Разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 кВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Быстров, Алексей Вадимович

• Быстров, Алексей Вадимович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Быстров, Алексей Вадимович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена

1.2 Нормативная база для проектирования кабельных линий

1.3 Анализ пропускной способности кабельной линии

1.4 Проблема выбора способа заземления металлических экранов

Выводы к главе 1

ГЛАВА 2 ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ

2.1 Анализ электромагнитных процессов в кабеле

2.2 Расчет параметров кабеля

2.3 Схемы соединения экранов

2.3.1 Двухстороннее заземление экранов

2.3.2 Одностороннее заземление экранов

2.3.3 Транспозиция экранов

Выводы к главе 2

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ ОДНОЖИЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ

3.1 Постановка задачи

3.2 Составление алгоритма исследования

3.3 Выбор кабелей

3.3.1 Выбор трассы кабельной линии

3.3.2 Выбор сечения токопроводящей жилы

3.3.3 Выбор сечения экрана

3.4 Расчет параметров «разомкнутой» системы заземления экранов

3.5 Расчет параметров «замкнутой» системы заземления экранов

3.6 Экономическое сравнение систем заземления

Выводы к главе 3

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ВЫБОРА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ

4.1 Обзор существующих решений

4.2 Описание программы

4.3 Разработка структуры программы

4.3.1 Ввод исходных данных

4.3.2 Обработка базы данных кабелей

4.3.3 Проведение расчета

4.3.4 Генерация отчета

4.4 Расчетно-экспериментальное исследование

Выводы к главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 кВ»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

В вопросе электроснабжения предприятий, организаций, городов важная роль отведена исследованию кабельных линий, улучшению технологий их производства, проектирования и эксплуатации.

Силовые кабели на напряжение выше 1000 В распространены по большей части в распределительных сетях среднего напряжения 6-35 кВ, встречаются на линиях электропередачи напряжением от 110 кВ и выше.

В настоящее время актуален вопрос перевода части воздушных линий в кабельные. Так, например, для подстанций глубокого ввода (ПГВ) в крупных городах сооружение питающих линий в воздушном исполнении затруднительно. К тому же в виду тенденции на строительство подстанций закрытого типа на базе комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) все большее предпочтение отдается кабельным линиям. Площадь отвода земли для строительства кабельной линии во много раз меньше по сравнению с воздушной линией того же напряжения. Кабельные линии электропередачи в условиях мегаполиса являются наиболее приемлемым решением: они позволяют высвободить для дальнейшего строительства участки дорогостоящей городской земли, которые сейчас занимают воздушные линии, практически полностью защищены от внешних воздействий - грозовых разрядов, ветра и низких температур, вандализма, не изменяют исторический облик города.

В настоящее время в России ведется активное внедрение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена для всех уровней среднего и высокого напряжений. В конструкции этих кабелей имеется металлический экран, предназначенный для отвода токов короткого замыкания в заземляющее устройство. Наибольшее распространение получили кабели одножильного исполнения. В линиях электропередачи с применением одножильных кабелей схема заземления металлических экранов влияет на пропускную способность, то есть на передаваемую мощность. Схемы соединения экранов могут быть с

двухсторонним заземлением, односторонним заземлением и транспозицией экранов. При двухстороннем заземлении экранов протекание тока по экрану кабеля в нормальном рабочем режиме вызывает потери мощности, которые снижают пропускную способность кабельной линии. Исключить ток в экране можно с помощью одностороннего заземления или транспозиции экранов. Однако это требует дополнительных капиталовложений.

На сегодняшний день ни один государственный норматив не предусматривает расчет сечения токопроводящих жил кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, учет возможности применения способов заземления с отсутствием токов в экране кабеля. Различные энергоснабжающие организации пытаются вводить правила и стандарты по проектированию и обслуживанию кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена, что приводит к разночтениям и имеет рекомендательный характер. Причем внимание уделяется в основном линиям на напряжение 110 кВ и выше, хотя проблема заземления экранов не теряет актуальности и для кабелей на среднее напряжение 6-35 кВ.

