Elektrische spanningsbeheersing in kabels, verbindingen en afsluitingen

Hoe elektrische spanning in kabelverbindingen en -aansluitingen onder controle te houden?

Inleiding

Voedingskabels zijn van groot belang in stroomtransmissie- en distributiesystemen.

Afsluitingen en verbindingen zijn de basisaccessoires van de stroomkabels en ze zijn nodig om verbindingen te maken tussen lijnen of naar een elektrisch apparaat .

De verschillende aspecten worden in overweging genomen tijdens het ontwerpen van de kabelafsluitingen en verbindingen omdat ze dezelfde integriteit moeten bezitten als de bijbehorende kabels terwijl de verbinding wordt gemaakt met zowel alle binnen- als buitentoepassingen.

Het meest kritische aspect van verbinding en afsluiting van hoogspanningskabels is controle van de diëlektrische spanning ontstaan ​​op het punt van schermbeëindiging –elektrische stressbeheersing .

Elektrische stress en stressbeheersing

Aansluitklemmen en verbindingen van hoog- en middenspanningskabels moeten de elektrische velden beheren aan de uiteinden . Wanneer het isolatiescherm is verwijderd van een kabel, hoge potentiaalgradiënten zijn geconcentreerd op het bezuinigingspunt , zoals weergegeven in de Figuur 1.

• Lees ook:Verschillende soorten bedradingssystemen en methoden voor elektrische bedrading en kabels

In deze afbeelding is te zien dat de aardafscherming van een kabel (0% ) is afgesneden f, de equipotentiaallijnen (van 20% tot 80% ) concentreer je aan de rand van de aardelektrode , veroorzaakt hoge elektrische spanning .

Verbetering van elektrisch veld op deze punten kan lokale ontladingen produce ontstaan dat kan leiden tot overslag langs het isolatieoppervlak of tot diëlektrische doorslag waardoor kabelstoringen ontstaan .

Bij kabelinstallatie, afgeschermde stroomkabels vereisen elektrische stressbeheersing wanneer beëindigd.

Kabelafsluitingen en verbindingen zijn ontworpen om de spanningsconcentratie bij de schermafsluiting te elimineren om het kapot gaan van de kabel te voorkomen – elektrisch veld moet gecontroleerd . zijn in een kabelafsluiting en verbinding .

De stressverdeling bij de geleiderverbinding varieert aanzienlijk als gevolg van veranderingen in het profiel geïntroduceerd door het gebruik van een ferrule .

Scherpe randen en uitsteeksels bij de gezamenlijke , indien niet verlicht resulteren ook in abrupte verandering van de spanningsgradiënt .

Het is daarom essentieel voor de dirigent om een ​​glad profiel . te hebben zodat er geen overmatige concentratie van spanningen is .

Het belangrijkste aspect van stressbeheersing geldt voor de locatie waar het isolatiescherm eindigt .

Opgemerkt moet worden dat niet alleen de diëlektrische spanning toeneemt in eindgebied , maar ook een potentieel verloop is opgesteld langs het grensvlak tussen het diëlektricum en het omringende medium .

De spanning in het diëlektricum bij de schermbeëindiging zal ruim boven zijn de ontwerpstress en kan leiden tot voortijdig falen .

• Verwante post:Kabelinvoerbeveiliging, soorten fouten, oorzaken en differentiële beveiliging

Bovendien als het omringende medium lucht is , of er is een leegte tussen het diëlektricum en het vulmedium , dan de stress in het gebied kan ervoor zorgen dat de lucht ontlading toelaat, zelfs bij de werkspanning .

Papier is enigszins resistent tegen deze ontladingen , maar voor polymere isolatie , zoals XLPE (Vernet polyethyleen), dergelijke ontladingen zullen het diëlektricum snel eroderen en uiteindelijk tot falen leiden.

Zonder toepassing van stresscontrole , er zouden ontladingen optreden , nadelig voor het leven van de gezamenlijke en beëindiging .

Figuur 2 toon de verdeling van elektrisch veld zonder en met stresscontrole.

• Lees ook:Keuze van bedradingssysteem en soorten kabels die worden gebruikt in interne bedrading

Oorzaken

Grote zwakke punten op het gebied van afsluiting en verbindingen van hoog- en middenspanningskabels die stressbeheersing vereisen zijn:

• Compressie-nokken waardoor vocht de geleiderkernen kan binnendringen
• Het niet verwijderen van luchtbellen
• Kernkruising resulterend in gedeeltelijke ontlading
• Slechte kabelvoorbereiding
• Vochtpenetratie
• Onvoldoende fase-naar-fase en fase-naar-aarde klaring
• Volgen
• Slechte voeginstructies

Verwante post onderzeese kabels – constructie, kenmerken, leggen van kabels en verbindingen

Methoden voor stressbeheersing

Er is geen universele beëindiging of verbinding. Er is een verscheidenheid aan verschillende soorten aansluitingen en verbindingen, elk met voor- en nadelen.

