автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Старение изоляции силового кабеля 6-10 кВ от действия собственного магнитного поля

На правах рукописи

003484944

Томашева Евгения Викторовна

СТАРЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВОГО КАБЕЛЯ 6-10 кВ ОТ ДЕЙСТВИЯ СОБСТВЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда (электроэнергетика)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 2009

003484944

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» на кафедре «Безопасность жизнедеятельность».

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Коржов A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Воронин С. Г., кандидат технических наук Лапченков К. В.

Ведущее предприятие - государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет (УГТУ-УПИ)"

Защита состоится 26 ноября 2009 г., в 14 часов, в ауд. 1001 на заседании диссертационного совета Д 212.298.05 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Автореферат разослан ^ » се /у/ j,cf/> it 2009 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина,76, гл. корпус, Ученый совет ЮУрГУ, тел./факс: (351) 267-94-49, e-mail: ABK1978@mail.ru

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Ю.С. Усынин

-'/ / '

а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Актуальность исследования причин отказов в кабельных линиях (КЛ) вызвана результатами анализа аварийности в целом в городах с населением более 100 тыс. жителей, где повреждения КЛ 6-10 кВ являются причиной 80-90 % всех отключений. Как известно, электробезопасность - система организационных мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. При этом характеристики изоляции в сильной степени влияют на безопасность жизнедеятельности и надёжность электроснабжения потребителей электрической энергии. В процессе длительной эксплуатации происходит старение изоляции, которое выражается в ухудшении её электрофизических характеристик. Из-за старения изоляции и большой протяжённости городских кабельных сетей у обслуживающего персонала увеличивается объём работ, связанный с осмотром кабельных трасс, выездом на место повреждений, проведением высоковольтных испытаний и ремонтов. Это не может не сказываться на условиях труда персонала и безопасности проживающего вблизи трасс населения. На первый взгляд, решение этого вопроса заключается в замене старых кабелей новыми и современными, например, из сшитого полиэтилена. Замена таких кабелей займёт много времени, потребует больших физических и финансовых затрат, а воздействие на изоляцию факторов, которые сокращают срок службы кабеля, останется. В этом случае возникает проблема определения механизма воздействия на изоляцию факторов, обусловленных действием тока нагрузки КЛ.

Общеизвестно, что вне зависимости от токовой нагрузки КЛ при наличии разности потенциалов между слоями изоляции в этих слоях от электрического поля протекают поляризационные процессы смещения упругосвязанных зарядов, которые обусловливают появление токов смещения до момента наступления установившегося состояния. Наличие в диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит к возникновению токов утечки, на которые действует магнитное поле от тока нагрузки. Кроме того, при протекании электрического тока по жилам КЛ на изоляцию действуют механические силы, обусловленные законом Ампера.

Последними исследованиями в этой области обосновано, что для качественной и количественной оценки остаточного ресурса изоляции необходимо применять методы математического моделирования работы КЛ под- нагрузкой. Упомянутое моделирование позволит учесть комплексное воздействие эксплуатационных и режимных факторов на изоляцию кабеля на этапах проектирования и испытания кабельной изоляции, что, в свою очередь, позволит увеличить межремонтный срок кабельных линий и снизить риск электроопасных ситуаций, возникающих при ремонтах кабелей. Однако, практическая реализация комплексного математического моделирования воздействий на изоляцию кабеля со стороны электрического и магнитного

полей, теплового потока сопряжена с определёнными трудностями, которые на данный момент не решены.

Поэтому для оценки старения изоляции необходимо проведение исследований, направленных на рассмотрение КЛ как единого электромеханического объекта, подверженного действию собственных электрического и магнитного полей.

Цель работы - определение степени влияния на изоляцию силового кабеля факторов, обусловленных магнитной составляющей собственного электромагнитного поля.

Идея работы - исследование кабельной линии как единого электромеханического объекта.

Научные положения и результаты, выносимые на защит}':

1. Магнитное поле от тока нагрузки увеличивает активные потери в изоляции кабельной линии, обусловленные действием электрического поля на свободные заряды в диэлектрике.

2. Механические колебания жил кабеля от электродинамических усилий вызывают активные потери, входящие в общий энергетический баланс кабельной линии.

3. Удельная механическая нагрузка, обусловленная действием собственного магнитного поля на изоляцию кабеля, возрастает с увеличением сечения жилы при постоянной плотности тока.

4. Математические модели и методики расчёта активных потерь, вызванных действием собственного магнитного поля кабельной линии на токи утечки и электродинамическими силами между жилами кабеля.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов н рекомендаций подтверждается аргументированностью исходных посылок, вытекающих из основ электротехники, удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с расчётными показателями, полученными на основе программ, зарегистрированных в порядке государственной регистрации.

Значение работы. Научное значение работы заключается в том, что

• получены аналитические зависимости для учёта дополнительного разрушающего воздействия на изоляцию кабеля собственного магнитного поля по сравнению с действием токов утечки, обусловленных электрическим полем;

• получены аналитические зависимости для расчёта механических потерь в изоляции силовых кабельных линий от электродинамических усилий, обусловленных силами Ампера;

• установлена зависимость величины удельной механической нагрузки на изоляцию трёхжильного кабеля от его геометрических размеров и токовой нагрузки.

Практическое значение работы заключается в следующем:

• предложены для применения при проектировании кабельной изоляции математически обоснованные методики расчёта активных потерь в

трёхфазных силовых кабельных линиях 6-10 кВ от электродинамических сил Ампера и от действия магнитного поля на токи утечки, вызванные действием электрического поля;

• разработаны и зарегистрированы, в порядке государственной регистрации, программы автоматизированных расчётов активных потерь, обусловленных действием магнитного поля на токи утечки и электромагнитным взаимодействием между жилами.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Научные положения, выводы и рекомендации переданы для использования в работе городских электрических сетей филиала ОАО «МРСК Урала» «Челябэнерго ПО ЧГЭС». Используются Южно-Уральским государственным университетом в лекционном курсе «Передача и распределение электрической энергии» при обучении студентов специальностей 140204 («Электрические станции»), 140205 («Электроэнергетические системы н сети»), 140203 («Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»), а также в лекционном курсе «Основы электробезопасности» при обучении студентов специальности 280101 («Безопасность жизнедеятельности в техносфере»).

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены: на XIV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (Томск, 2008); на Девятой и Десятой Российских научно-технических конференциях по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности (Санкт-Петербург, 2006, 2008); на Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2006); на Второй Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007); на Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2007); на Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - Производство - Технология - Экология» (ВятГТУ, Киров, 2008); на Четвёртой Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2009); на Второй Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК. Получено 4 свидетельства о государственной регистрации программных продуктов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 117 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 9 таблиц, список используемой литературы из 106 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, основная идея и научные положения, выносимые на защиту, отмечена научная значимость и практическая ценность работы.

При протекании по токопроводящим жилам кабельных линий силовых токов возникает единое электромагнитное поле, которое имеет электрическую составляющую (электрическое поле) и магнитную составляющую (магнитное поле). К электрофизическим явлениям, обусловленным действием собственного магнитного поля, относятся такие явления, как потери в металлических элементах конструкций кабелей, электродинамические силы, приводящие к механическим воздействиям на кабели, прямое воздействие магнитных полей на свободные заряды диэлектрика. Большой вклад в изучение влияния магнитного поля на изоляцию кабеля, электробезопасность кабельных линий внесён такими учеными как Белоусов Н.И., Брагин С.М., Канискин В.А., Ларина Э.Г., Меркулов В.И., Пешков И.Б., Привезенцев В.А., Похолков Ю.П., Цапенко Е.Ф., Холодный С.Д. и другими.

В диссертационной работе при выводе основных расчётных соотношений, связывающие электрические и механические параметры, кабельная жила представлена в виде схемы замещения (рис. 1).

-U-

0-□-prYY1-СИИ-0

1 R L Rm |

Мв Маых I

0-0

Рис. 1. Схема замещения кабельной жилы по пути протекания тока нагрузки

На этом рисунке: ие - входное напряжение жилы кабеля; R - активное сопротивление жилы; L - полная индуктивность кабельной жилы; eL - ЭДС самоиндукции жилы; R3KS - эквивалентное активное сопротивление, на котором выделяемая активная мощность равна в части, относимой к одной жиле, сумме магнитных потерь в металлической оболочке рм, потерь от действия электрического поля рЕ и магнитного поля на токи утечки рзм\ ишх - напряжение на нагрузке жилы (выходное напряжение).