Вопрос выбора системы заземления экранов кабельной линии на сегодняшний день не имеет однозначного ответа. В различных источниках, в том числе в руководствах по проектированию от кабельных заводов, выбор системы заземления объясняется условными понятиями «большой длины» кабельной линии, «высокой нагрузкой» при протекании больших токов по жиле кабеля, маленьким коэффициентом использования пропускной способности. При этом выбор границы, за которой линия становится «большой», нагрузка «высокой», а пропускная способность недостаточной остается на совести проектировщика и носит субъективный характер.

С решением этой проблемы сталкиваются при проектировании и эксплуатации линий с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена. Данный вид новой кабельной продукции не имеет широкой нормативной базы, необходимо наличие единых технологических норм и правил в электротехническом комплексе, методик по выбору систем заземления экранов.

В связи с этим разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов для кабельных линий 6-500 кВ является актуальной.

Степень разработанности темы. Понятия о способах заземления экранов не раскрыты в отраслевых нормативных документах, имеют место лишь в стандартах отдельных организаций, рекомендуются к применению на линиях напряжением от 110 кВ и выше, несмотря на то, что оказывают влияние и на кабели среднего напряжения.

Поэтому нельзя однозначно подходить к выбору системы заземления экранов одножильных силовых кабелей при проектировании и эксплуатации кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Цель диссертационной работы состоит в том, чтобы определить однозначный критерий выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляций из сшитого полиэтилена на напряжения 6-500 кВ.

Научной задачей является разработка теоретических положений по расчету сечения токопроводящей жилы с учетом режима работы экрана и создание методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных кабелей для линий напряжением 6-500 кВ в системах электроснабжения.

Научная новизна заключается в том, что для одножильных силовых кабелей на напряжение 6-500 кВ предложена математическая модель для выбора сечения токопроводящей жилы, которая, учитывая схему соединения экранов, позволяет определить потери мощности и наведенное напряжение на экране. На основании математической модели разработана методика выбора энергоэффективной системы заземления экранов трехфазной группы, по которой проводится экономическое сравнение. Предложен критерий выбора, определяющий относительную окупаемость «разомкнутой» системы заземления с отсутствием тока в экранах по отношению к «замкнутой», в экранах которой протекают паразитные токи.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическую значимость работы заключается в разработке математической модели и методики

выбора системы заземления одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Практическую значимость представляет разработанная компьютерная программа «Screen Bonding Method» для операционной системы Windows (приложение А), реализованная по предложенной методике выбора энергоэффективной системы заземления экранов. Экспериментальное применение программы было осуществлено в проекте распределительной сети 20 кВ инновационного центра «Сколково». В настоящий момент программа внедрена в проектную деятельность ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ» (приложение Б) и московского филиала ОАО «ЭНЕКС» (приложение В).

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы положения из теорий электрических цепей, электрических сетей, электроснабжения и методы компьютерного моделирования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Рекомендации по учету режима работы экрана при расчете сечения жилы в зависимости от системы заземления экранов.

2. Методика выбора энергоэффективной системы заземления экранов по алгоритму расчета двух вариантов исполнения кабельной линии и их технико-экономическому сравнению.

3. Использование критерия выбора для однозначного определения системы заземления экранов.

4. Программа для ЭВМ, реализованная по разработанной методике для автоматизации процесса проектирования.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- П-й всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Измерения, контроль и диагностика -2012» (Ижевск, 2012) [1];

- УИ-й международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2012) [2];

- УШ-й международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2013) [3];

- 1Х-й международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2014) [4];

- Х1Х-Й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2013) [5];

- ХХ-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2014) [6];

- Х1-Й международной научно-практической интернет-конференции «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» (Орел, 2013) [7];

- 1У-й международной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2012) [8];

- Ш-й всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (Тольятти, 2014)

[9];

- У1-й всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими процессами» (Тула, 2012) [10];

- Х1Л1-Й всероссийской молодежной научно-практической конференции (с международным участием) «Фёдоровские чтения -2012» (Москва, 2012) [11];

- ХЫП-й всероссийской молодежной научно-практической конференции (с международным участием) «Фёдоровские чтения -2013» (Москва, 2013) [12].

