Подземные кабели виды, преимущества и недостатки

Классификация подземных кабелей имеет важное значение для равномерного распределения электростатического напряжения в кабеле. Ненадежное или непоследовательное распределение электростатического напряжения в кабеле нежелательно, так как требует изоляции большей толщины, что увеличивает размер кабеля. В этом посте будут обсуждаться классификация подземных кабелей, их типы, например, емкостная и межслойная классификация, преимущества, недостатки и диэлектрическое напряжение.

Классификация подземных кабелей

Градуировка определяется как метод выравнивания электростатического напряжения в диэлектрике кабеля. Грейдирование делает кабель того же размера для работы при рабочем напряжении, а также при более высоких напряжениях.

Классификация подземного кабеля необходима для равномерного распределения электростатического напряжения в кабеле. Если распределение напряжений неравномерно, то существует высокая вероятность разрушения внешнего слоя изоляции. Можно подумать, что если толщина слоя изоляции увеличивается, то это может предотвратить разрушение. Да, но это увеличит размер кабеля, что нежелательно. Наиболее подходящим способом сохранения равномерного распределения напряжений в подземном кабеле является классификация.

На картинке прокладывают подземные кабели
Подземные кабели

Это достигается с помощью двух методов классификации, а именно:

  • Оценка емкости
  • Интер-оболочка

Чтобы понять концепцию классификации подземных кабелей, знание диэлектрического напряжения становится необходимым условием.

Что такое диэлектрическое напряжение в одножильном кабеле

Максимальное электрическое поле или электростатическое напряжение, которое может выдержать изолирующий материал без потери его изолирующих свойств, называется диэлектрическим напряжением. Это также может быть определено как максимальное напряжение, необходимое для создания пробоя диэлектрика через материал.

Выражается в вольтах на единицу толщины. Это также мера потенциального градиента в определенной точке.

на картинке Диэлектрическое напряжение в кабеле
Диэлектрическое напряжение в кабеле

Из приведенного выше рисунка можно рассчитать градиент потенциала (g) в точке (x) метров от центра кабеля, используя уравнение:

формула градиента потенциала

Где E x = электрическая напряженность и по определению g = E x

Разность потенциалов (V) между проводником и оболочкой рассчитывается по уравнению,

формула Разность потенциалов

Подставляя значение Q, получается градиент потенциала (g), как показано в приведенном ниже уравнении. В нем также говорится, что градиент потенциала (g) обратно пропорционален расстоянию (x).

Соотношение gmax и gmin  составляет:

формула Соотношение g max и g min

Поверхность проводника испытывает максимальное изменение напряжения и значительно уменьшается для слоев от проводника. Это важный фактор при проектировании кабеля.

Типы классификации подземного кабеля

Классификация подземных кабелей может быть разделена на два типа, а именно:

  • Оценка емкости
  • Интер-оболочка

Оценка емкости

Градуировка емкости достигается с помощью композитного диэлектрика, т.е. различные слои различного диэлектрика расположены так, чтобы гарантировать, что градиент потенциала остается постоянным. Он обратно пропорционален его расстоянию от центра.

Благодаря этому в кабеле поддерживается равномерное диэлектрическое напряжение. Обычно используют два или три диэлектрика, имеющих различную относительную диэлектрическую проницаемость. Диэлектрик с наивысшей диэлектрической проницаемостью размещается вблизи сердечника кабеля, а затем другие диэлектрические слои располагаются в порядке убывания диэлектрической проницаемости.

график оценки емкости

На приведенном выше рисунке рассмотрено три диэлектрических слоя, внутренние радиусы которых r, r1, r2, а внешние диаметры d, d1, d2. Относительная диэлектрическая проницаемость слоев ε1, ε2, ε3 соответственно. Если три диэлектрических слоя подвергаются максимальному напряжению, то разность потенциалов слоев:

формула разность потенциалов слоев

Аналогично, разность потенциалов на двух других слоях V2, V3 равна:

Общая разность потенциалов между сердцевиной и внешней оболочкой составляет V = V1 + V2 + V3

формула Общая разность потенциалов между сердцевиной и внешней оболочкой

Мы можем сделать вывод о том, что путем классификации изоляции кабель работает с большим потенциалом по сравнению с некачественным кабелем без увеличения диаметра кабеля.

Inter-оболочка  Градация

В межплоскостной классификации используется гомогенный диэлектрик. Это разделено на различные слои, вставляя металлические промежуточные оболочки между ядром и внешней оболочкой. Это обеспечивает канал для зарядки тока. Металлические промежуточные оболочки поддерживаются на соответствующем уровне напряжения, поскольку они подключены к вспомогательному трансформатору. Это обеспечивает равномерный градиент потенциала по всему диэлектрику кабеля.

На картинке Оценка межслойности

На приведенном выше рисунке три слоя изоляции разделены двумя внутренними оболочками при определенных напряжениях «V1», «V2», а напряжение на сердечнике или проводнике равно «V». Поскольку каждый межслойный слой испытывает различные уровни потенциала, его можно рассматривать как однородный одножильный кабель.

Следовательно, напряжение рассчитывается для каждого слоя по формуле:

формула напряжение рассчитывается для каждого слоя

Поскольку используемый диэлектрик является однородным, напряжение в каждом слое одинаково. Следовательно, g1 max = g2 max,  а напряжение между проводником и внешней оболочкой равно V = V1 + V2.

Мы можем заключить, что все потенциалы находятся в фазе, так как кабель функционирует как три конденсатора последовательно. Кроме того, наличие зарядных токов приводит к значительным потерям в межслойных слоях.

Преимущества классификации подземных кабелей

Преимущества классификации подземных кабелей:

  • Из-за уменьшенной толщины диэлектрика размер кабеля меньше.
  • Вероятность диэлектрического отказа снижается при классификации емкостного сопротивления.
  • Диэлектрические потери меньше при более низких напряжениях.

Недостатки классификации подземных кабелей

Недостатками классификации подземных кабелей являются:

  • В методе оценки между оболочками установка потенциалов оболочки затруднена.
  • Промежуточные оболочки подвержены повреждениям при транспортировке или установке.
  • Диэлектрические потери больше при более высоких напряжениях.


Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...