Для этой схемы замещения получено уравнение баланса мощностей:

ЬР = Рие*+Рп+Ро +РдОП (1)

Здесь

• Ар = i ■ Аи - изменение полной мощности одной жилы;

1 л dL

• р иех = — сот - Г--мгновенное значение механической мощности

'2 dB

жилы, обусловленной электродинамическими силами от токов нагрузки;

• рзп = г - Л - мгновенное значение мощности, выделяемой от электрических потерь на активном сопротивлении жилы;

. . Л 1 Л

• рт = г • Ь — + — г--мгновенное значение мощности, связанной с

Но Л 2 Л

изменением энергии магнитного поля;

• Рдоп ='2^эи =(Ре + Рэм + Рмг) _ мгновенное значение мощности, выделяемой в жиле от эквивалентных электрических потерь, равных по значению сумме дополнительных потерь, обусловленных действием электрического и магнитного полей на токи утечки и вихревые токи;

• ат ~ угловая скорость перемещения жилы относительно нейтрального положения;

• в- угол отклонения жилы от нейтрального положения.

Как следует из полученного уравнения энергетического баланса жилы, механические, электрические и дополнительные потери от действия магнитного поля на токи утечки, а также магнитные потери в оболочке входят в единое уравнение и при определении эффективности передачи электрической энергии от источника к потребителю могут быть рассмотрены совместно, несмотря на различный характер физического воздействия на изоляцию. Все потери являются активными и в различной степени влияют на старение кабельной изоляции. Хотя уравнение энергетического баланса определено для одной жилы, выводы, полученные на его основе, можно распространить на многожильный кабель в целом. В этом случае, состав параметров (активное сопротивление, индуктивность) а также потери, обусловленные действием электрического и магнитного полей, должны отражать процессы в кабеле в целом. Особый интерес при этом представляют мощности, обусловленные действием собственного магнитного поля риех, рэм,

Рмг-

Для аналитического определения параметров собственного магнитного поля от тока в жилах и степени его воздействия на ток утечки приняты следующие допущения: среда линейна и изотропна в магнитном отношении во всех направлениях; магнитная проницаемость среды равна магнитной проницаемости воздуха; источник питания является источником ЭДС; взаимная индуктивность между жилами много меньше собственной индуктивности жилы; активное сопротивление жилы не зависит от нагрузки; токи в жилах симметричны.

При принятых допущениях работа трёх жил кабеля представлена в виде действия трёх одновитковых катушек, сдвинутых относительно друг друга на 120 град. Показано, что полная амплитуда МДС, создаваемая тремя витками (тремя жилами) кабеля, будет равна:

Ъз =|/и, (2)

где /,„ - амплитуда тока в жиле.

Тогда полная МДС, создаваемая тремя жилами кабеля на пару полюсов витка одной из жил, изменяется во времени ал ив пространстве а аналогично МДС, создаваемой обмотками электрических машин. Доказано, что общую форму магнитного поля в кабеле можно представить изображающим суммарным вектором, вращающимся относительно центра кабеля в направлении, обусловленном порядком чередования фаз:

Р = Рт3-ъ\п(со( + а). (3)

Направление перемещения свободных зарядов в изоляции КЛ под действием напряжённости поля представлено в виде элементарных проводников, по которым протекает ток утечки / . На элементарный

проводник с током утечки действует сила Ампера, определяемая равенством:

РЛ=В131у, (4)

где 1} - длина элементарного проводника, равная расстоянию между поверхностями соседних жил.

Для оценки степени разрушающего воздействия, связанного с влиянием на свободные заряды магнитного поля от тока нагрузки, проведено сравнение по выделяемым активным мощностям, как основополагающим в развитии пробоя диэлектрика и характеризующим рассеивание энергии электрического и магнитного полей в диэлектрике.

На рис. 2 показано направление магнитного потока Ф, вектора магнитной индукции В и векторов напряжённости электрического поля Е для частного случая распределения токов в жилах.

Рис. 2. Направления линий магнитного потока, напряжённости поля, вектора магнитной индукции и действия силы Ампера на элементарные проводники с током утечки между жилами А и В для случая распределения

• • 1т

токов в жилах при = 1т; гь = 1С = ——

Здесь же показано направление действия силы Ампера на распределённые вдоль оси кабеля элементарные проводники длиной 1} с током утечки 1у, протекающим между жилами кабеля А и В.

Ток утечки между двумя жилами кабеля и мощность, выделяемая от его воздействия в диэлектрике, рассчитываются по известным формулам через напряжение, ёмкость промежутка, частоту сети и tgS.

Поскольку перемещение зарядов осуществляется вдоль длины кабеля под действием силы Ампера, то мощность, выделяемая при совершении работы по перемещению свободных зарядов под действием магнитного поля, равна произведению длины перемещения, частоты сети и силы, воздействующей на заряды:

Ра^жРЛ- (5)

Для расчёта степени дополнительного воздействия на диэлектрик от магнитного поля, созданного активной нагрузкой, в диссертации определён коэффициент пропорциональности потерь, связанных с действием электрического и магнитного полей:

К (6)

р UtgS

Коэффициент пропорциональности потерь характеризует соотношение активных мощностей, выделяемых в изоляции кабеля за счёт энергии магнитного и электрического полей, воздействующей на свободные заряды в диэлектрике.

Старение изоляции от воздействия на диэлектрик магнитного поля схоже и соизмеримо с действием электрического поля и, следовательно, связано с усилением электрохимических процессов, приводящих к изменениям в структуре диэлектрика и развитию пробоя.

Для определения аналитических зависимостей механических потерь в изоляции силовых кабельных линий от тока нагрузки принят ряд допущений: плотность среды, в которой происходят колебания жил, принимается равной плотности воздуха; действие индивидуальных экранов жил не влияет на электромеханическое взаимодействие между жилами, так как наведённые токи в экранах много меньше токов в жилах; нагрузка в жилах кабеля симметрична; плотность тока в жиле равномерна по всему сечению проводника.

Поставленная задача расчёта активных потерь от сил Ампера решена через определение радиальной и тангенциальной составляющих электродинамических сил.

На рис. 3, для примера, показаны графики радиальной, тангенциальной составляющих и общей силы, действующих на жилу 1 при симметричной нагрузке. Все графики электродинамических усилий рассчитаны для нагрузки 300 А на 1 км длины кабеля ААШв 3x240-10.

!-FJoб -F^p--11 т ,

Рис. 3. Радиальная тангенциальная ¥<т составляющие и общее усилие Р/о6, действующее на жилу 1, в зависимости от фазового угла тока

нагрузки

Таким образом, каждая жила кабеля подвержена воздействию силы, направленной внутрь кабельной линии. При этом указанные силы действуют на жилы совместно под углом 120 град.

Доказано, что совместное действие радиальных составляющих сил трёх жил приводит к появлению одной общей силы:

з к

(7)

о

вектор которой вращается и направлен от центра кабеля наружу, что может привести к увеличению расстояния между незакреплёнными жилами кабеля в индивидуальной полиэтиленовой изоляции.

Здесь постоянная величина С = = 0,2 • 10~б —

2 ж1 с]

Рис. 4. Общее радиальное усилие от действий трёх жил в зависимости от пространственного угла разворота кабеля ААШв 3x240-10

На рис. 4, в качестве примера, показана зависимость суммарной радиальной силы от пространственного угла а- 2ш для кабеля марки ААШв 3x240-10 на 1км длины, при токе в жиле 300 А.

Установлено, что от совместного действия трёх жил на слои изоляции, между жилами кабеля и между жилами и оболочкой действуют силы сжатия, деформирующие изоляцию в направлении вращения вектора общей силы, создавая при этом условия, облегчающие пробой изоляции.

