ГлашевДС_С3

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Саяно-Шушенский филиал

ПЕРЕВОД НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Проверил ___________ ____________

подпись, дата

Студент ГЭ17-02Б ___________ Д.С. Глашев

номер группы подпись, дата

Саяногорск, 2018

КАБЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Одним из первых шагов в процессе согласования проекта новой линии электропередач является решение о невозможности прокладки воздушной линии (ВЛ). После этого необходимо уточнить, будет ли экструдированный кабель или Газоизолированная линия (ГИЛ) предлагать наилучшее техническое и экономическое решение. Этому вопросу будет посвящена данная техническая брошюра.

Мощность одиночной цепи может быть более высокой при использовании ГИЛ, чем в случае одиночной кабельной цепи. Применение длинных кабелей и ГИЛ может повлиять на компоновку сети. Также параллельное соединение ВЛ / изолированных кабелей / ГИЛ повлияет на сетевое решение. Общие положения по рассмотрению таких вопросов включены в эту брошюру.

Естественно выбрать подземное решение только тогда, когда ВЛ не представляется возможной. Помимо решений для переменного тока, существуют решения для постоянного тока, использующие технологию ЛКП или ПНИ, а в некоторых случаях и сверхпроводящие кабели, которые выходят за рамки данной технической брошюры.

Высокотемпературные сверхпроводные кабели (ВТСП) являются развивающейся технологией и их первые установки находятся в центрах городов с высокой концентрацией электроэнергии, например, Чикаго, Нью-Йорк в США и Эссен в Германии. Эта технология здесь не рассмотрена, так как выполнены только пилотные проекты.

Краткая история эволюции силовых кабелей представлена в Таблице 1.

Таблица 1 Хронология эволюции силовых кабелей

Год	Номинальное (межфазное) напряжение, кВ	Тип кабеля
1890	10	Первый кабель с вязким пропиточным составом - Ферранти
1913	33	Кабель с вязким пропиточным составом
1924	132	Маслонаполненный кабель
1936	220	Маслонаполненный кабель
1947	20	Экструдированный термопластичный полиэтиленовый - ПЭ кабель
1952	400	Маслонаполненный кабель
1960	20	Экструдированный сшитый полиэтиленовый - XLPE кабель
1962	72.5	Первый экструдированный кабель из низкоплотного полиэтилена
1966	138	Экструдированный сшитый полиэтиленовый - XLPE кабель
1969	225	Первый экструдированный кабель из низкоплотного полиэтилена
1974	500	Маслонаполненный кабель
1979	275	Экструдированный сшитый полиэтиленовый - XLPE кабель
1980	1 100	Маслонаполненный кабель (тестовая линия)
1986	420	Экструдированный сшитый полиэтиленовый - XLPE кабель
1988	550	Экструдированный сшитый полиэтиленовый - XLPE кабель
1993	800	Кабель бумажно-полипропиленовым слоистым материалом (тестовая линия)
2004	420	Первый XLPE кабель на 2 500 мм2
2006	420	Первый кабель сверхвысокого напряжения, бессвинцовый

В 1990-х годах внедрение экструдированных кабелей сверхвысокого напряжения до 550 кв нашло применение в некоторых очень важных схемах многих развитых стран. Эти важнейшие схемы хорошо описаны в технической литературе [11], в частности, техническая брошюра СИГРЭ 338[12], которая предоставляет историческую статистику по подземным кабелям в системах передачи энергии и показывает, что процент подземной передачи сильно варьирует между странами, и он уменьшается при более высоких напряжениях.

Наиболее распространенной и простой установкой подземных кабельных систем является прямое захоронение вдоль существующих дорог общего пользования. Когда выбор такого вида трасс является возможным, процедуры получения разрешения на строительство новых подземных линий упрощаются, так как учитывается только один аналог. Это позволяет избежать необходимости вступать в переговоры с большим числом частных собственников.

Стандартное место установки кабелей — это траншеи, расположенные в стороне от дорог, чтобы уменьшить воздействие на траффик. После монтажа кабеля траншеи заполняются отборным грунтом, обладающим хорошими тепловыми свойствами, для лучшего отвода тепла, образующегося при потерях кабелей при полной нагрузке. На рисунке 1 можно увидеть типовой чертеж траншеи для установки одной кабельной системы переменного тока в 400 кВ для передачи мощности порядка 1 000-1 500 МВА.

