CC BY
51
The parameters and the main causes of voltage dips in electrical networks, which are a danger to consumers, are considered. Enterprises are obliged to establish protection against this phenomenon. It depends on the nature of production and its technological process.
Key words: voltage dips, voltage dip depth, voltage dip duration, voltage dip frequency, high-voltage overhead line.
Bazyl Ilya Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, energy@tula. ru, Russia, Tula, Tula State University.
Klyuchnikova Alina Yurievna, student, energy@tula. ru, Russia, Tula, Tula state University
УДК 621.315.21
КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
А.Ю. Ключникова
Рассмотрены основные преимущества и недостатки кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена, структура кабеля. Внедрение новых современных технологий и материалов в кабельной технике может улучшить технические и экономические показатели кабельных линий электропередач.
Ключевые слова: кабельные линии, изоляция, сшитый полиэтилен, экструдиро-вание, муфта, вулканизация.
Для крупных городов при электроснабжении на сегодняшний день характерны: существенный рост потребления электрической энергии, использование компактных линий электропередач из-за высокой стоимости земли, надежность работы электрических сетей. Все эти проблемы могут быть решены при применении новейших кабельных систем электропередач.
Технология изготовления высоковольтных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ-кабели, ХЬРБ-кабели) - одна из наиболее прогрессивных технологий в кабельной технике.
Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) или кабель из вулканизированного полиэтилена начал производиться более 20 лет назад. В наше время такие кабеля приходят на замену кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией. Структура сшитого полиэтилена представляет из себя монолитную конструкцию, имеющую измененные электрические и физические характеристики обычного полиэтилена. Кроме этого, СПЭ -очень твердый материал. Он всего лишь на 5 единиц уступает по твердости стали.
Во многих странах (Франция, Германия, США, Италия, Япония и др.) ведутся исследования по совершенствованию СПЭ-кабелей. Усовершенствование технологии изготовления кабеля и применение разныхдоба-вок к полиэтилену позволило разработать кабели на номиналь-ныенапряжениядо 420... 550 кВ.
Современные СПЭ-кабели из-за конструкции, технологии изготовления и современным изоляционным материалам более совершенны и экономичны по сравнению с маслонаполненными кабелями и в последние годы быстро вытесняют в новых проектах кабели с бумажной изоляцией (табл. 1).
Таблица 1
Сравнительная характеристика кабеля с бумажной изоляцией
и кабеля с СПЭ-изоляцией
Сравнительные характеристики Кабель с СПЭ-изоляцией Кабель с бумажном изоляцией
6-35 кВ 10 20-35 кВ
Длительно допустимая температура, °С 90 70 65
Допустимый нагрев в аварийном режиме, °С 130 90 63
Предельно допустимая температура при протекании тока КЗ, °С 250 200 130
Температура при прокладке без предварительного подогрева, не ниже, "С -20 0 0
Относительная диэлектрическая проницаемость £ при 20°С 2,4 4,0 4,0
Коэффицпе! гт диэлектрических потерь ^Ь при 20°С 0,001 0,008 0,008
Разница уровней на трассе прокладки, ы не ограничено 15 15
Преимуществами СПЭ-кабелей являются:
высокая пропускная способность благодаря увеличению допустимой температуры нагрева жилы (до 90оС);
высокая надежность, связанное как с улучшенным качеством кабеля, так и с технологией монтажа кабельных муфт; меньший радиус изгиба, диаметр и масса; низкие диэлектрические потери в изоляции;
возможность вести прокладку на сложных трассах без ограничений по перепаду высот на трассе;
низкая себестоимость прокладки и меньшие время и стоимость работ по ремонту в случае пробоя;
меньшие эксплуатационные расходы из-за дорогостоящего подпитывающего оборудования и отсутствия масла под давлением и др.
Основным преимуществом кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена является высокая надежность кабельных линий, связаннаяс улучшенным качеством кабеля и с технологией монтажа муфт. Кабели с бумажно-масляной изоляцией тяжелее иимеют больший диаметр, чем СПЭ-кабели. Из этого следует, что кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена
74
могут прокладываться большими длинами, при этом увеличивает надежность линий и уменьшается число соединений. Отсутствие жидких компонентов в изоляции дает возможность использовать СПЭ-кабели при различных температурах окружающей среды и без ограничений по разности высот прокладки. Кабельные линии, выполненные СПЭ-кабелями, экологически безопасные и не требуют постоянного обслуживания в процессе эксплуатации.
