DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2017.47.085

УДК 621.315.2 : 004.94

ВЛИЯНИЕ МИКРОДЕФЕКТОВ В ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В НЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

И.Н. Кучерявая, докт. техн. наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина,
е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду

Путем дву- и трехмерного компьютерного моделирования исследовано электрическое поле в полиэтиленовой изоляции с характерными микроразмерными включениями – упрощенными ветвями водного триинга, а также органическими и неорганическими, одиночными и множественными загрязнениями. Показано усиление электрического поля вблизи инородных включений и влияние их друг на друга. Для одиночных включений численным путем и по аналитической формуле рассчитан коэффициент усиления поля. Выявлено, что характер распределения поля в изоляции зависит от электрических свойств, формы и взаимного расположения микровключений. Результаты работы позволяют расширить знания о причинах деструкции полиэтиленового материала, широко используемого в качестве материала изоляции современных высоковольтных кабелей. Библ. 15, рис. 5, табл. 2.
Ключевые слова: полиэтиленовая изоляция, водный триинг, инородные микровключения, электрическое поле, компьютерное моделирование.

ВПЛИВ МІКРОДЕФЕКТІВ У ПОЛІЕТИЛЕНОВІЙ ІЗОЛЯЦІЇ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ НА РОЗПОДІЛ В НІЙ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ

І.М. Кучерява, докт. техн. наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна

Шляхом дво- та тривимірного комп'ютерного моделювання досліджується електричне поле в поліетиленовій ізоляції з характерними мікророзмірними включеннями – спрощеними гілками водного триїнга, а також органічними, неорганічними, одиночними та численними забрудненнями. Показано посилення електричного поля поблизу сторонніх включень і їх вплив один на одне. Для одиночних включень за чисельними розрахунками та аналітичною формулою розраховано коефіцієнт посилення поля. Виявлено, що характер розподілу поля в ізоляції залежить від електричних властивостей, форми та взаємного розташування мікровключень. Результати роботи дають змогу розширити знання про причини деструкції поліетиленового матеріалу, що широко використовується для виготовлення ізоляції сучасних високовольтних кабелів. Бібл. 15, рис. 5, табл. 2.
Ключові слова: поліетиленова ізоляція, водний триїнг, сторонні мікровключення, електричне поле, комп'ютерне моделювання.

1. Гук Д.А., Каменский М.К., Макаров Л.Е., Образцов Ю.В., Овсиенко В.Л., Шувалов М.Ю. Новый высоковольтный испытательный центр ОАО "ВНИИКП". Опыт испытаний и исследований силовых кабелей, арматуры и материалов для их производства. Кабели и провода. 2014. № 5 (348). С. 35–42.
2. Ковригин Л.А. Технологические и эксплуатационные дефекты в изоляции кабелей. Кабель-news. 2008. № 10. C. 58–60.
3. Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. Электростатика в технике. – М.: Энергия, 1980. – 296 с.
4. Шувалов М.Ю., Ромашкин А.В., Овсиенко В.Л. Анализ дефектов в изоляции силовых высоковольтных кабелей методами видеомикроскопии и микроэксперимента. Электричество. 2000. № 5. С. 49–57.
5. Электротехнический справочник (в трех томах). Т. 1 Общие вопросы. Электротехнические материалы. Под общ. ред. В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, В.А. Лабунцова и др. М.: Энергоатомиздат, 1985. 488 с.
6. Comsol multiphysics modeling and simulation software. http://www.comsol.com/
7. Doedens E.Н., Johansson A.B., Jarvid M., Nilsson S., Bengtsson K.M., Kjellqvist J. Effects of inclusions of oxidized particles in XLPE on treeing phenomena. IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. Montreal, October 2012. Annual Report. P. 597–600. http://publications.lib.chalmers.se/ publication/165212-effects-of-inclusions-of-oxidized-particles-in-xlpe-on-treeing-phenomena
8. Doedens E.H. Organic contaminants in crosslinked polyethylene for demanding high voltage applications. Diploma Work in the Master programme of Electric Power Engineering. 2012. Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden. Report No 83/2012. 86 p.
9. Hampton N., Hartlein R., Lennartsson H., Orton H., Ramachadran R. Long-life XLPE insulated power cable. JiCable 2007. http://www.neetrac.gatech.edu/publications/ jicable07_C_5_1_5.pdf
10. Hotta M., Hayashi M., Lanagan M.T., Agrawal D.K., Nagata K. Complex permittivity of graphite, carbon black and coal powders in the ranges of X-band frequencies (8.2 to 12.4 GHz) and between 1 and 10 GHz. ISIJ International. 2011. Vol. 51, No 11. P. 1766–1772. DOI: https://doi.org/10.2355/isijinternational.51.1766
11. Kim C., Duan J., Huang X., Kim S., Jiang P., Kim H., Hyon S. Numerical analysis on water treeing deterioration of XLPE cable insulation using combination of FEM and Taguchi method. European Transactions on Electrical Power. 2010. No 20. P. 747–759.  DOI: https://doi.org/10.1002/etep.355
12. Kucheriava I.M. Coupled electrical and mechanical processes in polyethylene insulation with water tree having branches of complex structure. Technichna Elektrodynamika. 2016. № 5. P. 5–10.
13. Mejia J.C.H. Characterization of real power cable defects by diagnostic measurements. Thesis for the Degree Doctor of Philosophy. Georgia Institute of Technology, December 2008. – 267 p.
14. Sanchez-Gonzalez J., Macias-Garcia A., Alexandre-Franco M.F., Gomez-Serrano V. Electrical conductivity of carbon blacks under compression. Carbon (Elsevier) 2005. Vol. 43. P. 741–747. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.10.045
15. Shcherba M., Zolotarev V., Belyanin R. The comparison of electric field perturbations by water inclusions in linear and nonlinear XLPE insulation. Proc. of the 16^th Internat. Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). 2015. С. 188–191. DOI: https://doi.org/10.1109/CPEE.2015.7333372