Диссертация (Разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 КВ), страница 3

При их проектировании особое вниманиенеобходимо уделять экономическим аспектам выбора параметров линии.Основными нормативными документами для проектирования кабельныхлинийявляютсяПравилаустройствэлектроустановок(ПУЭ),Правилатехнической эксплуатации (ПТЭ), строительные нормы и правила (СНиП),государственныестандарты(ГОСТ).Насегодняобъемнормативнойдокументации не отвечает запросам отрасли для внедрения кабелей с изоляциейиз сшитого полиэтилена [30]. СНиПы и ГОСТы редко обновляются и не успеваютза технологическим прогрессом.

Об изоляции из сшитого полиэтилена в ПУЭ ненаписано. Подобная ситуация является катализатором ошибок проектировщиков,монтажников, ведет к авариям при эксплуатации, неизбежным при столкновениис новой техникой. В таких условиях требуется разработка единого подхода кпроектированию кабельных линий.Главным вопросом при проектировании кабельной линии является выборсечения токоведущей жилы. Увеличение пропускной способности кабеляпозволяет уменьшать выбранное сечение жилы и сэкономить на его цене.1.3Анализ пропускной способности кабельной линииВыбор сечения кабелей с бумажной пропитанной изоляцией ниже 110 кВрегламентирован ПУЭ и производится по экономической плотности тока с15проверкой по пропускной способности и термической стойкости к токамкороткого замыкания [31].Для маслонаполненных кабелей напряжением выше 110 кВ выбор сеченияпо экономической плотности тока не имеет смысла, поскольку сечениясоответствующей экономической плотности меньше, допустимых по пропускнойспособности.

Экономические сечения жил – это сечения, для которых суммастоимостей капиталовложений и потерь электроэнергии минимальна. Длявысоковольтных кабелей они существенно меньше, чем для кабелей меньшихнапряжений из-за большей стоимости кабельных линий и меньших потерьэлектроэнергии [32].Выбор сечения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, как насреднее, так и на высокое напряжение по экономической плотности также неимеет смысла из-за еще более высокой стоимости кабельной продукции.Таким образом, основным критерием для выбора сечения этих кабелейявляется предельная токовая нагрузка, зависящая от допустимой температурытоковедущей жилы и изоляции.Расчет номинальной токовой нагрузки в соответствии с [33] основан напараметрах теплового режима кабеля.I  Wd (0,5T1  T2  T3  T4 )RT1  R(1  1 )T2  R(1  1  2 )(T3  T4 ),(1.1)где  – разница температур между токоведущей жилой и окружающейсредой, °С; Wd – диэлектрические потери на единицу длины, Вт/м; Т1 – тепловоесопротивление между жилой и металлическим экраном, °С∙м/Вт; Т2 – тепловоесопротивление между металлическим экраном и броней, °С∙м/Вт; Т3 – тепловоесопротивление наружного покрова, °С∙м/Вт; Т4 – тепловое сопротивлениеокружающей кабель среды, °С∙м/Вт (для земли эта величина обусловленапроцессом теплопроводности, а для воздуха - процессом конвекции и излучения);R – электрическое сопротивление токопроводящей жилы переменному току примаксимально допустимой температуре жилы, Ом/м; 1, 2 – отношение общих16потерь в металлических экранах и броне к сумме потерь в токопроводящихжилах.Способыувеличенияпропускнойспособностиосновываютсянарационализации теплового режима: улучшении условий теплоотвода илиуменьшении тепловыделения.

К ним относятся: уменьшение потерь, применениезасыпочных составов с пониженным тепловым сопротивлением, увлажнениезасыпочногоматериала,улучшениетеплоотводапутемрациональногорасположения кабелей, внедрение систем искусственного охлаждения кабелей[20]. Эти способы не равноценны как по эффективности, так и по затратам,необходимым для их осуществления.Наиболее эффективным и при этом наиболее сложным путем увеличенияпропускной способности является искусственное охлаждение кабеля. Способоснован на использовании потока жидкости для отвода тепла, выделяемогокабелем при его работе. Для его реализации необходима разработка специальныхконструкций кабелей с внутренним каналом, обеспечивающим циркуляциюохладителя.

