Диссертация (Исследование, разработка и усовершенствование конструкций переходных соединительных муфт для кабелей на напряжение 110-220 кВ)

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТКАБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИНа правах рукописиВетлугаев Сергей СергеевичИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕКОНСТРУКЦИЙ ПЕРЕХОДНЫХ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТ ДЛЯКАБЕЛЕЙ НА НАПРЯЖЕНИЕ 110 - 220 КВ
Специальность 05.09.02 – «Электротехнические материалы и изделия»ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:Кандидат технических наук,Макаров Л.Е.Москва 2015H2ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................4Глава  1.  Анализ существующих конструкций переходныхсоединительных муфт. Методы расчета электрических полей вкабельной арматуре.

..............................................................................81.1. Классификация кабельной арматуры высокого напряжения. Конструкциипереходных соединительных муфт. ......................................................................81.2. Материалы и технологии изготовления изоляции высоковольтнойкабельной арматуры. ............................................................................................151.3. Методы расчета электрических полей, а также компьютерные программы,созданные на базе этих методов и их применение для конструированиякабельной арматуры. ............................................................................................261.4 Основные задачи диссертационной работы.

...............................................36Глава  2. Исследование отказов муфт высокого напряжения впроцессе эксплуатации с точки зрения надежности конструкций,распределения напряженности электрического поля. Постановказадачи электрического расчета. ........................................................382.1. Анализ причин повреждения кабельных муфт высокого напряжения. ...382.2. Конструкция прототипа переходной соединительной муфты и определениеее расчетных областей.

........................................................................................522.3 Регулирование напряженности электрического поля в переходной муфте..................................................................................................................................57Глава 3. Исследование электрической прочности и разработкаконструкции переходной соединительной муфты на напряжение110 кВ. Рекомендации по разработке конструкции переходноймуфты на напряжение 220 кВ. ............................................................633.1.

Исследование электрической прочности расчетных областей конструкциипереходной соединительной муфты. ...................................................................633.2. Расчет конструктивных размеров переходной соединительной муфты.Методика электрического расчета. ....................................................................743.3 Особенности конструирования переходной муфты на напряжение 220 кВдля энергосистем РФ. ...........................................................................................81Глава 4.

Практическое применение результатов работы. ............854.1 Конструкция промышленного образца переходной соединительной муфтытипа МПМНМ-МС-110. ...........................................................................................854.2. Рекомендации по монтажу и эксплуатации, разработанной конструкцииH3переходной муфты. ...............................................................................................894.3. Оценка надежности разработанной переходной муфты, основанная наопытных данных и эксплуатации в промышленных масштабах.

......................93Выводы по диссертационной работе ................................................97Список литературы. ............................................................................100Приложение 1. .....................................................................................107H4ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Для передачи электроэнергии в крупных городахРоссии применяются высоковольтные кабельные линии (КЛ), в основном нанапряжение 110 и 220 кВ.

Неотъемлемым элементом любой кабельной линииявляется кабельная арматура (соединительные, концевые муфты). Муфтыпредставляют собой сложные конструкции, имеющие внутреннюю и внешнююизоляцию. Надежность и эффективность работы высоковольтных кабельныхлиний во многом определяется конструкцией и технологией монтажа кабельнойарматуры.Внедрение силовых кабелей высокого напряжения 110 и 220 кВ в Россииначалось с разработки и монтажа маслонаполненных кабелей (МНК) и арматуры,которые, обладая высокой надежностью, работают уже более 70 лет, но в тожевремя имеют ряд недостатков, связанных с эксплуатацией и монтажом.Протяженность существующих высоковольтных КЛ на основе МНК, в г.

Москвесоставляет порядка 430 км в трехфазном исчислении (данные 2013 г.)Давление кабельного масла внутри свинцовой оболочки МНК изменяетсявследствие циклической нагрузки кабельной линии. Это приводит к еемеханическому старению и появлению в ней трещин, через которые вытекаеткабельное масло. Вытекающее в грунт масло наносит не только экономический,но и экологический ущерб. В этом случае требуется либо ремонт поврежденнойстроительной длины КЛ, либо ее замена.Для замены строительных длин МНК на напряжение 110 и 220 кВ внастоящее время может быть использован кабель с изоляцией из сшитогополиэтилена (СПЭ), так как МНК в РФ не производится. Следовательно,возникает задача соединения строительных длин кабеля с различными видамиизоляции. Для этих целей применяют специальный вид кабельной арматуры переходные соединительные муфты.