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук [13,14]. Одна работа сдана в издательство и готовится к публикации [15]. Программа, разработанная в диссертации, получила свидетельство о регистрации программы для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности [16].

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 62 наименований и 4 приложений. Материал изложен на 92 страницах текста и иллюстрирован 32 рисунками.

ГЛАВА 1 КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена

Силовые кабели классифицируются по номинальному напряжению, току, а также по виду изоляции токоведущей жилы [17].

Опыт применения кабельной продукции на сегодняшний день насчитывает более сотни лет. Кабельная промышленность постоянно развивается, совершенствуются технологии, появляются новые изоляционные материалы. Долгое время для среднего напряжения (6-35 кВ) применяются кабели с пропитанной бумажно-масляной изоляцией, а для высокого напряжения (110-500 кВ) - маслонаполненные кабели низкого и высокого давления [18,19,20].

В целом технологический процесс изготовления кабелей с пропитанной маслом бумажной изоляцией сложен и малопроизводителен. Применение металлической оболочки удорожает и утяжеляет конструкцию. Из-за стекания пропиточного состава имеются ограничения при вертикальных прокладках. Использование масла в качестве изолирующей среды, свинцовой защитной оболочки также отрицательно сказывается на экологии.

С начала 60-х годов прошлого века дальнейший прогресс в технологии изготовления кабелей во всём мире связан с развитием полимерной изоляции. Применение пластмасс для изоляции кабелей упрощает их изготовление. Процесс выдавливания пластмассы имеет преимущества перед обмоткой бумажными лентами. Пропадает необходимость сушки и пропитки изоляции, облегчается конструкция, упрощается процесс прокладки кабеля.

Среди пластмасс особыми диэлектрическими свойствами выделяется полиэтилен. Он обладает высокой электрической прочностью, меньшей диэлектрической проницаемостью, малым значением тангенса угла диэлектрических потерь, хорошей гибкостью и влагостойкостью [21]. Полиэтилен может быть получен в очень чистом виде, что позволяет применять его при высоких напряженностях электрического поля.

Наиболее подходящим для изоляции кабелей материалом является сшитый полиэтилен (СПЭ). Высокий температурный коэффициент линейного расширения полиэтилена (0,00015-0,00018 0С_|) приводит к появлению в нем высоких механических напряжений при смене температуры, что вызывает снижение срока службы изоляции. В целях повышения нагревостойкости полиэтилен подвергают сшиванию, при котором линейная структура переходит в пространственную. Нагревостойкость такого материала выше и может достигать 90°С в длительном режиме работы и 250°С при коротких замыканиях.

Существуют три основных способа сшивания полиэтилена низкой плотности: пероксидный, силанольный и радиационный [22]. Для изоляции силовых кабелей на рабочее напряжение 6 - 500 кВ в мире пока отдано предпочтение сшитому полиэтилену на основе пероксидов.

Изготовление сшитой изоляции по пероксидному способу осуществляется на кабельных линиях непрерывной вулканизации. В едином технологическом процессе происходит наложение трех слоев полимеров (экрана по жиле, изоляции и экрана по изоляции) с их вулканизацией в среде азота под давлением до 14 атмосфер и при температуре до 450°С. «Сухой» процесс пероксидной сшивки позволяет производить кабели на напряжение от 6 до 500 кВ (рисунок 1.1).

12 345 678 9

Рисунок 1.1 - Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена: 1 - алюминиевая или медная токопроводящая жила, 2 - экран по жиле из полупроводящего сшитого полиэтилена, 3 - изоляция из сшитого полиэтилена, 4 - экран по изоляции из полупроводящего сшитого полиэтилена, 5 - водоблокирующий слой, 6 - экран из

медных проволок, 7 - водоблокирующий слой, 8 - слой алюмополимерной ленты,

9 - оболочка из полиэтилена

Кабели могут быть как трехжильного, так и одножильного исполнения. Одножильные кабели получили более широкое распространение благодаря меньшему наружному диаметру, большим строительным длинам и возможным сечениям токопроводящей жилы, а также удобству при прокладке и эксплуатации.

