International scientific e-journal

ΛΌГOΣ. ONLINE

16 (December, 2020)

e-ISSN: 2663-4139
КВ №20521-13361Р

ENGINEERING AND IT

UDC 620.179.148:621.315.2

EOI 10.11232/2663-4139.16.03

ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СУЧАСНИХ ВИСОКОВОЛЬТНИХ КАБЕЛІВ

АБРАМОВ Сергій Володимирович

здобувач ступеня магістра факультет електроенерготехніки та автоматики

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

 

УКРАЇНА


Анотація. На зміну традиційним маслонаповненим кабелям і кабелям з паперовою просоченою ізоляцією, приходять кабельні лінії нового покоління – з ізоляцією зі «зшитого» поліетилену, що дозволяє істотно підвищити пропускну спроможність кабельних ліній і за рахунок цього збільшити надійність електропостачання споживачів. Нині в промислово розвинених країнах Європи і Америки практично 100% ринку силових кабелів займають кабелі з ізоляцією зі «зшитого» поліетилену.

Ключові слова: зшитий поліетилен; маслонаповнені кабелі; кабельна лінія; паперова ізоляція; XLPE.

Аналіз досвіду експлуатації маслонаповнених кабелів показав, що підвищення їх пропускної спроможності можливе при максимальному збільшенні перерізів жил і рівнів номінальної напруги. Проте, зростання номінальної напруги призводить до ускладнення теплових режимів експлуатації із-за збільшення товщини ізоляційного шару і, отже, діелектричних і активних втрат, а так само втрат в металевих оболонках.

Сьогодні існують наступні об'єктивні чинники, що перешкоджають подальшому використанню маслонаповнених високовольтних кабелів :

- складність конструкції і технології виготовлення кабелю, його монтажу і великі експлуатаційні витрати;

- істотні діелектричні втрати в ізоляції і низька пропускна спроможність із-за обмежень температурного режиму;

- високі вимоги до кваліфікації монтажного і експлуатаційного персоналу;

- можливість розгерметизації маслонаповнених кабелів при проведенні монтажних і аварійно-відновних робіт, що приводить великим втратам масла і екологічному забрудненню довкілля

Останнім часом у вітчизняній електроенергетиці збільшується промислове виробництво і застосування кабелів з ізоляцією із зшитого поліетилену.

Це обумовлено удосконаленням технології виготовлення і конструкції кабелів, пов'язані з підвищенням їх експлуатаційної надійності.

Масове впровадження в електроенергетику кабелів нового покоління може бути здійснене при обліку трьох взаємозв'язаних і таких, що суперечать один одному чинників :

- збільшення межі передаваної потужності;

- підвищення експлуатаційної надійності;

- зниження вартості виготовлення і монтажу, а також експлуатаційних витрат.

- екологічна і електромагнітна сумісність кабелів з техно- і біосферою.

Проте є об'єктивні труднощі, пов'язані з масовим застосуванням кабелів з пластмасовою ізоляцією. Наприклад, в маслонаповнених кабелях локальні порожнечі, що утворюються, не перевищують товщини паперу, заповнюються ізолюючою олією. У кабелях з ізоляцією із СПЭ на стадії виготовлення можуть виникати повітряні мікропорожнини, внутрішні механічні ушкодження і різні включення, що призводить до зниження електричної міцності і скорочення терміну служби ізоляції.

Окрім цього, при проектуванні електропостачання промислових підприємств, технологічний цикл яких пов'язаний з появою в напрузі на шинах їх розподільних пристроїв високочастотної складової напруги і струмів, необхідно передбачати спеціальні заходи, що перешкоджають дії цих гармонійних складових на електроустаткування живлячої мережі, а саме кабельні мережі. Наявність високочастотних струмів призводить до істотних негативних наслідків. Відбувається перегрівання і прискорене теплове старіння ізоляції.

Термін "зшивання" має на увазі обробку поліетилену на молекулярному рівні. Поперечні зв'язки, що утворюються в процесі зшивання між макромолекулами поліетилену, створюють тривимірну структуру, яка і визначає високі електричні і механічні характеристики матеріалу, меншу гігроскопічність, більший діапазон робочих температур

Зшитий поліетилен ідеально підходить для ізоляції високовольтних кабелів. Використовуючи сучасну технологію, процес вулканізації (зшивання) поліетиленової ізоляції робиться хімічним способом в середовищі нейтрального газу при тиску 8-9 атмосфер і температурі 285-400°С. В результаті хімічної реакції змінюється молекулярна структура поліетилену, і утворюються нові міжмолекулярні зв'язки, що призводить до зміни електричних і механічних властивостей речовини. Ізоляція і електропровідні екрани накладаються в процесі потрійної екструзії, після чого відбувається одночасне зшивання усіх трьох шарів. Така технологія забезпечує хорошу адгезію між екранами і ізоляцією, а також відсутність газових включення в ізоляції і на межі з екранами.