Рисунок 1: Схема траншеи для монтажа высоковольтных кабелей и работы по прокладке

Рисунок также представляет реальные работы по установке кабелей в траншее, как показано на изображении. Как можно видеть, траншея раскопана вдоль края дороги и ограждения размещены для защиты от интенсивного движения. В большинстве случаев, для передачи необходимой нагрузки будет установлено более одной цепи кабелей. При наличии ограниченной протяженности и препятствий вдоль выбранного маршрута (например, перекрестков), компоновка кабелей может быть изменена, и для преодоления препятствия могут быть приняты другие методы установки. Техническая брошюра СИГРЭ 194 дает указания по строительству, укладке и установке для экструдированных и маслонаполненных кабельных сетей. Там, где установка прямым захоронением в траншеях не представляется возможной по различным причинам, таким как чрезвычайно переполненными подземными участками другими существующими коммуникациями, можно установить кабели в выделенных туннелях общей инфраструктуры. На рисунке 2 показана установка кабелей сверхвысокого напряжения в туннеле.

Рисунок 2: Высоковольтные кабели, установленные в туннеле, около 20 м

под землей в Берлине

Опыт эксплуатации высоковольтных кабелей с экструдированной изоляцией насчитывает более 40 лет для 245 кВ и более 30 лет для 420 кВ, с превосходными показателями. Эту технологию можно теперь рассматривать как закрепившеюся, что наилучшим образом подкреплено имеющимися на рынке материалами и компонентами и гарантировано эффективными стандартами со строгими требованиями, продемонстрированной производительностью в эксплуатации, и имеющимися методами диагностик. Обзор надежности подземных и подводных кабельных сетей имеются в СИГРЭ. Характеристики надежности отдельных элементов оборудования играют решающую роль в безопасности электроснабжения. В настоящее время существуют конкретные и строгие стандарты МЭК и рекомендации СИГРЭ, которые применимы к устройству и требованиям кабельных сетей с целью обеспечения высокого качества и надежности компонентов для проектируемого или расчетного срока службы.

Допустимая токовая нагрузка изолированных кабелей должна быть вычислена согласно серии стандартов МЭК 60287.

Номинальный ток кабельной системы зависит от условий прокладки кабеля; обычно максимальная мощность, которая может быть передана для кабельной системы, находится в диапазоне 1 000-1 500 МВА на цепь (три одножильных кабеля), которая работает при напряжении в диапазоне 420-550 кВ. С помощью принудительного охлаждения в цепь можно передать максимальную мощность в пределах 1 500-2 000 МВА.

ГИЛ и кабельные установки предназначены для определенных номинальных токов. Эти номинальные параметры основаны на требованиях к сети и даются для определенной температуры окружающей среды. ГИЛ и кабели, следовательно, предназначены для удовлетворения требований соответствующих стандартов для максимально допустимых повышений температуры.

Во время нормальной работы ток нагрузки, идущий через ГИЛ или кабели, не должен превышать номинальные длительные токи. В таких случаях речь идет о стабильных условиях. Однако, в некоторых ситуациях цепь может работать с более высокими токами. Это может произойти, если температура окружающей среды ниже 40 °C (расчетное значение). Это также может быть необходимым, когда цепь выходит из строя, и нагрузка должна быть перенаправлена через оставшиеся цепи. В таком случае речь идет о временной перегрузке. В обоих случаях можно выйти за пределы номинальных значений, не ставя под угрозу целостность оборудования.

Максимальный длительный ток определяется производителем, с учетом различных факторов, таких как температура окружающей среды, условия установки, теплового излучения, конвекции и т. д. Независимо от заданных номинальных значений должны соблюдаться максимальные допустимые повышения температуры, определенные в соответствующих стандартах для ГИЛ и кабелей (см. предыдущую главу, посвященную оценке оборудования).

Способность оборудования переносить большой ток связана с его способностью снижения потерь мощности. Эти потери пропорциональны сопротивлению оборудования, умноженному на коэффициент тока n. Этот коэффициент n зависит от характеристик оборудования и, как правило, составляет от 1,6 до 2. Способность снизить потери мощности также зависит от температуры окружающей среды.

В результате, если температура ниже 40 °С, ГИЛ и кабельное оборудование можно эксплуатировать непрерывно при токе выше номинального. Если ток ниже номинального длительного тока, то максимальная температура окружающей среды при эксплуатации оборудования может быть выше 40 °С.

Для высоковольтного оборудования ГИЛ обычно используется следующая формула для оценки допустимого длительного тока (I_s) при заданной температуре окружающей среды в стационарных условиях.

На рис. 3 показана связь между мощностью при наибольшей допустимой нагрузке оборудования и температурой.

Рисунок 3: Связь между мощностью при наибольшей допустимой нагрузке оборудования и температурой

Оборудованию также может быть присвоена мощность при наибольшем допустимом токе более высокая, чем при номинальном токе в течение временного периода при условии, что температура не превышает максимального значения температуры, указанного в соответствующих стандартах ГИЛ или кабелей. Максимальные значения перегрузки зависят от условий предварительной нагрузки, а также константы времени оборудования. На рис. 4 показана связь между повышением температуры оборудования и мощностью перегрузки.

Рисунок 4: Соотношение между повышением температуры оборудования

и мощностью перегрузки

8