Выравнивание напряженности электрического поля

Конструирование кабельных муфт на напряжение 6 кВ и выше требует обязательного учета дополнительно воздействующих факторов, практически не проявляющихся на низких напряжениях.

 

Представьте человека, идущего по ровной поверхности и встречающего на пути преграду в виде уступа. При незначительной высоте препятствия, человек легко его преодолевает и, спрыгнув вниз, продолжает движение. Если высота уступа увеличивается, превышая рост человека в несколько раз, ситуация выглядит значительно серьезнее, и вероятность травмы становится почти неизбежной. Однако, если уступ превращается в отвесный обрыв, последствия для жизни человека могут стать непоправимыми.

Аналогично выглядит ситуация с концентрацией электрического поля на срезе экрана кабеля при повышении класса напряжения кабельной линии. Если на кабеле, рассчитанном на напряжение до 1 кВ, проблема не ощущается вовсе, то без принятия специальных мер в муфтах на напряжение 6–10 кВ и, тем более, 35 кВ, пробой муфты практически гарантирован.

Не будет преувеличением отметить, что главная функция любой концевой или соединительной высоковольтной муфты — это контроль повышенной напряженности электрического поля на срезах экрана кабеля или в местах соединения жил. Снизить концентрацию электрического поля до безопасных значений, сделать его более равномерным и однородным возможно различными способами.

Один из традиционных методов — изменение геометрии кабельного экрана в месте разделки и придание ему формы раструба с широкой частью, обращенной в сторону наконечника/соединителя. Форма и угол наклона экранирующего контура приобретают решающее значение. В зависимости от типа кабеля и экрана эта задача решалась различными способами.

В случае 3-х жильных кабелей с бумажной изоляцией и общей свинцовой оболочкой на напряжение 10 кВ, свинцовая оболочка в месте среза непосредственно формовалась в виде раструба. В аналогичных кабелях с общей алюминиевой оболочкой, обладающей значительно меньшей пластичностью в сравнении со свинцовой, сделать отбортовку на срезе оболочки представлялось проблематичным. Поэтому поверх среза металлической оболочки наматывался герметик в форме яблока, на который усаживалась полупроводящая термоусаживаемая трубка, одним концом облегающая алюминиевую оболочку, а другим, расширяющимся в форме колокола, лежащая на «яблоке». Таким образом, полупроводящая трубка «продлевала» металлический экран и придавала ему требуемую форму. Создание проводящих экранов специальной формы, направляющих и разглаживающих напряженность электрического поля до безопасных значений, и сегодня является одним из наиболее востребованных методов при конструировании муфт для кабелей из сшитого полиэтилена высокого и сверхвысокого класса напряжения 110 и 220 кВ.

С развитием полимерных технологий и новыми открытиями в области материаловедения появился другой, не менее эффективный способ контроля за повышенной напряженностью электрического поля.

В данном случае роль спасительной «лестницы», плавно снижающей градиент напряженности электрического поля на срезе экрана высоковольтных кабелей, выполняют специально разработанные мастики и трубки выравнивания напряженности электрического поля. Материал трубок и мастик содержит особые добавки, обеспечивающие импедансные и рефракционные характеристики.

В конструкциях концевых и соединительных термоусаживаемых муфт «КВТ» реализован именно этот способ, а в комплектацию муфт напряжением 10, 20 и 35 кВ включены все необходимые элементы для выравнивания напряженности электрического поля.