Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Увеличение рабочей напряженности и срока службы изоляции высоковольтных кабелей является актуальной -задачей как с точки зрения повышения надежности кабельных изделий в процессе эксплуатации, так и с точки зрения снижения их материалоемкости. К настоящему времени известно, что такая задача может бить решена за счет помещения в изоляции кабелей тонких диэлектрических слоев (барьеров) с высокой диэлектрической проницаемостью (є).
Несмотря на широкое практическое применение барьеров в высоковольтной технике для повышения разрядных градиентов, механизм барьерного эффекта до сих пор не ясен. В преобладающем большинстве экспериментальных работ установлен эффект увеличения пробивного напряжения (U ) или времени до пробоя (i ) твердых диэлектриков
п р п р
при определенном местоположении барьера в резконеоднородном поле. Этот эффект обычно связывается с перераспределением поля в изоляционном промежутке. Понимание Физической природы явления до сих находится на уровне противоречивых гипотез. Это приводит к совершенно гфотиводоложным результатам расчета распределения поля и не совсем корректной пх экстраполяции на случай слабонеоднородного, либо однородного внешнего электрического поля, который характерен для условий работы изоляции высоковольтных кабелей. В связи с этим исследование закономерностей барьерного эффекта в условиях квазиоднородного электрического поля представляет как научный, так и практический интерес.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ являлось исследование барьерного эффекта в трехслойных диэлектриках с различным соотношением є слоев и расположением границ и\ раздела ( I, - А' /А, где А' - толщина слоя изоляции от потенциального электрода до барьера; А - общая толщина образца) в квазиоднородном электрическом поле и разработка рекомендаций по использованию этого эффекта в изоляции силовых гибких кабелей.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поставленные в работе задачи решались экспериментальными, аналитическими и численными методами. Для обработки экспериментальных результатов применялся аппарат математической статистики.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
1. Исследованы особенности развития разряда в трехслойных диэлектриках с различным соотношением є слоев и і: установлено, что барьерный эффект обусловлен не только увеличением ьремеїш развития разряда за счет удержания разрядного канала СРЮ и удлинения его траектории в слое < высокой є, по и угеличешкм времени запаздыьа-
- і -ния инициирования разряда.
-
Методом компьютерного моделирования развития РК с использованием Фрактальной модели пробоя диэлектриков показано, что поля, создаваемые объемными зарядами на границах раздела слоев за счет градиента е, оказываются достаточными для возникновения эффекта удержания РК в барьерном слое.
-
Установлено, что при оптимальном С с увеличением отношения диэлектрических проншаемостей барьерного (6 )и изоляционного (є ) слоев насыщение зависимости U ,г -ї(є /є ) связано с умень-
и пр пр о її
шением критической напряженности поля, при которой начинается нелинейный рост мнимой составляющей є" комплексной диэлектрической проницаемости С є*) материала барьерного слоя.
4. Обнаружена аномальная зависимость tg6 и от і как в сла
бом, так и сильном голе и корреляция этой зависимости с характером
изменения U ,і - Г(). Расчетом параметров спектра диэлектричес-
пр пр
кой релаксации показано, что увеличение добротности трехслойных диэлектриков при оптимальном обусловлено уменьшением полной дисперсии ориенташгошой поляризации Лє- є - ем (е .є^- статическая и высокочастотная относительные диэлектрические проницаемости).
Достоверность полученных результатов основана на достаточных объемах выборки экспериментальных дашых и подтверждена расчетом соответствующих статистических критериев. Основные' выводы и научные положения базируются на известных теоретических моделях и новых экспериментальных результатах.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в следующем:
даны практические рекомендации по .оптимизации диэлектрических, физико-механических и технологических характеристик материалов для барьерного слоя, которые могут быть использованы при разработке композиционных материалов на эластомерной основе (КПМ). применяемых для регулирования электрического поля в высоковольтной ИЗОЛЯЦИИ;
сформулированы основные требования, предъявляемые к параметрам трехслойных систем изоляции, которые могут быть положены в основу конструирования барьерной изоляции высоковольтных кабелей.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Основные результаты работы использованы при разработке и изготовлении опытного образца гибкого экскаваторного кабеля с барьерной изоляцией (типа кабеля КГЭ-ХЛ 3x16+1x6+1x6 мм2) на АО "Камкабель" г.Пермь.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы обсужда-
- 5 -лїсь на H"!V'ino -технической конференции по физике диэлектриков "Ди-элст:трики.-93" г.С-Петербург, 1Э93 г., а также на научных семинарах п\Ш БН лрі> ТПУ и кафедры ЗЙКТ ТПУ г.Томск и на научно-техническом "овете АО "Камкабель" г.Пермь.
ПУБЛИКАЦИЙ.По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и изложена "на 112 страницах, список литературы включает 74-наименования.
