О ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ В СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТАХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 537.21

Грачев А.С.

ФГБОУВО «Марийский государственный университет»

г. Йошкар-Ола, РФ

О ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ В СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТАХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Аннотация

Цель данной работы заключается в определении значений тока и напряжения на переходных емкостных сопротивлениях, образующихся в соединительных кабельных муфтах при их установке на одножильных кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Ключевые слова

Кабельная линия из сшитого полиэтилена, переходный процесс, закон Кирхгофа, кабельная муфта.

В процессе эксплуатации кабельная муфта вносит изменения в распределение напряженности электрического поля, вдоль кабельной линии, что влечет за собой возникновение несинусоидальности электрического тока, и как следствие, ухудшение качества передаваемой электроэнергии (рис.1).

У 4

Рисунок 1 - Распределение напряженности электрического поля в соединительной кабельной муфте

силового кабеля напряжением 10 кВ а) - фрагмент устройства кабеля; б) - распределение напряженности по нормали к оси кабеля

1 - круглая многопроволочная уплотненная жила (алюминиевая или медная) кабеля с диэлектрической проницаемостью 2 - воздушный промежуток с электрической постоянной £$; 3 -механический соединитель с диэлектрической проницаемостью 4 - экструдированный

полупроводящий слой (полупроводящий экран жилы) из сшитого полиэтилена с диэлектрической проницаемостью £п, предназначенный для выравнивания скачка напряженности электрического поля на границе токопроводящей жилы и слоя изоляции с помощью создания промежуточного полупроводящего слоя между токопроводящей жилой и изоляцией из сшитого полиэтилена.

Кроме этого, при установке соединительной муфты изменяется величина распределенной емкости вдоль кабельной линии. Воздушный промежуток, между круглой многопроволочной уплотненной жилой и механическим соединителем, обладающий емкостью Сх, с одной стороны, сам механический соединитель, обладающий емкостью С2, с другой, изменяют величину распределенной емкости Со цельного одножильного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. При этом образуются и дополнительные резистивные сопротивления Я и Я2 соответственно.

Рассмотрим процессы в цепи протекания переменного электрического тока промышленной

частоты при зарядке емкостных элементов, образующихся в кабельной муфте, после ее установке на одножильный кабель из сшитого полиэтилена.

Линию электропередачи можно представить эквивалентной схемой (рис.2).

Рисунок 2 - Эквивалентная схема линии электропередач

При дальнейшем расчете не будем учитывать распределенную емкость Со и резистивное сопротивление Яо цельной кабельной линии, а также представим С как С=Сх+С2 и R как Я=Ях+Я2. В неразветвленной цепи с источником синусоидальной ЭДС Е — и — (С0£ + фи — <р),

где Цт - амплитуда напряжения, (р — аргумент комплексного сопротивления, фи — начальная

фаза.

Переходный процесс в цепи (рис. 2) описывается неоднородным дифференциальным уравнением на основе второго закона Кирхгофа, закона Ома IIд = /?Ё и соотношения между током зарядки и

dU,

dUr

напряжением в емкостном элементе [ = С—^—, т.е. II^ + — + IIс — —Ь Vс — и [1].

Общее решение уравнения представляет собой сумму двух составляющих:

Первая составляющая соответствует установившемуся режиму

иСу = Е = итБ т(л»С + Фи~<р)-

Зарядка емкостного элемента будет изменяться в соответствии с изменениями источника питания. Вторая составляющая соответствует свободному процессу, т.е. решению однородного дифференциального уравнения первого порядка

ЯС — + ис = 0, и равна иСсв = Авр\ где р =

— - корень характеристического № ° ' '' ' пС

уравнения Я.Ср + 1 = 0.

Общее решение будет иметь вид: Vс = VСу + VСсв = + фи — <р) + Ае не.

Постоянную интегрирования А найдем из условия, что в момент времени t=0 емкость не была заряжена. Поэтому Ус(0_) = 0 = Ус(0+) = итзт(гри — (р) + А, откуда А = — итзт(фи ~(р). Найдем напряжение на емкостном элементе во время зарядки

Обозначив т = Я С. которая называется постоянной времени цепи, и определяет скорость переходного процесса, перепишем уравнение в виде:

Зависимость от времени напряжения на емкости определяет зависимость от времени зарядного тока и напряжения на резистивном элементе:

Графически зависимость тока от времени построена в программе Mathcad и представлена на

рис.3.

0.2

f(t)

0.1

0

- 4 - 4

0 2x10 4 4x10 4

t

Рисунок 3 - График изменения ic

Вывод: В первый момент времени, т.е. при t = 0+ емкость как бы замкнута накоротко и поэтому при малом значении сопротивления R в цепи может наблюдаться значительный скачок тока.

Список использованной литературы: 1. Касаткин А.С. Электротехника: учебник для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - 11 -е изд., стер. - М.: Издат. центр «Академия», 2008. - 544 с.

© Грачев А.С., 2023

т-1-1-г

J_I_I_L

УДК 621.3

Овезова А.Ч., преподаватель Институт телекоммуникаций и информатики Туркменистана,

г. Ашгабад Туркменистан

УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ: ОТ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ ДО СОВРЕМЕННЫХ ИННОВАЦИЙ

Аннотация

Электротехника - это область науки и техники, которая занимается изучением и применением электрических и магнитных явлений для создания, передачи и использования электрической энергии. Эта книга приглашает читателей в увлекательное путешествие по истории развития электротехники, начиная с первых экспериментов с электричеством и заканчивая новейшими инновационными технологиями сегодняшнего дня.

Ключевые слова

Исследование, наука, технологии, метод, оценка, анализ.

Ovezova A.Ch., lecturer, Institute of Telecommunications and Informatics of Turkmenistan,

Ashgabat, Turkmenistan

THE AMAZING WORLD OF ELECTRICAL ENGINEERING: FROM HISTORY OF CREATION TO MODERN INNOVATIONS

Annotation

Electrical engineering is a field of science and technology that deals with the study and application of