Требуется изменение существующих технологий производствакабелей, а также конструкций насосных станций и оборудования для питаниясистемы охлаждения, изолированных на полное рабочее напряжение линии всвязи с тем, что охладитель соприкасается с токоведущей жилой. Решение этихвопросов является задачей исполнения кабельной продукции следующегопоколения.Допустимая нагрузка на кабель, проложенный в земле, зависит от внешнеготеплового сопротивления кабеля, которое определяется удельным тепловымсопротивлением грунта. Занижение расчетного значения может привести кместному перегреву кабеля и даже тепловому пробою. Распространение тепла вгрунте связано с рядом факторов, из которых определяющими являютсятеплопроводность частицгрунта,передачатепла впустотах,частичнозаполненных влагой, связанная с проводимостью воздуха и влаги.

Распределениечастиц в грунте сказывается на тепловом сопротивлении вследствие изменениячисла точек соприкосновения между частицами с одной стороны, либо изменения17пористости с другой. Таким образом, тепловое сопротивление грунта может бытьснижено при улучшении состава почвы: увеличении содержания частиц с низкимудельнымтепловымсопротивлением,увеличенииплотности,увеличениисодержания влаги.Внешнеетепловоесопротивлениекабелязависитотвзаимногорасположения кабелей. Расположение кабелей треугольником является наиболееудобным при монтаже, но не может считаться оптимальным с точки зренияотвода тепла от кабелей. Наиболее перспективным с точки зрения увеличенияпропускнойспособностивыглядитрасположениекабелейввершинахравностороннего треугольника на определенном расстоянии друг от друга.

Крометого, на внешнее тепловое сопротивление влияет глубина заложения кабеля. Нопри этом необходимо учитывать, что при увеличении расстояния между осямикабелей при двухстороннем заземлении экранов пропускная способность кабеляухудшается из-за возрастания токов в экране.Для маслонаполненных кабелей известна проблема потерь в заземленныхметаллических оболочках [20,32]. Они связаны с материалом оболочки, еегеометрическими размерами и взаимным расположением кабелей. Пока набольшинстве линий низкого давления монтировались бронированные кабели,либо кабели со слоистыми защитными покровами, применялась схема сзаземлением кабелей с двух концов.

Внедрение шланговых защитных покрытийпозволило применять схемы соединения оболочек, исключающих потеримощности в них. При такой схеме соединения экранов на оболочках наводитсянапряжение. Требовалось применение ограничивающих устройств и повышениеэлектрической прочности, которая у шланговых покрытий оказалась больше, чему применяемых ранее материалов.Для линий с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена среди способовувеличения пропускной способности особую актуальность представляет выборсхемы заземления экранов, исключающей потери мощности. Решение этоговопросаявляетсятехнологическим,обоснованности применения.требующимточногорасчетаи181.4Проблема выбора способа заземления металлических экрановВ кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена металлический экраннеобходим для отвода в землю емкостных токов и токов короткого замыкания исоздания нулевого потенциала на поверхности кабеля.

Для выполнения своихфункций экран должен быть присоединен к заземляющему устройству. Припрокладке кабеля экран заземляют на концах кабельной лини, в местах, где естьфизическая возможность вывести его наружу – перед концевыми муфтами, и естьконтур заземления.Существуют три основных способа соединения экранов: двухстороннее,одностороннее и транспозиция экранов. Важной характеристикой системызаземления экранов является протекание или отсутствие токов в экранныхконтурах. Введем классификацию систем заземления экранов по этому признаку(рисунок 1.2).Системы заземления экрановС протеканием тока поэкрану:«замкнутые» системыДвухстороннеезаземлениеС отсутствием тока в экране:«разомкнутые» системыОдностороннеезаземлениеТранспозицияэкрановРисунок 1.2 – Классификация систем заземления экрановПри протекании тока по экрану кабеля возникают потери мощности вэкране.

Из выражения (1.1) видно, что отношение потерь мощности вметаллическом экране к потерям мощности в жиле 1 влияет на пропускнуюспособность токопроводящей жилы. Для «разомкнутых» систем 1 равна нулю,19поэтому пропускная способность кабеля при использовании одностороннегозаземления экранов или транспозиции выше, чем при двухстороннем заземленииэкранов.Вопрос выбора энергоэффективной системы заземления экранов кабельнойлинии на сегодняшний день не имеет однозначного ответа, однако являетсяактуальным с точки зрения конкретной прикладной задачи. Для ее решениянеобходимо воспользоваться рекомендациями, описанными в теоретическихработах М.В.

Дмитриева [34], вывести критерий сравнения систем, используянаучные положения о расчетах параметров систем заземления экранов.Предлагаемыйвкачествекритериявыборасистемызаземленияминимальный среднегодовой ток в жиле также не является оптимальным. Припроектировании кабельной линии в системах электроснабжения величинапотребляемой мощности на нагрузке является исходным данным.