Для определения линейной скорости и расстояния, на которое перемещается жила иод действием общей радиальной силы (7), получены выражения:

3 /з 1

у = ----С-11-вт2т, (8)

16 со-т

Л—(9) со' ■ т

На рис. 5 показаны основные параметры, характеризующие процесс отклонения жилы от нейтрального положения вдоль радиальной (а) и тангенциальной (б) осей.

состояния под действием радиальной (а) и тангенциальной (б) сил

Выражение мгновенной мощности, выделяемой при совершении работы по перемещению жилы под действием общей радиальной силы:

рп =0,105— С2-14т-вт 4й)Л (10)

сот

Под действием тангенциальной составляющей электродинамической силы жила совершает гармонические колебания относительно центра кабеля. Используя второй закон Ньютона для вращательного движения и выражение тангенциальной силы, определено значение угловой скорости перемещения жилы относительно центра кабеля (рис. 56):

8 йа/

Здесь У - момент инерции жилы относительно оси кабеля.

Получены аналитические выражения для расчёта угла отклонения жилы в тангенциальном направлении р, расстояния, на которое будет отклоняться жила от нейтральной оси и активной мощности, выделяемой при тангенциальных колебаниях одной жилы:

Я К , Р = ~ " -С-/* -вт 2с#. (12)

1о а J

(13)

- Л2

— (14)

64 тЗ

Тангенциальные колебания под действием симметричных токов трёх жил создают симметричную систему векторов сил, сумма которых в любой момент времени равна нулю. Таким образом, установлено, что система векторов тангенциальных сил не создаёт общего вращающегося вектора, как радиальные силы, а связана с колебаниями каждой жилы индивидуально. Поэтому расчёт мощности колебаний от тангенциальных сил необходимо проводить индивидуально по каждой жиле, а общая мощность потерь от указанных сил определяется суммированием мощностей тангенциальных потерь отдельных жил.

В табл. 1 представлены расчётные значения мощностей для различных типов кабельных линий при длительно допустимом токе 300 А и кратковременном токе перегрузки 4000 А. Электрические потери во всех трёх типах кабелей при 4000 А и сечении 240 мм* составят в трёх жилах 6200 кВт - это 9,5% от потребляемой мощности.

Таблица 1

Мощности, выделяемые при колебаниях трёх жил под действием электромагнитных сил на 1000 м длины кабеля при различных токах, Вт_

Кабель ААШв 3x240-10

Ток, А Ррад Р., Р , 1 оощ

300 16 17 33

4 000 497 463 544 211 1 041 675

Кабель А2Х8ЕУ Зх240ЯМ / 25 - 10

Ток. А Рроп Р,„ р . 1 оот

300 3 5

4 000 72 182 83 369 158 580

Кабель АПвП 1x240/25-10

Ток, А р 1 рад Рт р . 1 (Ю1Ц

300 0,4 0,5 0.9

4 000 12 068 15 061 271 129

В диссертации показано, что удельная .механическая нагрузка на изоляцию кабеля от электродинамических усилий, обусловленных

собственным магнитным полем, возрастает с увеличением сечения жилы при постоянной плотности тока. При этом для определения удельной механической нагрузки на межжильную изоляцию рассмотрены силы Ампера, действующие по линии, соединяющей центры жил, а для определения удельного давления на поясную изоляцию рассмотрена общая радиальная сила.

На основании закона Ампера для двух проводников с токами получено уравнение удельной силы, действующей на межжильную изоляцию кабеля с секторными жилами в зависимости от амплитуды плотности тока_/„,:

п2 з у-2

Руджил

Здесь К5П =~(\ + 2сов(2аХ + Щ-)). (16)

2,т 4 3

Из уравнения (15) следует, что значение удельной силы пропорционально стороне сектора жилы (стороне поверхности сжатия для круглых жил) в третьей степени, или, что то же, диаметру трехжилыюго кабеля в третьей степени.

Выведено уравнение удельной силы, действующей на поясную изоляцию кабеля с секторными жилами:

16 а

В табл. 2, для примера, представлены расчётные значения удельных сил сжатия межжильной и поясной изоляций кабеля марки ААШв в зависимости от сечения жил при постоянной плотности тока 1,78 А/мм2, соответствующей действующему значению тока 300 А при сечении жилы 240 мм2.

Таблица 2

Удельные силы давления (амплитудные значения) на межжильную и поясную изоляции для кабелей марки ААШв различных сечений жил при постоянной плотности тока, мкН/мм2

Сечение жилы, шг 95 120 240

Удельная сила сжатия межжильной ИЗОЛЯЦИИ 80,7 115,3 324,1

Удельная сила сжатия поясной изоляции 33,4 47,7 134,1

Сделан вывод, что в кабельных линиях больших сечений износ как поясной, так и межжилыюй изоляций от механических воздействий больше, чем в кабельных линиях меньших сечений при одинаковой плотности тока.

Для обеспечения одинаковой механической нагрузки на изоляцию кабели с большим сечением должны нагружаться током меньшей плотности.

Основные уравнения, связывающие удельные механические потери с геометрическими размерами жилы и плотностью тока, получены для жил с секторными жилами. Однако, полученные выводы в отношении того, что удельные силы пропорциональны диаметру (радиусу сектора) жилы в третьей степени, плотности тока во второй степени и обратно пропорциональны расстоянию между жилами, можно отнести и к жилам с круглым профилем. Это обусловлено тем, что все указанные соотношения получены на основании закона Ампера для сил взаимодействия двух проводников с токами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача исследования кабельной линии как единого электромеханического объекта, имеющая существенное значение для определения степени влияния на изоляцию силового кабеля факторов, обусловленных магнитной составляющей собственного электромагнитного поля.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и сделать выводы:

1. Установлено, что при протекании в кабеле трёхфазного переменного тока по жилам, расположенным по углам равностороннего треугольника, внутри кабеля создаётся круговое вращающееся поле аналогичное полю, создаваемому в электрических машинах переменного тока. Его форму можно представить изображающим суммарным вектором МДС, вращающимся относительно центра кабеля в направлении, обусловленном порядком чередования фаз. Упомянутое поле вызывает магнитные потери в оболочке кабеля и дополнительные потери в изоляции посредством воздействия на токи утечки, обусловленные электрическим полем.

2. Для учёта степени дополнительного воздействия на диэлектрик магнитного поля, созданного активной нагрузкой, предложен коэффициент пропорциональности потерь, связанных с действием электрического и магнитного полей. Этот коэффициент характеризует соотношение активных мощностей, выделяемых в изоляции кабеля за счёт энергии магнитного и электрического полей, воздействующих на свободные заряды в диэлектрике.

3. Показано, что разрушающее воздействие на диэлектрик магнитного поля схоже и соизмеримо с действием электрического поля и, следовательно, связано с усилением электрохимических процессов, приводящих к изменениям в структуре диэлектрика и развитию пробоя. Наличие магнитного поля увеличивает износ изоляции в рабочих режимах на несколько процентов по сравнению с износом от действия электрического поля. При этом за время действия устройств релейной защиты при протекании токов двух- и трёхфазного короткого замыкания, кабель будет

испытывать разрушающее воздействие от магнитного поля, соизмеримое с действием электрического поля.

4. Получены аналитические уравнения расстояния, скорости перемещения и активных потерь от механических колебаний жил кабеля в зависимости от расположения жил и тока нагрузки. Показано, что тангенциальная и радиальная составляющие электродинамической силы приводят к появлению угловых колебаний двойной частоты относительно центральной оси кабеля.

5. Доказано, что совместное действие радиальных составляющих сил трёх жил приводит к тому, что на каждую жилу действует переменная выталкивающая сила. Это может вызвать увеличение расстояния между незакреплёнными жилами кабеля в индивидуальной полиэтиленовой изоляции.

6. Установлена зависимость удельной механической нагрузки на изоляцию от диаметра кабеля. Показано, что указанная нагрузка пропорциональна радиусу жилы в третьей степени, квадрату плотности тока и обратно пропорциональна расстоянию между жилами.

7. Сделан вывод о том, что с ростом сечения жил кабеля возрастает механическая нагрузка от сил Ампера на изоляцию кабеля при условии постоянной плотности тока в жилах.

