Повышение эффективности работы кабелей от SUDKABEL

Полезные статьи

Улучшение конструкции кабеля, сегментирование токопроводящей жилы (ТПЖ), увеличение допустимую токовой нагрузки силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), имеющих ТПЖ большого сечения, в среднем на 15%.

Применять силовые кабели на напряжение 110 кВ с изоляцией из СПЭ в Германии начали в 1973 г . Сначала их использовали в качестве коротких перемычек в распределительных устройствах, но, с течением времени кабели с СПЭ изоляцией получили всеобщее признание. За два десятилетия они почти вытеснили традиционные кабели с бумажно-маслянной изоляцией (маслонаполненные кабели) . Первые кабели из СПЭ на 220 кВ в Германии были проложены в 1988 г ., а кабель с изоляцией из СПЭ на напряжение 400 кВ впервые в 1996 г . Постоянно растущие требования по нагрузочной способности в сетях высокого и сверхвысокого напряжения в энергосистемах привели к увеличению токопроводящих жил (ТПЖ) кабелей. Для увеличения необходимой пропускной способности производители создают конструкции кабелей с максимальным поперечным сечением ТПЖ 2500 кв. мм . и более. При конструировании ТПЖ больших сечений применяются различные решения, способные значительно увеличить их пропускную способность.

О конструкции кабеля

Наиболее часто используется конструкция кабелей, имеющая слои, защищающие кабель от влаги. Применение алюминиевой фольги, склеенной с внешней полиэтиленовой оболочкой кабелей, предотвращает проникновение влаги в радиальном направлении (поперечная герметизация). Водонабухающие ленты под и над медным проволочным экраном препятствуют распространению влаги вдоль кабельной линии (продольная герметизация).

В наше время ТПЖ производятся из алюминия и меди. Учитывая потребность в передаче больших мощностей, наиболее часто для производства жил кабелей используется медь с повышенной электрической проводимостью. Токопроводящая жила сечением 1000-1200 кв. мм, как правило, выполняется круглой, скрученной из отдельных проволок, и имеет уплотненную конструкцию. По мере увеличения сечения жилы увеличивается сопротивление переменному току, обусловленное поверхностным эффектом (вытеснение тока на поверхность жилы). Для снижения сопротивления жил при производстве силовых кабелей, применяемых в трехфазных сетях, производителями кабелей предпринимаются соответствующие меры. В целях уменьшения поверхностного эффекта ТПЖ разделяют на отдельные части сегментной формы . И после скрутки проволок, полученные сегментированные заготовки обматываются электропроводящими лентами и скручиваются между собой, образуя круглую поверхность жилы кабеля. В результате в каждом таком сегменте возникают многочисленные вихревые токи, и рабочая поверхность жилы увеличивается. В применении такая конструкция позволяет достичь равномерного распределения тока по сечению жилы и уменьшить поверхностный эффект.

Совершенствование конструкции сегментированной жилы

Если отдельные сегментированные заготовки для ТПЖ скручиваются не просто из отдельных проволок, а скручиваемые проволоки при этом изолированы друг от друга, то выше описанное уменьшение поверхностного эффекта может быть еще более ярко выраженным. Существуют также различные способы, которые, при их применении по отдельности или в комбинации друг с другом, помогают достичь желаемого результата.

Можно увеличить контактное сопротивление отдельных проволок, уложенных параллельно, в резултате специальной обработки их поверхностей, например, путем лакировки или оксидирования. Если используется технологии с лакированием отдельных проволок, то возникает необходимость снятия лака при монтаже кабельной арматуры. Иногда для этого необходимо дорогостоящее оборудование. И это является недостатком данного способа. И все же, применение отдельно оксидированных проволок не требует дополнительного оборудования для подготовки к монтажу арматуры поверхности ТПЖ.

Такой желаемый эффект позволяет усилить также и скручивание отдельных сегментов жилы с применением способа однонаправленной скрутки. Замеры уже показали, что вторичное уменьшение поверхностного эффекта возможно и в конструкциях токопроводящих жил, где для продольной герметизации используются нетканые водонабухающие материалы.