Жилы изготавливают из меди или алюминия. Бывают секторные или многопроволочные. Для борьбы с частичными разрядами между жилой и изоляцией наносят полупроводящий слой из триингостойкого сшиваемого полиэтилена. Разделительные слои выполняются из полупроводящей водоблокирующей ленты, которая при повреждении кабеля препятствует распространению влаги в области экрана. Медный экран состоит из проволок и скрепляется медной лентой. Наружная оболочка кабеля выполняется из полиэтилена высокой плотности или ПВХ-пластиката [23,24,25].

Впервые полиэтилен был применен для силовых кабелей на напряжение 5 кВ в США в 1944 году. В 1963 году компанией General Electric была разработана изоляция из сшитого полиэтилена. Первым российским производителем кабеля с изоляцией из СПЭ в 1996 году стал «АББ Москабель», использующий технологию пероксидной сшивки полиэтилена (XLPE).

В таких странах, как США и Канада кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена занимают 80-85% на рынке силовых кабелей 10 — 220 кВ. В Германии и Дании эта цифра возрастает до 95%, а во Франции, Японии, Финляндии и Швеции — до 100%.

В последнее время в России ведущие энергосистемы также ориентированы на использование кабелей с изоляцией из СПЭ при прокладке новых кабельных линий и замене либо капитальном ремонте старых [26]. Производство кабелей с бумажной изоляцией сокращается, а номенклатура кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена постоянно растет.

Подводя итог вышесказанному, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена имеют ряд преимуществ перед кабелями с бумажной пропитанной изоляцией по физико-механическим, диэлектрическим и технологическим свойствам [27,28,29]:

- длительно допустимая температура (90°С), допустимый нагрев при перегрузках (130°С), предельно допустимая температура при протекании тока короткого замыкания (250°С) на 25% больше, чем для соответствующих кабелей с бумажной изоляцией;

- большая пропускная способность за счёт увеличения допустимой температуры жилы;

- большой выдерживаемый ток короткого замыкания;

- меньший тангенс угла диэлектрических потерь;

- меньшая диэлектрическая проницаемость;

- меньший вес, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку кабеля;

- возможность вести монтажные работы при температурах до -20°С без предварительного подогрева, благодаря использованию полимерных материалов для изоляции и оболочки;

- низкая удельная повреждаемость;

- отсутствие жидких компонентов, ограничений по разнице уровней прокладки, что уменьшает время и стоимость монтажных работ;

- большие строительные длины.

Помимо преимуществ, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена имеют и существенный недостаток. Для пластмассовой изоляции в отличие от бумажной пропитанной характерно отсутствие эффекта самозалечивания изоляции. При однофазных замыканиях на землю в распределительных сетях среднего напряжения с изолированной нейтралью при пробое твердого диэлектрика кабель не может восстановить свою электрическую прочность, что приводит к аварийному режиму. Именно поэтому для применения кабелей из сшитого полиэтилена необходимо введение резистивно-заземленной нейтрали для отключения замыканий на землю релейной защитой.

1.2 Нормативная база для проектирования кабельных линий

Проектирование кабельных линий среднего (6-35 кВ) и высокого (110500 кВ) напряжения является ответственной задачей в вопросе электроснабжения. Применяемые решения должны соответствовать высоким требованиям по надежности и сохранности кабельной продукции, а также обеспечению безопасности и здоровья людей, связанных с прокладкой и последующей эксплуатации линии.

Кабельные линии являются одним из наиболее дорогостоящих элементов электроэнергетических систем. При их проектировании особое внимание необходимо уделять экономическим аспектам выбора параметров линии.