Следует заметить, что сшитый полиэтилен подходит для изоляции высоковольтных кабелей. При традиционном методе процесс сшивки особо чистого полиэтилена производится химическим способом в «вулкани-зационной трубе» под воздействием пара или азота под высоким давлением (8...9 атм.) и при высокой температуре (285...400 °С). Этот принцип применяется в вертикальных экструзионных линиях. При современной технологии изготовления кабелей в процессе вулканизации полиэтиленовой изоляции меняется молекулярная структура полиэтилена и появляются новые межмолекулярные связи, что приводит к улучшению механических и электрических свойств изоляции.
Токопроводящие медные или алюминиевые жилы СПЭ-кабелей изготавливаются герметизированными. При сечении жилы 1000.1200 мм2 производятся сегментированными для уменьшения поверхностного эффекта. Внешний полупроводящий слой, изоляция, внутренний полупроводящий слой выпрессовываются одновременно из композиций сшиваемого полиэтилена высокой частоты. Толщина слоев контролируется приборами лазерного контроля.
Металлический экран кабеля состоит из спирально наложенной медной ленты и медных проволок. Сечение экрана выбирается по данным протекания токов короткого замыкания. Для обеспечения продольной герметизации применяют слой водонабухающего материала. Для защиты изоляции кабелей от влаги используется оболочка из алюмополимерной ленты, сваренной с полиэтиленовой или ПВХ оболочкой, для радиальной герметизации (см. рис. 1).
— сегментная медная жила (жила Милликен)
2Х — изоляция из СПЭ
(Р) — водоблокирующий слой
К1.0— гофрированная алюминиевая оболочка
Е — защита от коррозии
2У — полиэтиленовая оболочка
Рис. 1. Элементы конструкции СПЭ-кабелей
75
В наше время ведущие зарубежные фирмы разрабатывают и выпускают одножильные СПЭ-кабели на напряжения до 420...550 кВ с сечением токопроводящей жилы до 2500.3000 мм2 и с пропускной способностью до 1000 МВА (табл. 2).
Таблица 2
Характеристики СПЭ-кабелей напряжением 110...500 кВ
Н омин алън о е Сечение Толщина. Вес, Ток нагрузки Передаваемая
напряжение. медной ИЗОЛЯЦИИ. т/км при просадке. мощность при про-
кВ жилы. мм в земле кладке в йемле (на
Ж.Г (на воздухе), А воздухе), МВА
185-1000 15-16 4.6-21 450-1050 50-200
64/110 (600-1500) (300-250)
<132) 1000-1600 34-16 15-28 1050-1450 200-280
(1500-2000) (250-350)
500-1000 23-26 12-26 650-1000 250-380
127/220 (800-1400) (300-550)
(245) 1000-1600 20-23 16-32 3000-1400 380-500
(3400-1900) (500-700)
630-1000 28-32 17-30 750-1000 500-650
230/400 (900-1300) (600-800)
<420) 1000-2500 26-28 20-Ю 950-1400 650,3000
(3300-3800) (900-3200)
290/500 800-1600 32-35 28-1-0 SOO-32QO 700-3000
<525) (900-3500) (750-3300)
Ведущими производителями СПЭ-кабелей являются компании ABB, Pirelli, NEXANS, корпорация SumitomoElectric, NKT Cable.
В России тоже выпускают СПЭ-кабели. Кабели до 110 кВ включительно производит «АББ Москабель». На «Севкабеле» (Санкт-Петербург) введены линии по производству кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена до 220 кВ.
В последние годы за рубежом все больше находят применение трехжильные кабели с СПЭ-изоляцией в стальной трубе (рис. 2). Кабели были специально разработаны для возможности их использования уже в существующих трубах при ремонте старых линий.