При строительстве новых объектов возникаетнеобходимость перекладки с заменой существующей МН КЛ на кабель сизоляцией из СПЭ, и в этом случае также имеет смысл применения переходныхH5муфт. Использование при сооружении КЛ переходных соединительных муфт даетвозможность постепенно, строительными длинами, заменить во всей КЛ МНК накабель с изоляцией из СПЭ, повысив ее пропускную способность и исключивпопадание масла в грунт.В этой связи, особую актуальность приобретает вопрос разработкипереходных соединительных муфт, так как эти муфты являются решением задачичастичной замены МН кабельных линий, а в перспективе дают возможностьполностью заменить выработавший свой срок службы МНК кабелем новогопоколения - с изоляцией из СПЭ. Настоящая диссертация посвящена проблемампроектирования переходных соединительных муфт на напряжения 110 кВ и 220кВ.Цели работы.1.Разработка методики электрического расчета изоляции переходныхмуфт для кабелей высокого напряжения.2.Проектирование конструкции переходных соединительных муфт нанапряжение 110 кВ.3.Представление рекомендаций по проектированию переходных муфт нанапряжение 220 кВ.Для достижения поставленных целей необходимо решить следующиезадачи:- проанализировать существующие технологии изготовления изоляции муфти выбрать технологическую схему формирования изоляции для разрабатываемойпереходной муфты;- прове сти анализ суще ствующих численных методов расчетаэлектрического поля и выбрать программу для электрического расчетакабельных муфт и адаптировать ее для конструирования переходнойсоединительной муфты;H6- для определения критических в отношении электрической прочностиобластей переходной соединительной муфты провести анализ причинповреждения кабельной арматуры высокого напряжения;- провести исследования электрической прочности материалов изоляциимуфты и на их основе уточнить допустимые напряженности электрическогополя в переходной соединительной муфте;- разработать методику электрического расчета переходной соединительноймуфты на напряжения 110 кВ и 220 кВ на основе дополнительного модуля кпрограмме Elcut;Научная новизна.

В диссертационной работе получены следующиерезультаты, имеющие научную новизну:- на основе проведенного анализа причин и механизмов поврежденийкабельной арматуры определены расчетные области конструкции переходноймуфты;- в п е р в ы е э кс п е р и м е н т а л ь н о о б о с н о ва н в ы б о р д о п у с т и м ы хнапряженностей электрического поля для многослойной электроизоляционнойсистемы переходной муфты;- разработ ана методика элект риче ского расчет а переходныхсоединительных муфт на основе дополнительного модуля к программе Elcut.Практиче ская значимость. Разработ анная автором методикаэлектрического расчета применена при проектировании переходнойсоединительной муфты МПМНП-МС-110 на напряжение 110 кВ.

Также данырекомендации по конструированию муфт на напряжение 220 кВ. Даннуюметодику расчета в дальнейшем можно использовать при проектированиивысоковольтной кабельной арматуры.H7Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работыреализованы в виде конструкции переходной соединительной муфты МПМНПМС-110 по ТУ 16.К71-284-1999.В настоящее время в энергосистеме г. Москвы эксплуатируются 159переходных соединительных муфт, конструкция изоляция которых разработана наоснове методики электрического расчета при непосредственном участии автора.Апробация работы. Основные положения и результаты работыдокладывались и обсуждались:- на 3 конференциях молодых специалистов;- на секции НТС ОАО «ВНИИКП».Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 3статьи и получен патент на полезную модель.Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав, заключения, одного приложения и списка литературы.Материал изложен на 112 страницах текста и иллюстрирован рисунками. Списоклитературы содержит 71 наименование.Основные положения, представляемые к защите:- результаты исследований различных конструкций вышедших из строямуфт и обоснованный подход к выбору допустимой напряженностиэлектрического поля;- методика электрического расчета переходной муфты, котораяосновывается на дополнительно разработанном автором диссертации модуле кпрограмме Elcut;- конструкция переходной соединительной муфты на напряжение 110 кВ;- рекомендации по разработке конструкции переходной муфты нанапряжение 220 кВ.H8Глава 1.