Основными нормативными документами для проектирования кабельных линий являются Правила устройств электроустановок (ПУЭ), Правила технической эксплуатации (ПТЭ), строительные нормы и правила (СНиП), государственные стандарты (ГОСТ). На сегодня объем нормативной документации не отвечает запросам отрасли для внедрения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена [30]. СНиПы и ГОСТы редко обновляются и не успевают за технологическим прогрессом. Об изоляции из сшитого полиэтилена в ПУЭ не написано. Подобная ситуация является катализатором ошибок проектировщиков, монтажников, ведет к авариям при эксплуатации, неизбежным при столкновении с новой техникой. В таких условиях требуется разработка единого подхода к проектированию кабельных линий.

Главным вопросом при проектировании кабельной линии является выбор сечения токоведущей жилы. Увеличение пропускной способности кабеля позволяет уменьшать выбранное сечение жилы и сэкономить на его цене.

1.3 Анализ пропускной способности кабельной линии

Выбор сечения кабелей с бумажной пропитанной изоляцией ниже 110 кВ регламентирован ПУЭ и производится по экономической плотности тока с

проверкой по пропускной способности и термической стойкости к токам короткого замыкания [31].

Для маслонаполненных кабелей напряжением выше 110 кВ выбор сечения по экономической плотности тока не имеет смысла, поскольку сечения соответствующей экономической плотности меньше, допустимых по пропускной способности. Экономические сечения жил - это сечения, для которых сумма стоимостей капиталовложений и потерь электроэнергии минимальна. Для высоковольтных кабелей они существенно меньше, чем для кабелей меньших напряжений из-за большей стоимости кабельных линий и меньших потерь электроэнергии [32].

Выбор сечения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, как на среднее, так и на высокое напряжение по экономической плотности также не имеет смысла из-за еще более высокой стоимости кабельной продукции.

Таким образом, основным критерием для выбора сечения этих кабелей является предельная токовая нагрузка, зависящая от допустимой температуры токоведущей жилы и изоляции.

Расчет номинальной токовой нагрузки в соответствии с [33] основан на параметрах теплового режима кабеля.

где А0 - разница температур между токоведущей жилой и окружающей средой, °С; Wd - диэлектрические потери на единицу длины, Вт/м; Т! - тепловое сопротивление между жилой и металлическим экраном, °См/Вт; Т2 - тепловое сопротивление между металлическим экраном и броней, °С-м/Вт; Т3 - тепловое сопротивление наружного покрова, °С-м/Вт; Т4 - тепловое сопротивление окружающей кабель среды, °С-м/Вт (для земли эта величина обусловлена процессом теплопроводности, а для воздуха - процессом конвекции и излучения); Я - электрическое сопротивление токопроводящей жилы переменному току при максимально допустимой температуре жилы, Ом/м; Х2 - отношение общих

Щ + Д(1 + +Д(1 + Л+ Л2)(Т} +

(1.1)

потерь в металлических экранах и броне к сумме потерь в токопроводящих жилах.

Способы увеличения пропускной способности основываются на рационализации теплового режима: улучшении условий теплоотвода или уменьшении тепловыделения. К ним относятся: уменьшение потерь, применение засыпочных составов с пониженным тепловым сопротивлением, увлажнение засыпочного материала, улучшение теплоотвода путем рационального расположения 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 увеличения пропускной способности является искусственное охлаждение кабеля. Способ основан на использовании потока жидкости для отвода тепла, выделяемого кабелем при его работе. Для его реализации необходима разработка специальных конструкций кабелей с внутренним каналом, обеспечивающим циркуляцию охладителя. Требуется изменение существующих технологий производства кабелей, а также конструкций насосных станций и оборудования для питания системы охлаждения, изолированных на полное рабочее напряжение линии в связи с тем, что охладитель соприкасается с токоведущей жилой. Решение этих вопросов является задачей исполнения кабельной продукции следующего поколения.

Допустимая нагрузка на кабель, проложенный в земле, зависит от внешнего теплового сопротивления кабеля, которое определяется удельным тепловым сопротивлением грунта. Занижение расчетного значения может привести к местному перегреву кабеля и даже тепловому пробою. Распространение тепла в грунте связано с рядом факторов, из которых определяющими являются теплопроводность частиц грунта, передача тепла в пустотах, частично заполненных влагой, связанная с проводимостью воздуха и влаги. Распределение частиц в грунте сказывается на тепловом сопротивлении вследствие изменения числа точек соприкосновения между частицами с одной стороны, либо изменения

пористости с другой. Таким образом, тепловое сопротивление грунта может быть снижено при улучшении состава почвы: увеличении содержания частиц с низким удельным тепловым сопротивлением, увеличении плотности, увеличении содержания влаги.