Как влияют усовершенствования конструкции ТПЖ на увеличение допустимой токовой нагрузки

Рассчитывается нагрузочная способность силовых кабелей в зависимости от условий их прокладки и свойств окружающей среды на основании методики, подробно описанной в стандарте 60287 Международной электротехнической комиссии (МЭК). В документе также приведены методики расчета сопротивления жилы переменному току при длительной эксплуатации и при максимально допустимой рабочей температуре 90 градусов. При расчетах сопротивления жилы переменному току по сравнению с расчетами сопротивления постоянному току необходимо принимать во внимание два зависящих от частоты параметра: поверхностного эффекта и эффекта близости.

Стандарт МЭК 60287 рассматривает только расчеты кабелей, имеющих ТПЖ с поперечными сечениями до 1600 кв. мм. Для более крупных сечений Международным советом по крупным электроэнергетическим системам CIGRE разработаны дополнительные рекомендации для проведения соответствующих расчетов. В них приведены значения для коэффициентов, которые следует использовать в качестве расчетных величин для оценки поверхностного эффекта и эффекта близости.

Практика показывает, что, начиная с поперечного сечения 1200 кв. мм, использование сегментированных жил по сравнению с многожильными круглыми уплотненными жилами представляется экономически более выгодным. Это значит, что в случае использования сегментированной жилы может быть выбрано меньшее номинальное сечение, нежели при использовании круглой уплотненной жилы. Кроме того, принимая во внимание ограничения по максимально возможным поперечным сечениям токопроводящих жил, становится возможным значительное увеличение максимальной пропускной способности кабельной системы благодаря таким модификациям.

Расчеты допустимой токовой нагрузки для кабельной линии с изоляцией из СПЭ на напряжение 400 кВ при горизонтальной укладке фаз показали, чтозависимость допустимой токовой нагрузки от внесенных модификаций в конструкции ТПЖ возрастает при увеличении поперечного сечения жилы, при этом рост нагрузочной способности может достигать 15% относительно нагрузочной способности круглой многопроволочной уплотненной жилы в аналогичных условиях.

Допустимая токовая нагрузка при прокладке кабеля в земле может быть увеличена независимо от конструкции жилы за счет применения термически стабильных смесей для засыпки траншей. Такой же результат дает и увеличение межфазного расстояния при использовании одностороннего заземления или заземления экранов кабелей с транспозицией. В последнем случае на незаземленном конце или в местах перекрестных соединений экранов возникает индуцированное напряжение, которое появляется при рабочем токе и режимах КЗ. Это напряжение возрастает с увеличением межфазного расстояния. Использование термически стабильных смесей для засыпки траншей при межфазном расстоянии 500 мм в сочетании со всеми вышеописанными усовершенствованиями, внесенными в конструкцию жилы может обеспечить передачу тока > 2000 А (> 1385 МВА на напряжении 400 кВ) для кабеля с поперечным сечением медной токопроводящей жилы 2500 кв. мм.

Резюме

Усовершенствования конструкции сегментированной токопроводящей жилы силовых кабелей на высокое и сверхвысокое напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена способны значительно увеличить допустимую токовую нагрузку. Из этого следует, что для обеспечения требуемой пропускной способности кабельных линий во многих случаях может быть использовано меньшее сечение ТПЖ, и, во-вторых, что допустимая токовая нагрузка жил с максимальным поперечным сечением может быть увеличена на пятнадцать процентов.

Вернуться в разел

Кабель сверхвысокого напряжения с изоляцией из СПЭ на 400 кВ с сегментированной медной жилой сечением 2500 кв. мм

1. Внешняя оболочка из полиэтилена высокой плотности
2. Алюмополимерная лента
3. Водонабухающая лента
4. Экран из медных проволок
5. Внешний э/п слой
6. Изоляция из СПЭ
7. Внутренний э/п слой
8. Многопроволочная уплотненная медная или алюминиевая жила

Распределение тока в сегментированной жиле кабеля из сшитого полиэтилена, стандартная конструкция (нарастающий красный цвет показывает максимальную плотность тока непосредственно на поверхности круглой уплотненной жилы)

Картина распределения тока в сегментированной жиле в кабеле с улучшенными характеристиками (жила, в которой примененные усовершенствования привели к равномерному распределению тока по сечению жилы и внутри сегментов)