Виділяються чотири технології виробництва РЕ-Х :

- пероксидная (нагріваючи у присутності пероксидів);

- силанова (обробка вологою, в яку заздалегідь був імплантований силан + каталізатор);

- електронна (бомбардування електронами);

- азотна.

Поперечні зв'язки, що утворюються в процесі зшивання між молекулами поліетилену, в основному і визначають основні характеристики нового матеріалу такі як, високі діелектричні властивості, ширший діапазон робочих температур і підвищені механічні характеристики.

XLPE кабель може замінити кабель з паперовою ізоляцією практично в усіх випадках. Ці кабелі мають численні переваги, такі як:

- висока пропускна спроможність;

- низька вага, менший діаметр і радіус вигину до 7,5 зовнішніх діаметрів;

- низька ушкодженість;

- поліетиленова ізоляція має малу щільність, малі значення відносної діелектричної проникності і коефіцієнта діелектричних втрат;

- можливість прокладення на складних трасах;

- монтаж без використання спеціального устаткування при температурі до - 10°З;

- значне зниження собівартості прокладення.

Застосування цих кабелів в порівнянні з традиційними в полівінілхлоридній ізоляції дозволяє:

- використати жили меншого перерізу для передачі рівного потоку потужності;

- збільшити тривало допустиму температуру нагріву жил кабелів до 90°С;

- збільшити тривало допустиму температуру нагріву жил кабелів при короткому замиканні до 250 °С.

В основному кабелі випускаються в одножильному виконанні, а застосування різних типів оболонок і можливість герметизації дозволяє використати кабель як для прокладення в землі, так і для кабельних споруд, у тому числі при груповому прокладенні.

Перехід від кабелів з паперовою просоченою ізоляцією до кабелів з ізоляцією із зшитого поліетилену, пов'язаний зі все зростаючими вимогами експлуатуючих організацій до технічних параметрів кабелів. В цьому відношенні переваги кабелів із XLPE очевидні.

Найбільш доцільне і ефективне застосування кабелів із XLPE при:

  • застосуванні на напрузі 10,15,20,35 кВ, попри те, що первинні капітальні витрати на кабель з паперово-масляною ізоляцією будуть нижчі;

  • при необхідності передачі великої потужності, наприклад передача потужності від генератора на шини розподільного облаштування теплової електростанції. В якості альтернативи розглядалися спорудження мідного шинопровода, прокладення 8-12 паперових кабелів або декількох кабелів із XLPE ізоляцією перерізом 630 або 800 кв.мм. Як показує практика, застосування поліетиленових кабелів дозволяє досягти економії не лише за рахунок кабельних ліній, але і за рахунок зменшення витрат на будівельну частину.

  • XLPE кабель рекомендується використати, коли кабель з паперовою ізоляцією максимального перерізу не проходить по пропускній спроможності. Оскільки пропускна спроможність поліетиленового кабелю вище і максимальний переріз жили може досягати 800 мм2 доцільніше використати один кабель великого перерізу. Це стосується і випадків прокладення паралельних кабелів, коли замість двох паралельних кабелів 240 мм2. доцільніше прокласти один кабель перерізом 500 мм2.

  • якщо на трасі прокладення є велика різниця рівнів. При використанні паперово-масляних кабелів відбувається осушення ізоляції кабелів у високих точках, що може спричинити пробій. При цьому навіть невелика різниця рівнів прокладення може стати причиною численних ушкоджень на кабельних лініях;

  • при особливих вимогах до надійності електропостачання, оскільки здатність до пошкодження XLPE кабелів надзвичайно мала.

Узагальнюючи викладене, можна зробити висновок, що застосування в кабельній техніці ізоляційних матеріалів з поліпшеними діелектричними і тепловими властивостями дозволяє істотно підвищити пропускну спроможність кабельних ліній і за рахунок цього збільшити надійність електропостачання споживачів.


СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ:

 

  • Правила улаштування електроустановок (ПУЕ-2018). Вид. офіц. Харків: Форт, 2018. 458 с.

  • ДБН В.2.5-23-2010 Проектування електрообладнання об’єктів цивільного призначення. Вид. офіц. Київ: Міністерство регіонального розвитку та будівництва України, 2010, 103 с.


COMPARATIVE ANALYSIS OF PERFORMANCE CHARACTERISTICS MODERN HIGH VOLTAGE CABLES

ABRAMOV S.,
student of the Faculty of Electrical Engineering and Automation
National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute named after Igor Sikorsky»
UKRAINE

Abstract.
Traditional oil-filled cables and cables with paper impregnated insulation are being replaced by a new generation of cable lines - with "cross-linked" polyethylene insulation, which can significantly increase the capacity of cable lines and thus increase the reliability of electricity supply to consumers. Today, in the industrialized countries of Europe and America, almost 100% of the market for power cables is occupied by cables insulated with "cross-linked" polyethylene.


Keywords: cross-linked polyethylene; oil-filled cables; cable line; paper insulation; XLPE.

© Абрамов С.В., 2020

© Abramov S., 2020

 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

PUBLISHED : 01.12.2020