Внешнее тепловое сопротивление кабеля зависит от взаимного расположения кабелей. Расположение кабелей треугольником является наиболее удобным при монтаже, но не может считаться оптимальным с точки зрения отвода тепла от кабелей. Наиболее перспективным с точки зрения увеличения пропускной способности выглядит расположение кабелей в вершинах равностороннего треугольника на определенном расстоянии друг от друга. Кроме того, на внешнее тепловое сопротивление влияет глубина заложения кабеля. Но при этом необходимо учитывать, что при увеличении расстояния между осями кабелей при двухстороннем заземлении экранов пропускная способность кабеля ухудшается из-за возрастания токов в экране.

Для маслонаполненных кабелей известна проблема потерь в заземленных металлических оболочках [20,32]. Они связаны с материалом оболочки, ее геометрическими размерами и взаимным расположением кабелей. Пока на большинстве линий низкого давления монтировались бронированные кабели, либо кабели со слоистыми защитными покровами, применялась схема с заземлением кабелей с двух концов. Внедрение шланговых защитных покрытий позволило применять схемы соединения оболочек, исключающих потери мощности в них. При такой схеме соединения экранов на оболочках наводится напряжение. Требовалось применение ограничивающих устройств и повышение электрической прочности, которая у шланговых покрытий оказалась больше, чем у применяемых ранее материалов.

Для линий с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена среди способов увеличения пропускной способности особую актуальность представляет выбор схемы заземления экранов, исключающей потери мощности. Решение этого вопроса является технологическим, требующим точного расчета и обоснованности применения.

1.4 Проблема выбора способа заземления металлических экранов

В кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена металлический экран необходим для отвода в землю емкостных токов и токов короткого замыкания и создания нулевого потенциала на поверхности кабеля. Для выполнения своих функций экран должен быть присоединен к заземляющему устройству. При прокладке кабеля экран заземляют на концах кабельной лини, в местах, где есть физическая возможность вывести его наружу - перед концевыми муфтами, и есть контур заземления.

Существуют три основных способа соединения экранов: двухстороннее, одностороннее и транспозиция экранов. Важной характеристикой системы заземления экранов является протекание или отсутствие токов в экранных контурах. Введем классификацию систем заземления экранов по этому признаку (рисунок 1.2).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Быстров, Алексей Вадимович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Быстров A.B. Выбор системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл., И-я всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Измерения, контроль и диагностика - 2012», Ижевск, 2012.

2. Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Критерий выбора системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл. том 3, VII-я международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения», Казань,2012-С. 155-156.

3. Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Экономическое обоснование выбора системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл. том 1, VIII-я международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения», Казань, 2013 - С.147-148.

4. Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Алгоритм выбора системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл., 1Х-я международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения», Казань, 2014.

5. Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Выбор системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл. том 3, Х1Х-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», М., 2013 - С. 103-104.

6. Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Алгоритм выбора системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл. том 3, ХХ-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», М., 2014 - С. 109.

7. Быстров A.B. Алгоритм выбора системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл., XI-я международная научно-

практическая интернет-конференция «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век», Орел, 2013.

8. Быстров A.B. Выбор системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл., IV-я международная научно-техническая конференция «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии», Тольятти, 2012 - С. 18-21.

9. Быстров A.B. Алгоритм выбора системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл., III-я всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов», Тольятти, 2014.

10. Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Расчет системы заземления экранов однофазных кабелей из сшитого полиэтилена. - тез. докл., VI-я всероссийская научно-практическая конференция «Системы управления электротехническими процессами», Тула, 2012.

