ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННАЯ ТЕОРИЯ РАЗРУШЕНИЯ И ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ СПЭ КАБЕЛЕЙ

  • Н. К. Полуянович Южный федеральный университет
  • М. Н. Дубяго Южный федеральный университет
  • Д.В. Бурьков Южный федеральный университет
Ключевые слова: Оценки долговечности электрической изоляции термофлуктуационным разрывом химических связей, термофлуктуационная теория разрушения, надежность систем энергоснабжения

Аннотация

Статья посвящена исследованиям вопросов по созданию метода оценки долговечно-
сти основной изоляции силовых кабельных линий на основе термофлуктуационной теории
разрушения твердых тел. Рассмотрены особенности развития пробоя в однородных и не-
однородных диэлектриках. Рассматриваются проблемные вопросы изоляционных мате-
риалов силовых кабельных систем (СКС) на основе разработки и развития методов нераз-
рушающего контроля. Установлены основные компоненты, разрушающие изоляцию СКС.
Описана термофлуктуационная теория разрушения и оценка долговечности электрической
изоляции силовых кабелей. Предлагается аналитический метод оценки процессов окисления
целлюлозы с определением наиболее вероятного. Предложенный подход выявления основных процессов разрушения изоляции позволяет более детально представить предпосылки к
развитию частичных разрядов (ЧР) в изоляции и определить мероприятия по минимизации
процессов, приводящих к деструкции изоляции СКС. Изложены результаты экспериментов
по исследованию сроков службы изоляционного материала состаренных образцов силового
кабеля в термошкафу, по определению критериев старения. Экспериментальные данные
интерпретированы с позиций термофлуктуационной теории. Выявлена и исследована зави-
симость увеличения разности температур ΔT от степени износа электроизоляционных
свойств материала, что позволяет прогнозировать его ресурс. Рассмотрена термофлуктуа-
ционная теория разрушения изоляционных материалов вызванного термофлуктуационным
разрывом химических связей и оценки долговечности электрической изоляции кабелей из сши-
того полиэтилена. Показано что, для расчета средней энергии мономерного звена различных
полимерных материалах необходимо знать: химическую формулу мономерного звена и значе-
ния энергий связи. В работе проведено определение времени до пробоя основной изоляции СКЛ
при действии температуры. Модель может быть использована в устройствах и системах
непрерывного диагностирования силовых кабелей по температурным режимам.