8. Полученные расчётные соотношения позволяют моделировать механическое воздействие на изоляцию кабеля на этапах проектирования и испытания кабельной изоляции, что, в свою очередь, позволит увеличить межремонтный срок кабельных линий и снизить риск электроопасных ситуаций, возникающих при ремонтах кабелей.

9. Разработаны и зарегистрированы, в порядке государственной регистрации, программы автоматизированных расчётов напряжённости магнитного поля, магнитных потерь, электродинамических усилий и механических потерь от этих усилий в силовых кабельных линиях в сплошной оболочке и в индивидуальной оболочке из сшитого полиэтилена.

10. Математические модели и методики расчётов активных потерь в изоляции кабельных линий от действия собственного магнитного поля тока нагрузки переданы в филиал ОАО «МРСК Урала» «Челябэнерго ПО ЧГЭС» для применения их при эксплуатации КЛ. Результаты диссертационной работы используются Южно-Уральским государственным университетом в лекционном курсе «Передача и распределение электрической энергии» при обучении студентов специальностей 140204 («Электрические станции»), 140205 («Электроэнергетические системы и сети»), 140203 («Релейная защита и автоматизация электоэнергетических систем»), а также в лекционном курсе «Основы электробезопасности» при обучении студентов специальности 280101 («Безопасность жизнедеятельности в техносфере»).

Научные публикации по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК

1. Коржов, A.B. Причины старения бумажно-масляной изоляции силовых кабелей [Текст] / A.B. Коржов, Е.В. Томашева // Ежеквартальный теоретический и научно-практический журнал «Электробезопасность». -2006. -№ 1.-С. 12-17.

2. Коржов, A.B. Электродинамическое взаимодействие жил трёхфазного силового кабеля [Текст] / A.B. Коржов, Е.В. Томашева // Ежеквартальный теоретический и научно-практический журнал «Электробезопасность». - 2006. - № 3-4. - С. 15-24.

3. Коржов, A.B. Энергетическая диаграмма силового кабеля для анализа активных потерь, влияющих на состояние изоляции [Текст] ! A.B. Коржов, Е.В. Томашева // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2008. -Вып. 9. -№ И (111).-С. 29-31.

4. Коржов, A.B. Влияние магнитного поля кабелей 6 -10 кВ на их изоляцию [Текст] / A.B. Коржов, А.И. Сидоров, Е.В. Томашева // Электричество. - 2009. - №1. - С. 46-53.

Другие научные публикации по теме диссертации

5. Коржов, A.B. Метод оценю! текущего состояния кабелей 6-10 кВ с бумажно-пропитанной изоляцией по результатам замеров токов утечки [Текст] / A.B. Коржов, А.И. Сидоров, Е.В. Томашева // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность ЭМС-2006: Девятая рос. науч.-технич. конф.: сб. докладов. - СПб.: ВИТУ, 2006. -С. 52-55.

6. Коржов, A.B. Методика исследования распределения тепловых потоков внутри кабеля [Текст] / A.B. Коржов, Е.В. Томашева // Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: Третья всерос. науч.-практич. конф. (с международным участием): сб. материалов. - Челябинск: Издательство ЗАО «Челябинская межрайонная типография», 2006. - С. 47-49.

7. Коржов, A.B. Тепловой расчёт силового электрического кабеля с учётом потерь от вихревых токов в защитной металлической оболочке [Текст] / A.B. Коржов, Е.В. Томашева // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: Вторая всерос. науч.-технич. конф. с международным участием: труды. - Тольятти: Издательство «Тольяттинский государственный университет», 2007. - Часть 1 - С. 134-136.

8. Коржов, A.B. Уровни электромагнитного поля вблизи силовых кабельных линий напряжением 6-10 кВ [Текст] / A.B. Коржов, Е.В. Томашева // Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий: Всерос. науч.-технич. конф. 15-16 ноября 2007: сб. науч. трудов. - Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2007. - Т.2. - С. 223-229.

9. Томашева, E.B. Математическая модель влияния электромагнитного поля и электродинамических усилий на изоляцию силового кабеля из сшитого полиэтилена [Текст] / Е.В. Томашева // Наука - производство -технологии - экология: Всерос. науч.-техн. конф.: сб. материалов. - Киров: Издательство ВятГУ, 2008. - Т. 3. - С. 137-139.

10. Томашева Е.В. Математические модели физических процессов, воздействующих на изоляцию силового кабеля обусловленных током нагрузки [Текст] / Е.В. Томашева // Современная техника и технологии: XIV Международная науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных: сб. трудов. - Томск: Издательство ТПУ, 2008. - Т. 1 - С. 113-114.

Н.Коржов, A.B. Теоретическое и экспериментальное исследование уровней магнитных полей вблизи силовых кабельных линий, эксплуатирующихся в городских условиях [Текст] / A.B. Коржов, А.И. Сидоров, Е.В.'Гомашева, P.A. Шаипов // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность ЭМС-2008: Десятая рос. науч.-технич. конф.: сб. докладов. - СПб.: ВИТУ, 2008. - С. 646-651

12. Томашева Е.В. Деформация изоляции кабеля под действием тепловой и механической нагрузок [Текст] / Е.В. Томашева // Энергетика в современном мире: VI Всерос. науч-практ. конф.: сб. материалов. - Чита: Изд-во ЧитГУ, 2009. - Ч. 1 - С.80- 86.

13. Томашева, Е.В. Экспериментальные исследования активных потерь в силовом кабеле [Текст] / Е.В. Томашева // Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий: сб. трудов II Всерос. науч.-техн. конф.: в 2 т. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. - Т. 2 - С.239 - 241.

14. Расчёт электродинамических усилий в силовых кабельных линиях [Текст]: программа / ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»; рук. Коржов A.B.; исполн.: Томашева Е.В. - М., 2007. - № ГР 50200701317. - Инв. № ФАП 8558.

15. Расчёт магнитного поля и магнитных потерь в силовых кабельных линиях [Текст]: программа / ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»; рук. Коржов A.B.; исполн.: Томашева Е.В. - М., 2007. - № ГР 50200701993. - Инв. № ФАП 9034.

16. Расчёт напряжённости поля и электродинамических усилий в силовых кабельных линиях из сшитого полиэтилена [Текст]: программа / ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»; рук. Коржов A.B.; исполн.: Томашева Е.В. - М., 2008. - № ГР 50200800072. - Инв. № ФАП 9690

17. Расчёт механических потерь от электродинамических усилий в силовых кабельных линиях [Текст]: программа / ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»; рук. Коржов A.B.; исполн.: Томашева Е.В. -М., 2008. - № ГР 50200800315. - Инв. № ФАП 9953

Томашева Евгения Викторовна

СТАРЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВОГО КАБЕЛЯ 6-10 кВ ОТ ДЕЙСТВИЯ СОБСТВЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда (электроэнергетика)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техшгческих наук

Издательский центр Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 07.08.2009. Формат 60x84 1/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 1. Тираж 80 экз. Заказ 358/400.

Отпечатано в типографии Издательского центра ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Эксплуатационные и режимные факторы, влияющие на старение изоляции силовых кабельных сетей.

1.2. Энергетическая диаграмма кабельной линии.

1.3. Потери в кабельной линии от действия собственного магнитного поля.

1.4. Задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ИЗОЛЯЦИЮ

СИЛОВОГО КАБЕЛЯ.".

2.1. Исходные положения.

2.2. Электромеханические процессы преобразования энергии в кабельной линии.

2.3. Расчётные значения напряжённости внешнего магнитного поля для одножильных и трёхжильных кабелей.

2.4. Определение характера магнитного поля в слоях изоляции

2.5. Определение потерь от токов утечки и вихревых токов.

2.6. Определение степени воздействия магнитного поля на старение изоляции по сравнению с электрическим полем в различных режимах работы кабеля.

2.7. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ

УСИЛИЙ В СИЛОВОМ КАБЕЛЕ.

3.1. Исходные положения.

3.2. Характер радиального, тангенциального и общего воздействия механических усилий в изоляции кабеля.

3.3. Определение характера вращающегося вектора общей электродинамической силы при симметричной токовой нагрузке.

3.4. Методика расчёта активной мощности, выделяемой при совершении работы по перемещению жил под действием электродинамических усилий.