11. Быстров A.B. Расчет системы заземления экранов однофазных кабелей из сшитого полиэтилена. - тез. докл., XLII-я всероссийская молодежная научно-практическая конференция (с международным участием) «Фёдоровские чтения - 2012», М., 2012 - С. 93-94.

12. Быстров A.B. Алгоритм выбора системы заземления экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. - тез. докл., XLIII-я всероссийская молодежная научно-практическая конференция (с международным участием) «Фёдоровские чтения - 2013», М., 2013 - С. 124-125.

13. Быстров A.B. Анализ систем заземления экранов однофазных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 кВ // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2013. - № 3. С. 9-13.

14. Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Выбор сечения кабелей и системы заземления экранов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2014. - № 2. С. 2227.

15.Быстров A.B., Хевсуриани И.М. Выбор системы заземления экранов при расчете сечения кабелей 6-500 kB II Промышленная энергетика. - 2014. - № 7.

16. Быстрое A.B., Хевсуриани И.М. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "Выбор заземления экранов" №2014612060 от 17.02.2014. Федеральная служба по интеллектуальной собственности.

17. ГОСТ 15845-80 Изделия кабельные. Термины и определения.

18. Ларина Э.Т. Силовые кабели и кабельные линии: Учеб. Пособие для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1984. - 368 с.

19. Пантелеев Е.Г. Монтаж и ремонт кабельных линий. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-288 с.

20. Овчаренко A.C. Проектирование и строительство кабельных линий. - К.: Будивельник, 1984. - 120 с.

21. Миллер В.В. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена и кабельная арматура к ним. Технология сшивки, производство и контроль качества поставляемой продукции. Реконструкция и строительство кабельных сетей в городских условиях. - Х1Х-е заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО», тез. докл., Ханты-Мансийск, 2013.

22. Щерба А.А, Гурин А.Г., Ольшевский A.M., Карпушенко В.П., Науменко A.A. Новая технология пероксидной сшивки полиэтиленовой изоляции — основа производства высоконадежных силовых кабелей на напряжение 6 - 500 кВ // Электропанорама. - 2012. - № 4.

23. ГОСТ Р 55025-2012 Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 6 до 35 кВ включительно. Общие технические условия.

24. Технические условия ТУ 16-705-495-2006 Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 64/110 кВ. ВНИИКП, 2007.

25. Moore G.F. Electric cables handbook. 3rd ed. - Oxford: BICC Cables, 1997. - 1098 pp.

26. Доклад по силовым кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 1-10 кВ. - Департамент топливно-энергетических ресурсов г.Москвы, 2005.

27. Боев А. Сравнение кабелей с БПИ и СПЭ-изоляцией // Кабелъ-NEWS. - 2010. -№ 11.

28. Кри С., Баринов В. Сравнительный анализ расходов на жизненный цикл кабеля среднего напряжения с бумажно-пропитанной изоляцией и кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена на энергетическом рынке России. -http://www.ruscable.ru/article/kabel_sp_vs_bumaga/.

29. Халилов Ф. Кабели с изоляцией из СПЭ как средство построения умных сетей // Кабелъ-NEWS. - 2011. - № 5.

30. Иванов А. Так кто же должен обновлять ГТУЭ? // Кабелъ-NEWS. - 2013. - № 6.

31. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. - Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2014. - 464 с.

32. Хромченко Г.Е. Проектирование кабельных сетей и проводок. - М.: Энергия, 1980.-384 с.

33. ГОСТ Р МЭК 60287-2011 Кабели электрические расчет номинальной токовой нагрузки.

34. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. -Спб: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. - 154 с.

35. Ковригин JI.A. Продольные токи в экранах кабелей // Кабелъ-NEWS. - 2009. -№3.

36. Anders G.J. Rating of Electric Power Cables - Ampacity Computation for Transmission, Distribution and Industrial Applications. - New York: IEEE Press Power Engineering Series, 1997. - 428 pp.

37. IEEE Standart 575-1988 Guide for the application of sheath-bonding methods for single-conductor cables and the calculation of induced voltages and currents in cable sheaths.

