тока утечки длительность испытания должна быть несколько увеличена и, если ток утечки не стабилизируется, кабель необходимо довести до пробоя, который фиксируется по резкому броску тока и снижению напряжения. Место повреждения отыскивается либо искателями, либо измерением емкости или сопротивлением жилы до места повреждения.