Литература

1. Poluyanovich N.K. Montazh, naladka, ekspluatatsiya i remont sistem elektrosnabzheniya
promyshlennykh predpriyatiy. Ser. uchebniki dlya vuzov. Spetsial'naya literatura [Installation,
commissioning, operation and repair of power supply systems of industrial enterprises. Ser.
Textbooks for universities. Special literature]. 3rd ed. Saint Petersburg, 2017.
2. Poluyanovich N.K. Energeticheskaya elektronika: posobie po resheniyu zadach i
metodicheskie ukazaniya [Power electronics. Manual on problem solving and methodological
guidelines]. Taganrog: TRTU, 2001.
3. 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.
4. Dubyago M.N., Poluyanovich N.K. The method of nondestructive testing and prediction of
evolving insulation defect of power line cable, Proceedings of XI International SAUM Conference
on Systems, Automatic Control and Measurements SAUM 2012, 2012, pp. 418-422.
5. Dubyago M.N., Poluyanovich N.K., Pshikhopov V.Kh. Metod issledovaniya termofluktuatsion-nykh
protsessov v zadachakh diagnostiki i prognozirovaniya izolyatsionnykh materialov [Method of investigation
of thermal fluctuation processes in problems of diagnostics and forecasting of insulating
materials], Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Don
State Technical University], 2017, Vol. 17, No. 3 (90), pp. 117-127.
6. Poluyanovich N.K., Rassoha D.P., Formanyuk V.S. The automatic electric isolation defects
diagnosing system's algorithm development, Proceedings of x international saum conference
on systems, automatic control and measurements (SAUM 2010), 2010, pp. 265-269.
7. Dubyago M.N., Poluyanovich N.K. Termodinamicheskiy sposob vyyavleniya destruktsii
izolyatsii v zadachakh diagnostiki i prognozirovaniya resursa kabel'nykh sistem [Thermodynamic
method for detecting insulation destruction in problems of diagnostics and forecasting
of cable systems resource], Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don], 2017,
No. 3 (46), pp. 25.
8. Dubyago M.N., Poluyanovich N.K. Thermal processes of the isolating materials in problems of
nondestructive diagnostics of the main and distributive power stations, IOP Conference Series:
Materials Science and Engineering. 2. Сер. "2017 2nd International Conference on Advanced
Materials Research and Manufacturing Technologies, AMRMT 2017", 2017, pp. 012036.
9. Sazhin B.I., Lobanov A.M., Romanovskaya O.S. Elektricheskie svoystva polimerov [Electrical
properties of polymers]. Leningrad: Khimiya, 1986, 224 p.
10. Makarov E.V. Spravochnik po elektricheskim setyam 0,4–35 kV i 110–1150 kV [Handbook of
electric power grids of 0.4–35 kV and 110-1150 kV], ed. by I.T. Goryunova, A.A. Lyubimova.
Moscow: Papirus Pro, 2004, Vol. 3, 688 p.
11. Poluyanovich N.K., Dubyago M.N. Analiz kharakteristik i issledovanie teplovogo proboya
izolyatsionnykh materialov, vyzvannogo chastichnymi razryadami [Analysis of the characteristics
and investigation of the thermal breakdown of insulating materials, caused by partial discharges],
Nauchnyy vestnik NGTU [Scientific Bulletin of NSTU], 2018, No. 2 (71), pp. 157-174.
12. Bartneev G.M. Fizika i mekhanika polimerov [Physics and mechanics of polymers]. Available
at: https://www.ngpedia.ru/id508345p1.html.
13. Dubyago M.N. Issledovanie kharakteristik chastichnykh razryadov v elektricheskoy izolyatsii
sistem elektrosnabzheniya [Study of the characteristics of partial discharges in electrical insulation
systems of power], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2013, No. 11, pp. 201-207.
14. Sed'moe izdanie: «Kratkiy spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin» [The seventh edition of
"a Concise Handbook of physical-chemical values"], ed. by K.P. Mishchenko i A.A. Ravdelya.
Leningrad: Khimiya, 1974, 200 p.
15. Dubyago M.N. Mathematical description of interaction of the elements in the power network
system, 2013 International Conference on Renewable Energy and Environmental Technology
(ICREET 2013), Applied Mechanics and Materials, 2014, Vol. 448-453, pp. 2455-2460.
16. Prime J.B., Valdes J.G. Systems to Monitor the Cconductor Temperature of Underground
Cable, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1981, Vol. PAS–100, No. 1,
pp. 211-219.
17. 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.
18. Mar'in S.S. Razrabotka metoda otsenki dolgovechnosti izolyatsii nizkovol'tnykh
elektricheskikh mashin: avtoref. diss. [Development of a method to assess the durability of the
insulation of low-voltage electrical machines: abstract of the dissertation]. Tomsk, 2007.
19. Tsoy B., Kartashov E.M., Shevelev V.V. Prochnost' i razrushenie polimernykh plenok i volokon
[Strength and destruction of polymer films and fibers]. Moscow: Khimiya, 1999, 496 p.
20. Mazzanti G. The combination of electro-thermal stress, load cycling and thermal transients and
its effects on the life of high voltage ac cables, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical
Insulation, August 2009, Vol. 16, No. 4, pp. 1168-1179. Available at:
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5211872&isnumber=5211830.
DOI: 10.1109/TDEI.2009.5211872.
21. Mazzanti G. Analysis of the Combined Effects of Load Cycling, Thermal Transients, and
Electrothermal Stress on Life Expectancy of High-Voltage AC Cables, in IEEE Transactions
on Power Delivery, Oct. 2007, Vol. 22, No. 4, pp. 2000-2009. Available at:
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4302537&isnumber=4302501.
DOI: 10.1109/TPWRD.2007.905547.
22. Crine J.P. On the interpretation of some electrical aging and relaxation phenomena in solid dielectrics,
in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Dec. 2005, Vol. 12, No. 6, pp. 1089-
1107. – URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1561789&isnumber=33159.
DOI: 10.1109/TDEI.2005.1561789.
23. Parpal J.L., Crine, Chinh Dang J.P. Electrical aging of extruded dielectric cables. A physical
model, in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Apr. 1997, Vol. 4,
No. 2, pp. 197-209. DOI: 10.1109/94.595247. Available at: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/
stamp.jsp?tp=&arnumber=595247&isnumber=13036.
24. Poluyanovich N.K., Dubyago M.N., Shurykin A.A., Burkov D.V. Estimation of partial discharge
energy in a mathematical model of thermal fluctuation processes of a power cable. Ufa: Publishing
complex USATU, 2019, 642 p.
25. 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 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.
26. Dubyago Marina N., Poluyanovich Irina A., Poluyanovich Nikolay K. Thermodynamic Approach
for Identifying oxidative processes insulation breakdown, Applied Mechanics and Materials, April
2015, Vol. 752-753, pp. 1153-1157.
27. Strukturno-energeticheskaya teoriya prochnosti [Structural-energy theory of strength]. Available
at: http://energydurability.com/index.php/theory-ru/basic-article-ru/2019-02-06-11-02-
19/basic-article-ch1-ru.
Опубликован
2022-01-31
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