АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация
Статья посвящена расчету напряженности электромагнитного поля (ЭМП) в изоляци-
онном материале силового кабеля (СК). Исследовано магнитное поле одиночного образца кабеля
марки АПвПу-10 1х240/70. Приведены теоретические сведения для расчета напряженности
электростатического осесимметричного поля на основе решения интегральных уравнений
Фредгольма в кусочно-однородной линейной полимерной изоляции с включениями. Построены
модели для расчета и анализа распределения напряженности неоднородных электрических
полей в диэлектрической среде с включениями разной площади и с разными электрофизическими
параметрами (заполнением). При прохождении ЭМП через различные материалы, заполняющие
включение наблюдается поглощение энергии волн этими веществами. На основе проведенного
моделирования с применением программы Comsol выполнен анализ ЭМП на границе раздела
диэлектрических сред между сферическим микровключением и основной изоляцией. Показано,
что в твердых диэлектриках, проводниках поглощение ЭМП значительно. Если волна встреча-
ет какой-либо проводник, то большая часть ее энергии поглощается им. Наличие в изоляции
неоднородностей (дефектов) на границах раздела изоляция – неоднородность вызывает скачки
напряженности электрического поля 1/2, 2/3. Проведено моделирование и анализ распределе-
ния напряженности электрического поля в области дефекта и установлено, что с увеличением
Sдеф амплитуда всплеска магнитной индукции (В) на первой границе дефекта возрастает.
На второй границе наоборот. С увеличением Sдеф. глубина провала индукции (В) увеличивается.
Однако при сохранении общей картины величины провалов при различных типах заполнения
включения различны: – наибольший градиент наблюдается при заполнении водой, наименьшие
при заполнении углерод плюс сшитый полиэтилен (С+СПЭ). Таким образом это может яв-
ляться диагностическим параметром качества изоляции СК. Результаты работы представ-
ляют интерес при решении комплекса задач, связанных с различными аспектами электромаг-
нитной совместимости, и надежности функционирования электроэнергетических систем.
Литература
dielektricheskoy srede, vozmushchennogo provodyashchimi mikrovklyucheniyami raznykh
razmerov i konfi-guratsiy [Modeling and analysis of an electric field in a dielectric medium
perturbed by conducting microinclusions of different sizes and configurations],
Tekhnicheskaya elektrodinamika [Technical Electrodynamics], 2010, No. 6, pp. 3-9.
2. Shcherba A.A., Peretyatko Yu.V., Zolotarev V.M. Modelirovanie elektricheskikh poley i
raschet ob"emov s kriticheskoy napryazhennost'yu v polimernoy izolyatsii vysokovol'tnykh
kabeley i SIP [Modeling of electric fields and calculation of volumes with critical tension in
polymer insulation of high-voltage cables and SIP], Tekhnicheskaya elektrodinamika [Technical
Electrodynamics], 2008, No. 2, pp. 113-119.
3. Shidlovskiy A.K., Shcherba A.A., Podol'tsev A.D., Kucheryavaya I.N., Zolotarev V.M.
Matematicheskaya model' i metodika chislennogo rascheta neodnorodnogo elektricheskogo
polya i nagreva polietilenovoy izolyatsii vysokovol'tnykh silovykh kabeley pri vozniknovenii
dendritnykh mikrokanalov [Mathematical model and method of numerical calculation of inhomogeneous
electric field and heating of polyethylene insulation of high-voltage power cables
in the occurrence of dendritic microchannels], Tekhnicheskaya elektrodinamika [Technical
Electrodynamics], 2006, No. 4, pp. 116-120.
4. Shcherba A.A., Peretyatko Yu.V. Modelirovanie neodnorodnykh elektricheskikh poley v
vysokovol'tnoy tverdoy polimernoy izolyatsii s geterogennymi mikrovklyucheniyami [Modeling
of inhomogeneous electric fields in high-voltage solid polymer insulation with heterogeneous
microinclusions], Vestnik natsional'nogo universiteta "L'vovskaya politekhnika" [Bulletin
of the National University "Lviv Polytechnic"], 2007, No. 597, pp. 123-129.
5. Besprozvannykh A.V., Kessaev A.G. Vychislitel'nye eksperimenty dlya rascheta
napryazhennosti osesimmetrichnogo elektrostaticheskogo polya v kusochno-odnorodnoy
izolyatsii so sfericheskimi vklyucheniyami [Computational experiments for calculating
the strength of an axisymmetric electrostatic field in piecewise homogeneous insulation
with spherical inclusions], Elektrotekhnika i elektromekhanika [Electrotechnics and
Electromechanics], 2014, No. 5, pp. 67-72.
6. Tozoni O.V. Metod vtorichnykh istochnikov v elektrotekhnike [Method of secondary sources
in electrical engineering]. Moscow: Energiya, 1975, 295 p.
7. Naboka B.G. Raschety elektrostaticheskikh poley v elektroizolyatsionnoy tekhnike: ucheb.
posobie dlya studentov elektroenergeticheskikh spetsial'nostey [Calculations of electrostatic
fields in electrical insulation technology: a textbook for students of electric power specialties].
