Градирование изоляции

В соответствии с уравнением (7.10) в однородной изоляции напряженность электрического поля возле жилы максимальна и убывает по направлению к оболочке. В этом случае имеет место неполное использование электрической прочности изоляции, которое может быть количественно оценено коэффициентом использования изоляции:

(7.33)

где N=R/r₀

Е_cр — средняя напряженность поля в кабеле, которая имела бы место в конденсаторе с плоскопараллельными электродами и толщиной изоляции Δ, равной R – r₀. В большинстве случаев толщина изоляции кабеля определяется максимально допустимой рабочей напряженностью Е_р. При этом величина N может быть определена по формуле, которая следует из уравнения (7.10):

(7.34)

Из уравнений (7.22) и (7.25) следует, что при соотношении εr = const (переменное напряжение) или γr= — const (постоянное напряжение) напряженность поля будет постоянной и равной При этом толщина изоляции будет минимальной, а коэффициент использования равен 1.

Практически при переменном напряжении уменьшение величины ε с увеличением радиуса производится ступенями. Такая изоляция называется градированной.

Если мы имеем слоистую изоляцию (рис. 7.1), а величина ε каждого слоя составляет ε₁, ε₂, ε₃ и т. д., то из уравнения (7.22) можно получить зависимость напряженности поля от радиуса:

(7.35)

и соответственно емкость

(7.36)

Будем исходить из условия равнопрочности каждого слоя, причем электрическую прочность будем определять максимальной напряженностью поля, которая имеет место в начале слоя.

Примем допустимые (расчетные) максимальные напряженности каждого слоя E_1p, E_2p, E_3p..., E_np и введем обозначения:

и (7.37)

Тогда из уравнения (7.35) можно получить:

или и (7.38)

Рис. 7.1 – Расположение слоев изоляции при градировании.

При этом на границе и в начале каждого слоя будем иметь расчетную напряженность поля, соответствующую этому слою.

После подстановки соотношений (7.38) в уравнение (7.35) и алгебраических преобразований можно получить:

(7.39)

Очевидно, что градирование имеет смысл лишь при

и (7.40)

что следует из соотношений (7.38).

Многослойное градирование с изменением диэлектрической проницаемости возможно для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией.

В отечественной практике кабели с бумажной изоляцией градируются в два слоя, так как диапазон плотности бумаги лежит в пределах 1,2 – 0,85 г/см³, а допуск на плотность бумаги составляет 0,05 г/см³. При этом ε пропитанной бумаги составляет 4,3 при наибольшей плотности и 3,5 при наименьшей.

При двухслойном градировании

и (7.41)