3.5. Выводы.

4. ОЦЕНКА УДЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН ТЕПЛОВОЙ И

МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЗОК НА ИЗОЛЯЦИЮ СИЛОВОГО

КАБЕЛЯ ОТ ДЕЙСТВИЯ ТОКА НАГРУЗКИ.

4.1. Исходные положения.

4.2. Механическое воздействие на изоляцию силового кабеля.

4.3. Тепловое воздействие на изоляцию силового кабеля.

4.4. Методика экспериментальных исследований активных потерь в силовом кабеле.

4.5. Выводы.

Актуальность работы. Актуальность исследования причин отказов в кабельных линиях (KJI) вызвана результатами анализа аварийности в целом в городах с населением более 100 тыс. жителей, где повреждения КЛ 6—10 кВ являются причиной 80-90 % всех отключений. Как известно, электробезопасность — система организационных мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. При этом характеристики изоляции в сильной степени влияют на безопасность жизнедеятельности и надёжность электроснабжения потребителей электрической энергии. В процессе длительной эксплуатации происходит старение изоляции, которое выражается в ухудшении её электрофизических характеристик. Из-за старения изоляции и большой протяжённости городских кабельных сетей у обслуживающего персонала увеличивается объём работ, связанный с осмотром, кабельных трасс, выездом на место повреждений, проведением высоковольтных испытаний и ремонтов. Это не может не сказываться на условиях труда персонала и безопасности проживающего вблизи трасс населения. На первый взгляд, решение этого вопроса заключается в замене старых кабелей новыми и современными, например, из сшитого полиэтилена. Замена таких кабелей займёт много времени, потребует больших физических и финансовых затрат, а воздействие на изоляцию факторов, которые сокращают срок службы кабеля, останется. В этом случае возникает проблема определения механизма воздействия на изоляцию факторов, обусловленных действием тока нагрузки КЛ.

Общеизвестно, что вне зависимости от токовой нагрузки КЛ при наличии разности потенциалов между слоями изоляции в этих слоях от электрического поля, протекают поляризационные процессы смещения упругосвязанных зарядов, которые обусловливают появление токов смещения до момента наступления установившегося состояния. Наличие в диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит к возникновению токов утечки, на которые действует магнитное поле от тока нагрузки. Кроме того, при протекании электрического тока по жилам КЛ на изоляцию действуют механические силы, обусловленные законом Ампера.

Последними исследованиями в этой области обосновано, что для качественной и количественной оценки остаточного ресурса изоляции необходимо применять методы математического моделирования работы KJI под нагрузкой. Упомянутое моделирование позволит учесть комплексное воздействие эксплуатационных и режимных факторов на изоляцию кабеля на этапах проектирования и испытания кабельной изоляции, что, в свою очередь, позволит увеличить межремонтный срок кабельных линий и снизить риск электроопасных ситуаций, возникающих при ремонтах кабелей. Однако, практическая реализация комплексного математического моделирования воздействий на изоляцию кабеля со стороны электрического и магнитного полей, теплового потока сопряжена с определёнными трудностями, которые на данный момент не решены.

Поэтому для оценки старения изоляции необходимо проведение исследований, направленных на рассмотрение KJI как единого электромеханического объекта, подверженного действию собственных электрического и магнитного полей.

Работа выполнена при государственной поддержке Совета по грантам Президента РФ для молодых российских учёных - кандидатов наук (шифр заявки МК 1402.2009.8).

Цель работы - определение степени влияния на изоляцию силового кабеля факторов, обусловленных магнитной составляющей собственного электромагнитного поля.

Идея работы - исследование кабельной линии как единого электромеханического объекта.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Магнитное поле от тока нагрузки увеличивает активные потери в изоляции кабельной линии, обусловленные действием электрического поля на свободные заряды в диэлектрике.

2. Механические колебания жил кабеля от электродинамических усилий вызывают активные потери, входящие в общий энергетический баланс кабельной линии.

3: Удельная механическая нагрузка, обусловленная действием собственного магнитного поля на изоляцию кабеля, возрастает с увеличением сечения жилы при постоянной плотности тока.

4. Математические модели и методики расчёта активных потерь, вызванных действием собственного магнитного поля кабельной линии на токи утечки и электродинамическими силами между жилами кабеля.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается аргументированностью исходных посылок, вытекающих из основ электротехники, удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с расчётными показателями, полученными на основе программ, зарегистрированных в порядке государственной регистрации.

Значение работы. Научное значение работы заключается в том, что

• получены аналитические зависимости для учёта дополнительного разрушающего воздействия на изоляцию кабеля собственного магнитного поля по сравнению с действием токов утечки, обусловленных электрическим полем;

• • получены аналитические зависимости для расчёта механических потерь в изоляции силовых кабельных линий от электродинамических усилий, обусловленных силами Ампера;

• установлена зависимость величины удельной механической нагрузки на изоляцию трёхжильного кабеля от его геометрических размеров и токовой нагрузки.

Практическое значение работы заключается в следующем:

• предложены для применения при проектировании кабельной изоляции математически обоснованные методики расчёта активных потерь в трёхфазных силовых кабельных линиях 6—10 кВ от электродинамических сил Ампера и от действия магнитного поля на токи утечки, вызванные действием электрического поля;

• разработаны и зарегистрированы, в порядке государственной регистрации, программы автоматизированных расчётов активных потерь, обусловленных действием магнитного поля на токи утечки и электромагнитным взаимодействием между жилами.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Научные положения, выводы и рекомендации переданы для использования в работе городских электрических сетей филиала ОАО «МРСК Урала» «Челябэнерго, ПО ЧГЭС». Используются Южно-Уральским государственным университетом в лекционном курсе «Передача и распределение электрической энергии» при обучении студентов специальностей 140204 («Электрические станции»), 140205 («Электроэнергетические системы и сети»), 140203 («Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»), а также в лекционном курсе «Основы электробезопасности» при обучении студентов специальности 280101 («Безопасность жизнедеятельности в техносфере»).

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены: на XIV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (Томск, 2008); на Девятой и Десятой Российских научно-технических конференциях по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности (Санкт-Петербург, 2006, 2008); на Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2006); на Второй Всероссийской научнотехнической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007); на Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2007); на Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - Производство - Технология — Экология» (ВятГТУ, Киров, 2008); ' на Четвёртой Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2009); на Второй Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК. Получено 4 свидетельства о государственной регистрации программных продуктов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 117 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 9 таблиц, список используемой литературы из 106 наименований.

4.5. Выводы

1. Создана методика сравнительных расчётов удельных электромеханических воздействий на изоляцию, обусловленных силами Ампера для кабелей различных типов.

2. Получена зависимость удельной механической нагрузки на изоляцию от диаметра кабеля. Показано, что указанная нагрузка пропорциональна радиусу жилы в третьей степени, квадрату плотности тока и обратно пропорциональна расстоянию между жилами:

3. Удельная сила сжатия межжильной изоляции имеет постоянную и переменную составляющие, обусловленные взаимодействием токов, сдвинутых по фазе.

4. Определена зависимость удельной тепловой нагрузки на изоляцию от диаметра кабеля. Показано, что удельная тепловая нагрузка, обусловленная электрическими потерями, пропорциональна радиусу жилы и квадрату плотности тока:

Р = R /2 эл.уд KcJm

5. Сделан вывод о том, что с ростом сечения жил кабеля возрастает удельные тепловая и, особенно, механическая нагрузки на изоляцию при условии постоянной плотности тока в жилах.

6. Максимальным удельным воздействиям на межжильную изоляцию подвергается кабель с бумажно-масляной изоляцией и общей алюминиевой оболочкой марки ААШв 3x240-10. Это обусловлено минимальным расстоянием между жилами кабеля. С увеличением расстояния между жилами, например, жилы с изоляцией из сшитого полиэтилена, сила взаимного давления на изоляцию снижается.

7. Показано, что при повышении сечения жил, по требованиям ГОСТ и ТУ в отношении максимально допустимых токов по длительному воздействию, снижается удельная тепловая нагрузка, обусловленная электрическими потерями и во столько же раз возрастает механическая нагрузка на изоляцию.