De optimalisatie van kabelafsluitingen wordt bereikt door verschillende constructies te onderzoeken.

De juiste afsluitmethode moet zorgen voor een goede elektrische en mechanische integriteit.

Om een ​​juiste afsluiting te ontwerpen, moet een analyse van de elektrische velddistributie worden uitgevoerd in de kritieke regio's .

• Verwante post:Berekening van kabelafmetingen voor LT- en HT-motoren

Stress Cone-methode

De veelgebruikte methode voor stressbeheersing is het gebruik van een stresskegel dat wordt getoond in Figuur 3 .

• Lees ook:Isolerende en diëlektrische materialen - Typen, eigenschappen en toepassingen

De spanningskegel is een gemiddelde van het regelen van de capaciteit in het gebied van schermbeëindiging , waardoor de diëlektrische spanning wordt verminderd langs een verloop naar aanvaardbare limieten op het punt van beëindiging .

De spanningskegel wordt verlengd tot voorbij de schermafsluiting, zodat de potentiaalgradiënt aan het diëlektrische oppervlak wordt verminderd tot een niveau waarop geen ontladingen zullen optreden.

In verbindingen van papieren kabels met hoge en middenspanning , de stresskegel wordt meestal gebouwd volgens een vooraf bepaalde contour door handmatige toepassing van isolerende papieren tapes , terwijl in opzeggingen de spanningskegel is ofwel met de hand aangebracht of uitgevoerd . Met de ontwikkeling van polymere en elastomere kabels , voorgevormd stresskegels zijn ook geïntroduceerd.

• Verwante post:Hoe fouten in kabels te lokaliseren? Kabelfouten, typen en oorzaken

Voor de conus van de stress wordt toegepast, is het noodzakelijk om de elektrische spanning te verminderen bij de geleiderverbinding , die voortkomen uit redenen die eerder zijn uitgelegd .

Het concept is om een ​​glad profiel te bieden zodat de stress wordt geëgaliseerd . Dit wordt verkregen door 'stappen' van kabelpapieren , wat wordt bereikt door het verwijderen van de papierisolatie in een aantal stappen , verhogers en treden hebben van het binnenste geleideroppervlak naar het buitenste isolatieoppervlak .

Met de twee kabeluiteinden zo behandeld en samengevoegd, met de hand aangebrachte geïmpregneerde papieren tapes worden over het geheel aangebracht om het gezamenlijke diëlektricum te vormen.

• Gerelateerd artikel:Calculator voor draad- en kabelafmetingen in AWG

Methode voor warmtekrimpbare stressbeheersingsslang

Een andere veelgebruikte methode is door warmte krimpbare spanningsregelingsslangen dat wordt gebruikt om hoge elektrische spanningen onder controle te houden bij isolatiescherm eindpunt in middenspanning kunststof en papier geïsoleerd kabelverbindingen en -aansluitingen tot 36 kV .

Ze beheersen ook de hoge spanningen over de connectoren in verbindingen .

Slangen voor stressbeheersing is gemaakt van thermisch gestabiliseerd verknoopt polymeer materiaal met hoge permittiviteit en hoge weerstand .

• Lees ook:Isolatieweerstand van een kabel | Waarom zijn kabels geïsoleerd?

Andere methoden om stress te beheersen

Andere methoden zijn:

• Banden of coatings met hoge weerstand en materialen met niet-lineaire weerstandslagen, waarbij het materiaal met een constante oppervlakteweerstand een kleine stroom doorlaat en daardoor een lineaire spanningsgradiënt over de lengte veroorzaakt. Een betere spanningsverdeling wordt bereikt door materialen met niet-lineaire soortelijke weerstand te gebruiken, waardoor ook een kleine stroomsterkte in de laag, de weerstand van de materiaalval en een gelijkmatige lineaire spanningsgradiënt over de aangelegde lengte wordt bereikt.
• Materialen met een relatieve permittiviteit die hoger is dan het diëlektricum van de kabel. De methode is gebaseerd op het principe dat wanneer materialen met een ongelijke permittiviteit onderhevig zijn aan een potentiaalgradiënt over hun gecombineerde dikte, de hoogste spanning wordt ervaren door het materiaal met de laagste permittiviteit. Uit het schematische diagram is te zien dat de equipotentiaallijnen geleidelijk uit het diëlektricum tevoorschijn komen, waardoor een vloeiende gradiënt aan het diëlektrische oppervlak ontstaat.

Verwante artikelen:

• Waarom stroomtransmissiekabels & Leidingen zijn los op elektrische palen & Zendmasten?
• Wat zijn kleine cilinders in netsnoeren en kabels en waarom?
• Waarom zijn coaxkabels sterk geïsoleerd?

Over de auteur:Manuel Bolotinha

-Licentiaat in elektrotechniek – energie- en energiesystemen (1974 – Instituto Superior Técnico/Universiteit van Lissabon)
– Master in Electrical and Computers Engineering (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova University of Lisbon)
– Senior adviseur in onderstations en energiesystemen; Professionele instructeur