Ключові слова
semiconducting screen
electrophysical properties
surface and volumetric defects
non-uniform electric field
finite-element analysis зшито-поліетиленова (ЗПЕ) ізоляція
напівпровідний екран
електрофізичні властивості
поверхневі та об’ємні дефекти
неоднорідне електричне поле
скінченно-елементний аналіз
Як цитувати
Анотація
Методом скінченно-елементного аналізу досліджено неоднорідний розподіл електричного поля в зшито-поліетиленовій ізоляції силового кабелю на напругу 330 кВ із багатопровідниковою жилою та в залежності від електропровідності та товщини напівпровідного екрана, а також за різної частоти прикладеної напруги (від 50 до 104 Гц). Показано, що у разі врахування періодичної структури поверхні струмопровідної жили, задля отримання однорідного електричного поля в основній ізоляції кабелю на границі з внутрішнім напівпровідним екраном, електропровідність матеріалу цього екрана повинна перевищувати 10–6 См/м, а його товщина має бути не менше 1,5 мм. Розглянуто вплив різних видів поверхневих та об’ємних дефектів у напівпровідному екрані на неоднорідність розподілу електричного поля в ізоляції кабелю. Показано, що наявність дефектів у напівпровідному екрані може призводити до значного підвищення електричного поля в локальних зонах їхнього розташування (до 5 разів по відношенню до поля у разі відсутності дефектів), а отже сприяти утворенню та розвитку триїнгових структур в ізоляції. Отримані результати пояснюють причини мікро- та макрорівневої деградації ізоляції силових кабелів і обґрунтовують необхідність забезпечення однорідної структури та гладкої поверхні напівпровідного екрана і струмопровідної жили у технологічному процесі виготовлення силових кабелів зі зшито-поліетиленовою ізоляцією. Бібл. 23, рис. 8, табл. 1.
Посилання
Shidlovskii A.K., Shcherba A.A., Zolotaryov V.M., Podoltsev A.D., Kucheriava I.M. Extra-high voltage cables with polymer insulation. Kyiv: Institute of Electrodynamics, Ukrainian Academy of Sciences, 2013. 550 p. (Rus)
Electrical power cable engineering. Third Edition. Ed. by W.A. Thue, CRC Press, 2011, 460 p.
Private Joint-Stock Company «Yuzhcable Works». URL: https://www.yuzhcable.info//lang/en (accessed at 22.04.2024). (Rus)
Guiding technical material on the construction, testing and operation of modern extra-high-voltage power cable lines. Kharkiv: Maidan, 2017. 64 p. (Rus)
Zolotaryov V.M. Plant «Yuzhcable works»: milestones of the road (75 years to Plant «Yuzhcable works»). Elektrotekhnika I Elektromekhanika, 2018, No. 5, p. 12–16. (Rus) DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2018.5.02
Liu T., Fothergill J., Dodd S., Nilsson U. Influence of semicon shields on the dielectric loss of XLPE cables. IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, Virginia Beach, VA, USA, 18-21 October 2009. Pp. 246–249. DOI: https://doi.org/10.1109/CEIDP.2009.5377792.
Bezprozvannych G.V., Kostiukov I.A. A calculation model for determination of impedance of power high voltage single-core cables with polymer insulation. Electrical Engineering & Electromechanics. 2021. No 3. Pp. 47–51. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.3.08
Bezprozvannych A.V., Naboka B.G., Moscvitin E.S. Substantiation of electrophysical characteristics of high-voltage power cable semiconducting screens with stitched insulation. Elektrotekhnika i Elektromekhanika. 2010. No 3. Pp. 44–47. (Rus)
Rothon R. Fillers for Polymer Applications. Springer International Publishing, 2017. 317 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-28117-9.
Lee K.-Y., Nam J.-C., Park D.-H., Park D.-H. Electrical and thermal properties of semiconductive shield for 154 kV power cable. Proceedings of International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM'2005), 2005, 5–9 June 2005. Vol. 3. Pp. 616–619.
Kucheriava I.M. Application of multiscale modeling for study of electric field in insulation of 330 kV power cable at emergency operation. Tekhnichna elektrodynamika. 2012. No 4. Pp. 13–18. (Rus)
Bezprozvannych G.V., Kyessayev A.G. The technological and exploitative factors of local increase of electric field strength in the power cable of coaxial design. Electrical Engineering & Electromechanics. 2016. No 6. Pp. 54-59. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2016.6.09.
Densley J. Ageing mechanisms and diagnostics for power cables – an overview. IEEE Electrical Insulation Magazine. 2001. Vol. 17. No 1. Pp. 14–22. DOI: https://doi.org/10.1109/57.901613
Chunchuan Xu, Boggs S.A. High frequency properties of shielded power cable. Part 2: Sources of error in measuring shield dielectric properties. IEEE Electrical Insulation Magazine. 2006. Vol. 22. No 1. Pp. 7–13. DOI: https://doi.org/10.1109/MEI.2006.1618966.
Lee K.Y., Nam J.C., Park Dong-Ha, Park Dae-Hee. Electrical and thermal properties of semiconductive shield for 154KV power cable. IEEE Proceedings of 2005 International Symposium on Electrical Insulating Materials, (ISEIM 2005), Kitakyushu, Japan, June 5–9, 2005. Vol. 3. Pp. 616–619. DOI: https://doi.org/10.1109/iseim.2005.193444.
Wei Y., Liu M., Li X., Li G., Li N., Hao C., Lei Q. Effect of temperature on electric-thermal properties of semiconductive shielding layer and insulation layer for high-voltage cable. High Voltage. 2021. Vol. 6. Pp. 805–812. DOI: https://doi.org/10.1049/hve2.12089.
Teyssedre G., Laurent C. Advances in high-field insulating polymeric materials over the past 50 years. IEEE Electrical Insulation Magazine. 2013. Vol. 29. No 5. Pp. 26–36. DOI: https://doi.org/10.1109/MEI.2013.6585854
Hvidsten S., Kvande S., Ryen A., Larsen P.B. Severe degradation of the conductor screen of service and laboratory aged medium voltage XLPE insulated cables. IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. 2009. Vol. 16. No 11. Pp. 155–161. DOI: https://doi.org/10.1109/TDEI.2009.4784563.
Kovrigin L.A. Technological and operating defects in cable insulation. Kabel-news. 2008. No 10. Pp. 58–60. (Rus)
Hampton N., Hartlein R., Lennartsson H., Orton H., Ramachadran R. Long-life XLPE insulated power cable. JiCable 2007. URL: http://www.neetrac.gatech.edu/publications/jicable07_C_5_1_5.pdf (available at 22.04.2024).
Comsol multiphysics modeling and simulation software. URL: http://www.comsol.com/ (available at 22.04.2024).
Podoltsev A.D., Kucheriavaia I.N. Multiscale modeling in electrical engineering. Kiyv: Insnitut elektrodinamiki NAN Ukrainy, 2011. 255 p. (Rus)
Mashikian M.S., Szatkowski A. Medium voltage cable defects revealed by off-line partial discharge testing at power frequency. IEEE Electrical Insulation Magazine. 2006. Vol. 22. No 4. Pp. 24–32. DOI: https://doi.org/10.1109/MEI.2006.1678355
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2024 Array