8. Предложена методика экспериментальных исследований по разделению потерь в кабельных линиях в лабораторных условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача исследования кабельной линии как единого электромеханического объекта, имеющая существенное значение для определения степени влияния на изоляцию силового кабеля факторов, обусловленных магнитной составляющей собственного электромагнитного поля.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и сделать выводы:

1. Установлено, что при протекании в кабеле трёхфазного переменного тока по жилам, расположенным по углам равностороннего треугольника, внутри кабеля создаётся круговое вращающееся поле аналогичное полю, создаваемому в электрических машинах переменного тока. Его форму можно представить изображающим суммарным вектором МДС, вращающимся относительно центра кабеля в направлении, обусловленном порядком чередования фаз. Упомянутое поле вызывает магнитные потери в оболочке кабеля и дополнительные потери в изоляции посредством воздействия на токи утечки, обусловленные электрическим полем.

2. Для учёта степени дополнительного воздействия на диэлектрик магнитного поля, созданного активной нагрузкой, предложен коэффициент пропорциональности потерь, связанных с действием электрического и магнитного полей. Этот коэффициент характеризует соотношение активных мощностей, выделяемых в изоляции кабеля за счёт энергии магнитного и электрического полей, воздействующих на свободные заряды в диэлектрике.

3. Показано, что разрушающее воздействие на диэлектрик магнитного поля схоже и соизмеримо с действием электрического поля и, следовательно, связано с усилением электрохимических процессов, приводящих к изменениям в структуре диэлектрика и развитию пробоя.

115

Наличие магнитного поля увеличивает износ изоляции в рабочих режимах на несколько процентов по сравнению с износом от действия электрического поля. При этом за время действия устройств релейной защиты при протекании токов двух- и трёхфазного короткого замыкания, кабель будет испытывать разрушающее воздействие от магнитного поля, соизмеримое с действием электрического поля-.

4. Получены аналитические уравнения расстояния, скорости перемещения и активных потерь от механических колебаний жил кабеля в зависимости от расположения жил и тока нагрузки. Показано, что тангенциальная и радиальная составляющие электродинамической силы приводят к появлению угловых колебаний двойной частоты относительно центральной оси кабеля.

5. Доказано, что совместное действие радиальных составляющих сил трёх жил приводит к тому, что на каждую жилу действует переменная выталкивающая сила. Это может вызвать увеличение расстояния между незакреплёнными жилами кабеля в индивидуальной полиэтиленовой изоляции.

6. Установлена зависимость удельной механической нагрузки на изоляцию от диаметра кабеля. Показано, что указанная нагрузка пропорциональна радиусу жилы в третьей степени, квадрату плотности тока и обратно пропорциональна расстоянию между жилами.

7. Сделан вывод о том, что с ростом сечения жил кабеля возрастает механическая нагрузка от сил Ампера на изоляцию кабеля при условии постоянной плотности тока в жилах.

8. Полученные расчётные соотношения позволяют моделировать механическое воздействие на изоляцию кабеля на этапах проектирования и испытания кабельной изоляции, что, в свою очередь, позволит увеличить межремонтный срок кабельных линий и снизить риск электроопасных ситуаций, возникающих при ремонтах кабелей.

9. Разработаны и зарегистрированы, в порядке государственной регистрации, программы автоматизированных расчётов напряжённости магнитного поля, магнитных потерь, электродинамических усилий и механических потерь от этих усилий в силовых кабельных линиях в сплошной оболочке и в индивидуальной оболочке из сшитого полиэтилена.

10. Математические модели и методики расчётов активных потерь в изоляции кабельных линий от действия собственного магнитного поля тока нагрузки переданы в филиал ОАО «МРСК Урала» «Челябэнерго ПО ЧГЭС» для применения их при эксплуатации KJI. Результаты диссертационной работы используются Южно-Уральским государственным университетом в лекционном курсе «Передача и распределение электрической энергии» при обучении студентов специальностей 140204 («Электрические станции»), 140205 («Электроэнергетические системы и сети»), 140203 («Релейная защита и автоматизация электоэнергетических систем»), а также в лекционном курсе «Основы электробезопасности» при обучении студентов специальности 280101 («Безопасность жизнедеятельности в техносфере»).

1. Анализ повреждений изоляции в распределительных электрических сетях Текст. / Н. А. Бендяк, Е. Б. Петрашева, М. Н. Хомутова, К. В. Лапченков и др. // Безопасность жизнедеятельности: Сб. научн. трудов. - Челябинск: ЧГТУ, 1996. - С. 10-16.

2. Андреев, A.M. Исследование старения электроизоляционных материалов силовых кабелей и конденсаторов Текст. / A.M. Андреев, В.А. Канискин, Ю.А. Полонский // Электричество. — 1999. №1. - С. 39 -44.

3. Баранов, Б.М. Сооружение и эксплуатация кабельных линий Текст. / Б.М. Баранов Изд. 2-е, перераб. - М.: Энергия, 1974. - 215 с.

4. Безопасность жизнедеятельности Текст. : конспект лекций / А. И. Сидоров, В. Ф. Бухтояров, Л. И. Леухина и др.; под ред. А. И. Сидорова. Челябинск: ЧГТУ, 1997. - 4.VI. - 240 с.

5. Белых, Б. П. Распределительные электрические сети рудных карьеров Текст. / Б.П. Белых, Б.И. Заславец М.: Недра, 1978. - 239 с.

6. Бендяк, Н. А. Контроль изоляции на рабочем напряжении в электрических сетях 6-35 кВ сельскохозяйственного назначения: дис. канд. техн. наук / Н.А. Бендяк. Челябинск, 1990. - 210 с.

7. Бендяк, Н. А. Принципы управления состоянием изоляции в электротехнических комплексах Текст. / Н.А. Бендяк, А.И. Сидоров, К.В. Лапченков // Безопасность жизнедеятельности: Сб. научн. трудов. -Челябинск: ЧГТУ, 1996. С. 7-10.

8. Белорусов, Н.И. Электрические кабели и провода (теоретические основы кабелей и проводов, их расчёт и конструкции) Текст. /

9. Н.И. Белорусов. М.: Энергия, 1971.-270 с.

10. Берман, В.И. Измерение распределения напряжённости электрического поля трёхжильного кабеля Текст. / В.И. Берман, Е.М. Феськов,

11. B.М. Юркевич // Электротехника. 1997. - № 6. - С. 43-50

12. Берман В.И., Феськов Е.М., Юркевич В.М. Измерение распределения напряженности электрического поля в кабельной муфте Текст. / В.И Берман, Е.М., Феськов, В.М. Юркевич // Электротехника. — 1998. — №5. С.25-29

13. Бессонов, JI.A. Теоретические основы электротехники: Электромагнитное поле Текст.: учебник для студентов вузов / JI.A. Бессонов 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.школа, 1978.-231 с.

14. Богородский, Н.П. Электротехнические материалы Текст. / Н.П. Богородский, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев Изд. 6-е, перераб. - Д.: Энергия, 1977.-352 с.

15. Бородулин, В.Н. Электротехнические и конструкционные материалы Текст.: учеб. пособие для студентов учреждениий сред.проф.образования / В.Н. Бородулин, А.С. Воробьёв, В.М. Матюнин и др.; под ред В.А. Филикова. М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. -280 с.

16. Брагин, С.М. Электрический кабель Текст. / С.М. Брагин. — М.; Д.: Госэнергоиздат, 1955. 264 с.

17. Брагин, С.М. Электрический и тепловой расчёт кабеля Текст. /

18. C.М. Брагин. М.: Госэнергоиздат, 1960. - 328 с.

19. Брагин, С.М. О величине допускаемой нагрузки на силовые кабели Текст. /С.М. Брагин, Р.Я. Федосенко, М.И. Волков // Электричество. —1962. -№12. С. 70-73.

20. Власов, А.Б. Тепловой метод прогнозирования срока службы кабелей с резиновой изоляцией Текст. / А.Б. Власов // Электрика. — 2003. — №1. — С. 27-31

21. Вольдек, А.И. Электрические машины Текст.: учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений / А.И. Вольдек 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с.

