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測溫電纜絕緣層電暈放電的問題研究和管控

發(fā)布日期:2021-07-08 瀏覽次數(shù):115

      測溫電纜作為電纜的一種,其和普通電纜的機構(gòu)類似,都是由芯、絕緣層構(gòu)成,那么絕緣層電暈放電自然也是現(xiàn)實存在的,如何研究測溫電纜的這個物理現(xiàn)象呢?當(dāng)絕緣體之間有足夠高的電壓差時,就會發(fā)生電暈放電。想象一個單一的均勻擠出型絕緣線,從外面看,它看起來像一個光滑的均勻絕緣體。事實上,在絕緣層擠出過程中,絕緣層內(nèi)有可能存在微小的空隙(氣泡)?,F(xiàn)在把絕緣體夾在有電壓的導(dǎo)體和接地面之間。在絕緣內(nèi)部,有一個電壓梯度。例如絕緣厚度為10mil (0.254 mm),導(dǎo)體與地之間的電壓為1000V,則電壓梯度為100V / mil(或約4kV / mm)。

更進(jìn)一步的說,如果電纜絕緣層中有一個1mil的空隙,那么就會有一個足夠高的電壓差,從而在這個1mil間隙中產(chǎn)生火花。對于交流電力系統(tǒng),電壓循環(huán)將導(dǎo)致放電發(fā)生在某些閾值電壓以上,當(dāng)交流電壓低于維持電暈事件所需的電壓時,放電停止。對于直流系統(tǒng),電壓可能永遠(yuǎn)不會低于“熄滅電壓”,從而產(chǎn)生連續(xù)的電暈放電。

電暈放電也可能發(fā)生在導(dǎo)體和絕緣之間的間隙或沿絕緣表面存在電壓差的地方。

雖然電暈放電是一種電壓擊穿現(xiàn)象,但它是一個低能量事件。由于從電源到地(或多相系統(tǒng)中的線到線)的電路徑包括多層絕緣層,相當(dāng)于在電路中有一個大電阻。一個緊密的平行電纜電路相當(dāng)于是把一個小電容器在一個有大電阻的電路中放電。

電暈放電,即使在低能量時,也會引起絕緣損壞,主要是通過絕緣碳化。這種碳化是一個非常緩慢的過程,特別是當(dāng)電壓水平僅高于電暈放電的起始電壓時。炭化使絕緣慢慢變成半導(dǎo)電,直到有一個導(dǎo)電路徑最終導(dǎo)致絕緣(介質(zhì))擊穿。一旦發(fā)生,電暈放電會產(chǎn)生類似于電弧事件的現(xiàn)象。

電纜絕緣層由于電暈放電而老化的速率由以下幾個因素決定:

系統(tǒng)電壓 

系統(tǒng)頻率 

波形形狀(例如,正弦與脈寬調(diào)制) 

溫度 

高度 

電路噪聲(例如,來自繼電器的反電動勢) 

組件設(shè)計 

這些因素的組合以及它們?nèi)绾谓档徒M件壽命是一個正在進(jìn)行的研究領(lǐng)域,在過去的幾年中,國外公司一直在研究這些參數(shù)對EWIS組件的影響。但事實是,這些研究雖然對航空航天領(lǐng)域來說可能是新的,但總體上并不新鮮。多年來,高壓供電系統(tǒng)一直是鐵路運輸?shù)囊徊糠?。我們可以從其他行業(yè)中學(xué)到很多東西來支持航空航天的發(fā)展

首先要考慮的是使絕緣層變厚。如果絕緣較厚,則絕緣層內(nèi)電壓梯度會減小??紤]前面的例子,如果絕緣是兩倍厚,電壓梯度將是50V/mil而不是100。但是因為對重量的極度敏感,對于航空航天領(lǐng)域這一做法并不現(xiàn)實。

其次可以考慮改進(jìn)材料和加工工藝或不同的電路配置來限制電纜之間的電壓差。從材料方面來說,避免碳化絕緣結(jié)構(gòu)的非碳基材料等絕緣材料是可行的,但該材料被證實容易退化。

   目前,絕緣層電暈放電已經(jīng)引起了測溫電纜行業(yè)的重視,一系列行之有效的措施都在嚴(yán)格管控和監(jiān)控中,測溫電纜的多年經(jīng)驗也驗證了這種管控的有效性。


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