УДК 621.3.01:537.212

ВОЗМУЩЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ РАЗНОРАЗМЕРНЫМИ БЛИЗКО РАСПОЛОЖЕННЫМИ ВОДНЫМИ МИКРОВКЛЮЧЕНИЯМИ В ТВЕРДОМ ДИЭЛЕКТРИКЕ

М.А. Щерба, канд. техн. наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина,
е-mail: m.shcherba@gmail.com

Выполнены математическое моделирование и анализ распределения электрических поля, токов, сил и давлений в твердом диэлектрике (сшитой полиэтиленовой изоляции) при возникновении разноразмерных близко расположенных токопроводящих, в частности водных микровключений. Исследованы закономерности усиления поля, увеличения плотности токов и возникающих электромеханических сил и давлений, вызванных изменением поверхностных зарядов, на близко расположенных полюсах микровключений. Определены зависимости указанных величин от конфигурации микровключений, в частности, от их взаимных расстояний. Показано, что результирующие силы способствуют притягиванию мелких водных включений к крупным и создают условия для появления и развития водных триингов в твердой изоляции. Библ. 8, рис. 4.
Ключевые слова: электрическое поле, водные микровключения, диэлектрик, сшитый полиэтилен, математическое моделирование, силы, давления, токи.

ЗБУРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ РІЗНОРОЗМІРНИМИ БЛИЗЬКО РОЗТАШОВАНИМИ ВОДНИМИ МІКРОВКЛЮЧЕННЯМИ В ТВЕРДОМУ ДІЕЛЕКТРИКУ

М.А. Щерба, канд. техн. наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна

Виконано математичне моделювання та аналіз розподілу електричних поля, струмів, сил і тисків у твердому діелектрику (зшитій поліетиленовій ізоляції) при утворенні різнорозмірних близько розташованих струмопровідних, зокрема, водних мікровключень. Досліджено закономірності підсилення поля, збільшення густини струмів і виникаючих електромеханічних сил і тисків, обумовлених зміною поверхневих зарядів, на близько розташованих полюсах мікровключень. Визначено залежності зазначених величин від конфігурації мікровключень, зокрема, від їх взаємних відстаней. Показано, що результуючі сили сприяють притягуванню дрібних водних включень до великих, створюючи умови для появи і розвитку водних триїнгів у твердій ізоляції. Бібл. 8, рис. 4.
Ключові слова: електричне поле, водні мікровключення, діелектрик, зшитий поліетилен, математичне моделювання, сили, тиски, струми.

THE ELECTRIC FIELD DISTURBANCES BY DIFFERENT-SIZE CLOSELY LOCATED WATER MICRO-INCLUSIONS IN THE SOLID DIELECTRIC

M.A. Shcherba
Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine,
Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine,
е-mail: m.shcherba@gmail.com

The mathematical modeling and the analysis of distribution of electric field, currents, forces and pressures in a solid dielectric (cross-linked polyethylene insulation) are performed for appearing of different-size closely located current-conducting (in particular water) micro-inclusions. The regularities of the field amplification, increasing of the current density and the resulting electromechanical forces and pressures, caused by changes in surface charges at closely located poles of micro-inclusions, have been studied. The dependences of these values on the configuration of micro-inclusions, in particular on their mutual distances, are determined. It is shown that the resultant forces contribute to attracting of small water inclusions to large ones and create conditions for the appearance and development of water trees in solid insulation. References 8, figures 4.
Key words: electric field, water micro-inclusions, dielectric, cross-linked polyethylene, mathematical modeling, forces, pressures, currents.

Література
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. 4-е изд. – М.: Физматлит. – 2003. – 560 с.
2. Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Мультифизическое моделирование в электротехнике. – К.: Институт электродинамики НАН Украины, 2015. – 304 с.
3. Шидловский А.К., Щерба А.А., Золотарев В.М., Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Кабели с полимерной изоляцией на сверхвысокие напряжения. – К.: Институт электродинамики НАН Украины, 2013. – 550 с.
4. Щерба М.А. Особенности локального усиления электрического поля проводящими включениями в нелинейной полимерной изоляции // Техн. електродинаміка. – 2015. – № 2. – C. 16–23.
5. Burkes K.W., Makram E.B., Hadidi R. Water Tree Detection in Underground Cables Using Time Domain Reflectometry // IEEE Power and Energy Technology Systems Journal. – 2015. – Vol. 2(2). – P. 53-62.
6. Comsol Inc. Burlington, MA. https://www.comsol.com, 2017.
7. Wang W., Tao W., Ma Z., Liu J. The mechanism of water tree growth in XLPE cables based on the finite element method // High Voltage Engineering and Application. – 2016. – P. 1-4.
8. Zhou K., Li K., Yang M., Huang M. Insight into the influence of mechanical orientation on water tree propagation according to abnormal water tree // IEEE Intern. Conf. In Dielectrics. – 2016. – Vol. 2. – P. 836–839.