22. Воробьев, Г.А. Физика диэлектриков (область сильных полей) Текст. / Г.А. Воробьев, Ю.П. Похолков, Ю.Д. Королев, В.И. Меркулов. Томск: Изд-во ТПУ, 2003.- 115 с.

23. ГОСТ 18410-73. Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией. Технические условия. Текст. . — Введ. 1975 — 01 — 01. — М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1973. — 27 с.

24. Грейсух, А.В. Бумажно-масляная изоляция Текст. / А.В. Грейсух, Н.И. Кучинский -М.: Энергоатомиздат, 1984. — 464 с.

25. Иванов-Смоленский, А.С. Электрические машины Текст. /

26. A.С. Иванов-Смоленский -М.: Энергия, 1980. 928 с.

27. Изоляция установок высокого напряжения Текст. / Г. С. Кучинский,

28. B. Е. Кизеветтер, Ю. С. Пинталь; под ред. Г. С. Кучинского. М.: Энергоатомиздат, 1987.-368 с.

29. Иерусалимов, М.Е. Математическая модель процессов абсорбции в неоднородной изоляции Текст. / М.Е Иерусалимов, А.С. Ильенко // Электричество. 1980.-№10.-С. 36-41

30. Иерусалимов, М.Е. Многофакторная математическая модель термонапряженной электроизоляции Текст. / М.Е. Иерусалимов,

31. С.А. Соколовский, С.Г. Радченко, Ю.В. Романенко, С.Н. Лапач // Электричество. 1991. - №8. - С. 4СМ5

32. Инкин, А.И. Электромагнитные поля и каскадные схемы замещения трёхфазных кабельных линий с проводящей оболочкой в несимметричных режимах работы Текст. /А.И. Инкин, Ю.А. Лавров, Е.А. Криворучко // Электричество. 2007. - № 8. - С. 38-42

33. Канискин, В.А. Оценка технического состояния кабелей и кабельных сетей Текст. / В.А. Канискин, А.А. Пугачёв, А.И. Таджибаев; под ред. А.И. Таджибаева. С-Пб.: ПЭИПК, 2007. - 275 с.

34. Канискин, В.А. Неразрушенный метод определения ресурса электрических кабелей с полимерной изоляцией в условиях эксплуатации Текст. / В.А. Канискин, Э.М. Костенко, А.И. Таджибаев // Электричество. 1995. - № 5. - С. 19 -23.

35. Канискин, В.А. Влияние электрического поля на процесс увлажнения электрической изоляции Текст. / В.А. Канискин // Электричество. -1991.-№10.-С.52-57.

36. Кобыляков, А.А. Причины старения изоляции силовых кабелей электрических сетей 6-10 кВ Текст. /А. А. Кобыляков //Электробезопасность. 2001. — № 4. - С. 47—51.

37. Колосюк, В. П. Безопасная эксплуатация шахтных электроустановок Текст. / В.П. Колосюк, Э.С. Шурин, А.Н. Чупика Киев: Техника, 1980.- 143 с.

38. Контроль изоляции в распределительных сетях Текст.: тез. докл. / Научно-практич. конференция. Челябинск: ЧГТУ, 1992. - 34 с.

39. Коржов, А.В. Электродинамическое взаимодействие жил трёхфазногосилового кабеля Текст. / Коржов . А.В., Томашева Е.В. // Ежеквартальный теоретический и научно-практический журнал «Электробезопасность». — 2006. — №3-4.— С. 15—24.

40. Коржов, А.В. Причины старения бумажно-масляной изоляции силовых кабелей Текст. / Коржов А.В., Томашева Е.В. // Ежеквартальный теоретический и научно-практический журнал «Электробезопасность». -2006.- № 1. С. 12-17.

41. Коржов, А.В. Влияние магнитного поля кабелей 6 —10 кВ на их изоляцию Текст. / А.В.Коржов, А.И. Сидоров, Е.В. Томашева // Электричество. 2009. - №1. - С. 46-53.

42. Коржов, А.В. Уровни электромагнитного поля вблизи силовых кабельных линий напряжением 6-10 кВ Текст. / А.В. Коржов,

43. Е.В. Томашева // Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий: Всерос. науч.-технич. конф. 15-16 ноября 2007: сб. науч. трудов. Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2007. - Т.2. - С. 223-229.

44. Коржов, А.В. Теоретическое и экспериментальное исследование уровней магнитных полей вблизи силовых кабельных линий, эксплуатирующихся в городских условиях Текст. / А.В. Коржов,

45. A.И. Сидоров, Е.В.Томашева, Р.А. Шаипов // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность ЭМС-2008: Десятая рос. науч.-технич. конф.: сб. докладов. СПб.: ВИТУ, 2008.-С. 646-651.

46. Кошкин, Н.И. Справочник по элементарной физике Текст. / Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. — изд. 6-е Наука, М.: — 1974 г. 255 с.

47. Куроедов, В.И. Влияние тепловых параметров грунта на перегрузочную способность силового кабеля Текст. / В.И. Куроедов, А.А. Лыков // Электрика. 2004. - №10. - С. 21-27

48. Лапченков, К. В. Управление состоянием изоляции в распределительных электрических сетях Текст.: дис. канд. техн. наук ./ К.В. Лапченков. -Челябинск, 1998. 120 с.

49. Ларионов, В.П. Техника высоких напряжений Текст.: учебник для техникумов / В.П. Ларионов, В.В. Базуткин, Ю.Г. Сергеев// Под ред.

50. B.П. Ларионова — М.: Энергоиздат, 1982. -296с.

51. Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии Текст.: учебник для вузов / Э.Т. Ларина 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1996. - 450 с.

52. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ Текст.: в Зт. / под ред. И.Т. Горюнова, А.А. Любимова — М.: Папирус Про, 2004. Т. 3.

53. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники Текст. / Л.Р. Нейман, К.С. Демирчян, Н.В. Коровкин, В.Л Чечурин. СПб.: Питер,2003.-462 с.

54. Лейбов, Р. М., Озерной М. И. Электрификация подземных горных рабо Текст. / P.M. Лейбов, М.И. Озерной М.: Недра, 1972. - 230 с.

55. Леонов, В.М. Основы кабельной техники Текст.: учебник для студ. высш. учебн. заведений / В.М. Леонов, И.Б. Пешков, И.Б. Рязанов, С.Д. Холодный // Под ред. И.Б. Пешкова. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 432 с.

56. Месенжник, Я.З. Расчёт проводимости изоляции при многофакторном воздействии Текст. / Я.З. Месенжник // Электричество. 1985. - № 6. — С. 66-67

57. Оверин, Б. А. Электробезопасность на предприятиях цветной металлургии Текст. / Б.А. Оверин М.: Металлургия, 1992. — 240 с.

58. Петров, О. А. Методика измерения емкостных токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 6, 10 кВ Текст. / О.А. Петров, А.И. Сидоров, А.А. Сельницын. Челябинск, 1990.-24 с.

59. Петуров, В. И. Исследование и разработка способов и средств контроля параметров изоляции рудничных электрических сетей: дис. канд. техн. наук./ В.И. Петуров. М., 1992. - 120 с.

60. Пешков, И.Б. Новые направления в разработке методов определения ресурса кабелей и проводов Текст. / И.Б. Пешков // Электричество. — 1985. № 4. - С.20-22.

61. Похолков, Ю.П. Физика диэлектриков (область слабых и сильных полей) Текст.: лабораторный практикум / Ю.П. Похолков, В.И. Меркулов, А.В. Петров. Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 132 с.

62. Привезенцев, В. А Основы кабельной техники Текст. / В. А. Привезенцев, И.И. Гроднев, С.Д. Холодный, И.Б. Рязанов // под ред. В.А. Привезенцева. -М.; Л.: Энергия, 1967. -461 с.

63. Расчет электродинамических усилий в силовых кабельных линиях Текст.: программа / ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственныйуниверситет»; рук. Коржов А.В.; исполн.: Томашева Е.В. — М., 2007. — № ГР 50200701317. Инв. № ФАП 8558

64. Расчет магнитного поля и магнитных потерь в силовых кабельных линиях Текст.: программа / ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»; рук. Коржов А.В.; исполн.: Томашева Е.В. М., 2007. - № ГР 50200701993. - Инв. № ФАП 9034.

