2. 3. Расчет кабеля постоянного тока

В кабеле постоянного тока через изоляцию протекает ток I, плотность которого равна:

, (2.12)

где S=2rl – цилиндрическая поверхность, l – длина кабеля.

Из закона Ома

(2.13)

находим напряженность электрического поля:

(2.14)

где  – проводимость изоляции.

Из формулы (2.14) видно, что напряженность электрического поля зависит от проводимости изоляции, которая в свою очередь зависит от температуры и напряженности электрического поля:

(2.15)

где  - перепад температур в изоляции,

a – температурный коэффициент удельного объемного сопротивления,

k – коэффициент, который зависит от типа диэлектрика,

E – напряженность электрического поля в любой точке изоляции,

E₂ – напряженность электрического поля на радиусе r₂ (поверхность изоляции).

Таким образом, отличительной особенностью расчета кабеля постоянного тока, по отношению к кабелю переменного тока, является то, что изоляция неоднородна по своим свойствам, так как проводимость диэлектрика существенно зависит от температуры и напряженности электрического поля.

Порядок расчета.

1. Дано:

- класс напряжения U₀, кВ,

- сечение токопроводящей жилы S₀, мм².

2. Находим в литературных источниках:

- допустимую напряженность электрического поля E_доп ([6], стр. 45);

- температурный коэффициент проводимости a ([6], стр. 37);

- коэффициент k ([2], стр. 90).

- удельное тепловое сопротивление изоляции _из ([2], стр. 128).

4. Рассчитываем токопроводящую жилу в соответствии с разделом 1.2.

5. Вычисляем сопротивление токопроводящей жилы постоянному току по формулу (1.19).

6. Предварительно определяем толщину изоляции по средней напряженности:

(2.17)

7. Вычисляем радиус по изоляции:

r₂=r₁+_из (2.18)

8. Задает первое значение тока жилы I₁ (1 – 5 А), что соответствует ненагруженному кабелю. В этом случае распределение напряженности будет подобно распределение напряженности в кабеле переменного тока, так как нет перепада температуры и, следовательно, изоляция однородна. Сделайте проверку по формуле для кабеля переменного тока.

9. Вычисляем мощность теплового потока от тока I₁:

(2.19)

10. Вычисляем коэффициент b:

, (2.20)

где l = 1 м.

11. Вычисляем m:

(2.20)

12. Вычисляем напряженность электрического поля для тока I₁ для различных значений r:

(2.20)

13. Рисуем график E=f(r, I₁).

14. Увеличиваем ток от I₁ до I₂ с шагом 100-200А и повторяем расчет с пункта 8. Рисуем кривую E=f(r, I₂) на том же графике. Повторение расчетов производим до тех пор, пока напряженность не превысит допустимую.

15. Изменяем толщину изоляции в меньшую сторону и повторяем расчет с пункта 6. Рисуем новый график.

16. Изменяем толщину изоляции в большую сторону и повторяем расчет с пункта 6. Рисуем новый график.

17. Пункт 14 или 15 повторяем до достижения максимального тока жилы, при этом напряженность на жиле не должна превысить допустимую.