K.: ISDO, 1995, 120 p.
8. Poluyanovich N.K., Tibeyko I.A. Ekspluatatsiya i remont sistem elektrosnabzheniya
promyshlennykh predpriyatiy [Operation and repair of power supply systems of industrial enterprises].
Taganrog: YuFU, 2014.
9. Dubyago M.N., Poluyanovich N.K. Sovershenstvovanie metodov diagnostiki i
prognozirovaniya elektroizolyatsionnykh materialov sistem energosnabzheniya: monografiya
[Improvement of methods of diagnostics and forecasting of electrical insulation materials of
power supply systems: monograph]. Rostov-on-Don; Taganrog: Izd-vo YuFU, 2019, 192 p.
10. Dubyago M.N., Poluyanovich N.K. Metod selektsii signala ChR s pomoshch'yu Veyvletpreobrazovaniya
[Method of selection of the CR signal using the Wavelet transform],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2013, No. 2
(139), pp. 99-104.
11. Poluyanovich N.K., Burkov D.V., Dubyago M.N., Shurykin A.A., Kosenko E.Y. The influence
of the electro-magnetic field on the neural network monitoring of insulation materials for electric
cable networks, International Conference on Electrical, Computer, Communications and
Mechatronics Engineering, ICECCME 2021, pp. 9590839.
12. León F., Anders G.J. Effects of Backfilling on Cable Ampacity Analyzed With the Finite Element
Method, IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, Vol. 23, No. 2, pp. 537-543.
13. Li H.J. Estimation of Soil Thermal Parameters from Surface Temperature of Underground
Cables and Predic-tion of Cable Rating, IEEE Proc. Gener. Transm. Distrib., 2005, Vol. 152,
No. 6, pp. 849-854.
14. Poluyanovich N.K., Dubyago M.N. Prognozirovanie resursa kabel'nykh liniy s ispol'zovaniem
metoda iskusstvennykh neyronnykh setey [Forecasting the resource of cable lines using the
method of artificial neural networks], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU.
Engineering Sciences], 2019, No. 3 (205), pp. 51-62.
15. Dubyago M.N., Poluyanovich N.K. Pshikhopov V.Kh. Otsenka i prognozirovanie
izolyatsionnykh materialov silovykh kabel'nykh liniy [Evaluation and forecasting of insulating
materials of power cable lines], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2015, No. 7 (168), pp. 230-237.
16. Poluyanovich N.K., Shurykin A.A., Dubyago M.N. Evaluation of the Cable Line Resource from
the Aaging Degree of Its Insulating Material, Proceedings - 2021 3rd International Conference
on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency,
SUMMA 2021, 2021, pp. 1165-1169.
17. Poluyanovich N.K., Dubyago M.N. Analiz i vybor metodiki v reshenii zadach
intellektualizatsii sistem prognozirovaniya termofluktuatsionnykh protsessov v kabel'nykh
setyakh [Analysis and choice of methodology in solving the problems of intellectualization of
forecasting systems of thermal fluctuation processes in cable networks], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2020, No. 2 (212), pp. 52-66.
18. Poluyanovich N.K., Dubyago M.N., Azarov N.V., Ogrenichev A.V. Neyrosetevoy metod v
zada-chakh prognozirovaniya elektropotrebleniya v elektroenergeticheskoy sisteme [Neural
network method in the tasks of forecasting electricity consumption in the electric power system],
Matematicheskie metody v tekhnologiyakh i tekhnike [Mathematical methods in technology
and engineering], 2022, No. 1, pp. 114-118.
19. Anders G.J., Napieralski A., Orlikowski M., Zubert M. Advanced Modeling Techniques for
Dynamic Feeder Rating Systems, IEEE Transactions on Industry Applications, 2003, Vol. 39,
No. 3, pp. 619-626.
20. Anders G.J. Rating of Cables on Riser Poles, in Trays, in Tunnels and Shafts - a Review, IEEE
Transactions on Power Delivery, 1996, Vol. 11, No. 1, pp. 3-11.
21. Poluyanovich N.K., Dubyago M.N., Bur'kov D.V. Neyrosetevaya mnogoetapnaya sistema
prognozirovaniya resursa silovoy kabel'noy linii [Neural network multi-stage system for predicting
the power cable line resource], Matematicheskie metody v tekhnologiyakh i tekhnike
[Mathematical methods in technology and engineering], 2021, No. 11, pp. 20-26.
22. Poluyanovich N., Azarov N., Dubyago M. Neural network method for monitoring
thermofluctuation processes in cable lines taking into account the interference influence, Conference
Proceedings - 2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, RSEMW
2021, 2021, pp. 455-459.
23. Polyakov D.A. Monitoring ostatochnogo resursa izolyatsii kabel'nykh liniy 6(10) kV iz
sshitogo polietilena: diss. … kanl. tekh. nauk [Monitoring of the residual insulation life of
6(10) kV cable lines made of cross-linked polyethylene: cand. of eng. sc. diss.]. Omsk, 2017,
148 p.