65. Расчет механических потерь от электродинамических усилий в силовых кабельных линиях Текст.: программа / ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»; рук. Коржов А.В.; исполн.: Томашева Е.В. М., 2008. - № ГР 50200800315. - Инв. № ФАП 9953

66. СанПиН 2.2.4.1191-03. Физические факторы производственной среды. Электромагнитные поля в производственных условиях Текст. — М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2003.

67. Сидоров, А. И. Погрешность косвенного способа измерения емкостных проводимостей относительно земли в электрических сетях напряжением 6, 10 кВ Текст. /А.И. Сидоров, О.А. Петров, И.М. Ушаков // Электричество. 1990. -№ 10. - С. 33-36.

68. Сили, С. Электромеханическое преобразование энергии Текст. / С. Сили; перевод, с англ. Н.Ф. Ильинского. — М.: Энергия, 1968 376 с.

69. Соболев, В. Г. Электрическая изоляция рудничного электрооборудования Текст. / В.Г. Соболев. — М.: Недра, 1982. — 143 с.

70. Справочник по специальным функциям Текст. / Под ред. М. Абрамовича и И. Стиган. М.: Наука, 1979. - 832 с.

71. Сычев, Л. И. Шахтные гибкие кабели и электробезопасность сетей Текст. / Л.И. Сычев, Е.Ф. Цапенко. -М.: Недра, 1978 216 с.

72. Томашева Е.В. Деформация изоляции кабеля под действием тепловой и механической нагрузок Текст. / Е.В. Томашева // Энергетика в современном мире: VI Всерос. науч-практ. конф.: сб. материалов. -Чита: Изд-во ЧитГУ, 2009. Ч. 1 - С.80-86.

73. Изд-во УГНТУ, 2009. С. 239- 241.

74. ТУ 16. К71-335-2004. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ. Технические условия ООО «Камский кабель» Текст. -Введ. 2004 -01 -01. Пермь: 2003.

75. ТУ 16. К71-300-2000. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение ЮкВ. Технические условия компании «Алкатель-кабель» (NEXANS) Текст. Введ. 2000 - 01 - 01.

76. Уайт, Д.С., . Электромеханическое преобразование энергии / Д.С. Уайт., Г.Х.Вудсон; пер с англ Н.Ф. Ильинского; под ред. С.В. Страхова.- М.-JL: Энегрия, 1964. 528 с.

77. Утегулов, Б. Б. Исследование условий и повышение уровня электробезопасности при эксплуатации электроустановок 6 кВ угольных разрезов Текст.: дис. канд. техн. наук / Б.Б. Утегулов. — М., 1981.- 154 с.

78. Утегулов, Б. Б. Развитие теории, разработка способов и средств повышения эффективности систем электроснабжения горных предприятий Текст.: автореф. дис. докт. техн. наук./Б.Б. Утегулов —М., 1991.-32 с.

79. Федоров, А. А. Электроснабжение промышленных предприятий Текст. / А.А. Федоров, Э.М. Ристхейн. М.: Энергия, 1981. - 360 с.

80. Холодный, С.Д. Нагревание и охлаждение кабеля, проложенного в земле Текст. / С.Д. Холодный // Электричество. 1964. - № 6 — С. 35-40.

81. Цапенко, Е. Ф. Вентильная схема контроля сопротивления изоляции в сетях 6, 10 кВ с изолированной нейтралью Текст./ Е.Ф. Цапенко, А.С. Кудрявцев // Промышленная энергетика. 1984. - № 8. - С. 46-48.

82. Цапенко, Е. Ф. Шахтные кабели и электробезопасность сетей Текст. / Е.Ф. Цапенко, Л.И. Сычев, П.Н. Кулешов. М.: Недра, 1988. - 213 с.

83. Шувалов, М.Ю. О возможности построения флуктуационной теории электрической прочности Текст. / М.Ю. Шувалов //Электричество.1993,-№6.-С. 27-32

84. Щуцкий В. И., Белюстин О. Н., Буралков А. А. Защитное отключение электроустановок потребителей Текст. / В.И. Щуцкий, О.Н. Белюстин,

85. A.А. Буралков. М.: Энергоатомиздат, 1994. - 272 с.

86. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности Текст. / Н. В. Гладилин, В. И. Щуцкий, Ю. Г. Бацежев, Н. И. Чеботаев М.: Недра, 1977.-327 с.

87. Электробезопасность на открытых горных работах Текст. / В. И. Щуцкий, А. М. Маврицын, А. И. Сидоров, Ю. В. Ситчихин; Под ред.

88. B. И. Щуцкого. М.: Недра, 1983.- 192 с.9Q Яворский, Б.М. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов Текст. / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф М.: Наука, 1979. - 942 с.

89. Bracken T.D. Magnetic Field Expsure Among Utility,Workers Текст. / T.D. Bracken, et al // Bioelectromagnetics.-1995.- Vol 16.- P. 216-226.

90. Wertheimer N. Adult Cancer Related to Electeical Wires Near Home Текст./ N. Wertheimer, E. Leeper // American Jornal of Epidemiology. -1982.-Vol 11.- P. 345-355.

91. IEEE Magnetic Fields Task Force (PES/TD/CFE/ACFWG), October 1988, Magnetic Fields from Electric Power Lines. Teory and Comparsion to Measurements, IEEE Trans, on Power Deliveiy, 3: 2127-2136.

92. Farag, A.S. Magnetic Field Shielding of Substations Текст. / A.S. Farag,

93. Т.е. Cheng, P. Du, C. Zheng, S. Hu, D. Penn, J. Thompson, // EPRI Electrical Systems Division Magnetic Field Shielding Workshop Meeting.-Los Angeles., CA., USA. - Dec.6-7, 1993.

94. Farag, A S. Digital Modeling, Magnetic Field Calculations and Management in AC Substations Текст. / AS. Farag, T.C. Cheng // EMF Disign Guidelines Workshop (Substations and Measurements. March 23-24, 1994. - San Francisco, California, USA.

95. Farag, A S. EMF Design Guidelines for New Electrical Substation Facilities Текст. / AS. Farag, T.C. Cheng // EMF Disign Guidelines Workshop (Substations and Measurements. March 23-24, 1994. - San Francisco, California, USA.

96. Durkin, C.J. Five Years of Magnetic Field Management Текст. / R. P. Fogarty, T.M. Halleran, Dr D.A. Mark, A. Mukhopadhy // IEEE Transaction on Power Delivery. January 1995. - Vol.10. -No.l.

97. Habiballah, I.O. Underground Cable Magnetic Field Simulation and Measurement Using New Design Configuration Текст. / I.O. Habiballah, A.S. Farag, M.M. Dawoud, A.Firoz // Electric Power System Research — May, 1998.-Vol.3 -P. 141-148.

98. Farag A.S. Implementation of Shielding Principles for Magnetic Field Management of Power Cables Текст. / A.S. Farag, M.M. Dawoud, I.O. Habiballah // Electric Power System Research May, 1998. - Vol.3 - P. 193 -209

99. Riba J.R. Experimental behavior of a magnetic shield for an underground rower line Текст. / J.R. Riba, X. Alabern // International Conference on Renewable Energy and Power Quality. — Zaganoza. — 2005.

100. Ehrich M. Magnetic field reduction of power cables by multi-splitting ofconductors and compensation effects Текст./ M. Ehrich, L.O. Fichte, M. Luer // Environmental Electromagnetics, CEEM 2000. Proceedings. Asia-Pacific Conference 2000. - P. 33-38

101. Olsen R.G. The performance of reduced magnetic fielf power lines theoryand measurements on an operating line Текст./ R.G. Olsen, V.L. Chartier 11 IEEE/PES Saettle Summer Meating, Seattle. July 12-16, 1992.

102. Xu X.B. Computation of magnetic fields generated by an underground pipe-cable Текст./ X.B. Xu, X Yang // IEEE Transactions on Power Delivery. -Vol.1 l.-No2. April, 1996. - P.650-655

103. Moore T. Exploring the options for magnetic field management Текст./ Т. Moore // EPRI Journal. Vol.15. - No.6. - October/November 1990. -P.4-19.