— медная жипа
2Х — изоляция из СПЭ
(Р — аодоблохирующий слой
и) — водозащитный слой из
алюмополимермой ленты
2У — полиэтиленовая оболочка
V — сложенные вместе жилы
Р — броня из плоской стальной
проволоки ЭТ — стальная труба
2У — полиэтиленовое покрытие
обозначение типа
Рис. 2. Элементы конструкции трехжильных СПЭ-кабелей 132 кВ
в стальной трубе
Как уже говорилось выше, кабельные линии высокого и сверхвысокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена дешевле, чем мас-лонаполненные кабели с бумажно-масляной изоляцией. В последние годы КЛ высокого и сверхвысокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена находят широкое применение при организации глубоких вводов в центральные районы крупнейших городов мира, так как они обеспечивают минимальный землеотвод и максимальное сохранение окружающей среды.
Из осуществленных в последние годы крупных проектов кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена для передачи большой мощности в городских районах отметим двухцепную подземную КЛ 400 кВ «Восток-Запад» в Берлине с передаваемой мощностью свыше 1 600 МВА. Самой мощной является подземная КЛ 400 кВ, входящая в проект новой инфраструктуры энергоснабжения Лондона (сечение жилы кабеля - 2 500 кв. мм, расчетный ток - 3700 А). КЛ (ShinKeiyo-ToyosuLine) большой длины на напряжение 500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена проложена в Токио. Длина данной линии 40 км, передаваемая мощность - 900 МВт. В будущем хотят увеличить мощность до 1 200 МВт.
Сейчас кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена нашли применение в передачах постоянного тока по технологии HVDC Light с полностью управляемыми вентилями. Данная технология впервые была представлена фирмой АВВ в 1997 г. По технологии HVDC Light была построена самая длинная в мире подземная КЛ постоянного тока с СПЭ-кабелем (Murraylink) в Австралии с номинальным напряжением ±150 кВ и номинальной мощностью 200 МВт. Находящиеся за рубежом и в России разработки преобразователей напряжения дают вожможность рассчитывать на их использование в передачах постоянного тока (ППТ) мощностью до 500 МВт и с более длинными КЛ.
Значительный прогресс в разработке СПЭ-кабелей и преобразователей привел к уменьшению размеров и повышению эксплуатационных показателей ППТ. В сравнении с КЛ переменного тока КЛ постоянного тока с изоляцией из сшитого полиэтилена являются более выгодными, начиная с протяженности кабельной линии в 50... 60 км.
Современные технологии производства кабелей, их монтаж и прокладка приводят к снижению капитальных вложений на сооружение кабельной линии. Ввод новых технологий и материалов в кабельной технике может повысить технические и экономические показатели кабельных линий электропередач.
Список литературы
1. High-voltage «XLPEF-ORMANCE» cable technology / B. Dellby fct al.] // ABB Review. 2000. № 4. 26 p.
77
2. Высоцкий В.С., Сытников В.Е., Илюшин К.В. и др. Сверхпроводимость в электромеханике и электроэнергетике // Электричество. 2005. № 7. С. 31 - 40.
3. Равемарк Д., Нормарк Б. Подземные линии электропередач по технологии HVDC Light // ABB Review. 2005. № 4. 5 с.
4. Черноплеков H.A. Сверхпроводниковые технологии: современное состояние и перспективы практического применения // Вестник РАН. 2001. Т. 71. №4. С. 303-319.
Ключникова Алина Юрьевна, студентка, alinka. klyuchnikova@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CABLE LINES WITH INSULA TED POLYETHYLENE ISOLA TION
A. Y. Klyuchnikovа
The main advantages and disadvantages of cable with XLPE insulation, cable structure are considered. The introduction of new technologies and materials in cable technology can improve the technical and economic performance of cable power lines.
Key words: cable lines, insulation, cross-linked polyethylene, extrusion, coupling, vulcanization.
Klyuchnikova Alina Yurievna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.315
СОВРЕМЕННЫЕ СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ НА НАНОТРУБКАХ
А.Ю. Ключникова
Рассмотрены современные направления усовершенствования силовых кабелей, используя углеродные нанотрубки.
Ключевые слова: наноматериалы, углеродная нанотрубка, нанотехнологии,
кабель.
Кабельная промышленность на сегодняшний день является важной отраслью экономики стран мира, снабжая своей продукцией промышленность, энергетику, отрасль связи, нефтегазовую отрасль, строительство. Становятся жестче требования к кабельно-проводниковым изделиям в зависимости от запросов потребителей и современных требований международных и национальных стандартов, связанных с безопасностью эксплуатации кабелей, особенностями их производства и переработки с учетом экологических норм, и многое другое.
78