38. Thue W.A. Electrical power cable engineering. - New York: Marcel Dekker, Inc., 2003.-379 pp.

39. Garnacho F., Khamlichi A., Simon P., and Gozalez A. Guide to Sheath Bonding Design, in Distribution and Transmission Lines with HV Underground Cables. - Bl-105 Session, CIGRE, 2012.

40. Костенко M.B. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. - М.: Энергия, 1973. - 272 с.

41.Gouda О.Е., Farag А.А.Е. Factors Affecting the Sheath Losses in Single-Core Underground Power Cables with Two-Points Bonding Method // International Journal of Electrical and Computer Engineering. - February 2012, Vol. 2. - No. 1.

42. Novak В., Tamus Z.A., Koller L. Heating of cables due to fault currents. -Conference Record of the 2010 IEEE International Symposium, San Diego, CA, 2010.

43. Ruiz J.R.R., Morera X.A. Circulating sheath currents in flat formation underground power lines. - International Conference on Renewable Energies and Power Quality, Sevilla, 2007.

44. Ruiz J.R.R., Morera X.A. Effects of the circulating sheath currents in the magnetic field generated by an underground power line. - International Conference on Renewable Energies and Power Quality, Palma de Mallorca, 2006.

45. ГОСТ 12.1.038-82 Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

46. Стандарт ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 6947007-29.060.20.103-2011 Силовые кабели. Методика расчета устройств заземления экранов, защиты от перенапряжений изоляции силовых кабелей на напряжение 110 - 500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена.

47. ПОТ Р М-016-2001 Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок.

48. Компания «РКС-Пласт». Современные решения при монтаже KJI // Кабель-

NEWS.-2 Oil.-№6.

49. Дмитриев M.B. Требования к заземляющим устройствам линий с однофазными кабелями 6-500 кВ. - Х1Х-е заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО», тез. докл., Ханты-Мансийск, 2013.

50. Стандарт ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.060.20.071-2011 Силовые кабельные линии напряжением 110-500 кВ. Условия создания. Нормы и требования.

51. Jung С.К., Lee J.B., and Kang J.W. Sheath circulating current analysis of a crossbonded power cable systems // Journal of Electrical Engineering & Technology. - 2007, Vol. 2. - No. 3.

52. Дмитриев M.B. Кабельные линии 6-500 кВ. Требования к заземлению узлов транспозиции экранов // Новости электротехники. - 2013. - № 1.

53. Kent Н., Bucea G. Report. Waikato Wind Farm. Connection to 220 kV Main Grid. -Energy Action Pty Ltd, 2008.

54. Дмитриев M.B. Выбор и реализация схем заземления экранов однофазных кабелей 6-500 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. - 2013. - № 6.

55. Положение ОАО «Россети» о Единой технической политике в электросетевом комплексе. Москва. Утверждено Советом директоров ОАО «Россети» от 23.10.2013.

56. Стандарт ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.060.20.020-2009 Методические указания по применению силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ и выше.

57. Титков В., Дудкин С. Кабельные линии 6-10 кВ и выше. Влияние способов прокладки на температурный режим // Новости электротехники. - 2012. - № 3.

58. ГОСТ Р МЭК 60949-2009 Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева.

59. Дмитриев M.B. Выбор сечения экранов однофазных силовых кабелей // Кабель-NEWS. - 2009. - № 5.

60. Фишман B.C. Низкоомное заземление нейтрали в сетях 6-35 кВ. Электробезопасность и нормативные требования // Новости электротехники. -2013. -№ 2.

61.Титенков С. 4 режима заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Изолированную нейтраль объявим вне закона И Новости электротехники. - 2003. - № 5.

62. Брошюра ABB. Кабельные системы с изоляцией из сшитого полиэтилена. Руководство пользователя.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное) Свидетельство о регистрации

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы для ЭВМ

№ 2014612060

лб'др системы

ау'ов»* - ■

]ирстиенпае бюджетное

едовательскии университет

шШ г

шШШш

щШгост>п..е-нх 27 декабря 2013

февраля 2014 г.

Зщфвооит,

■ ■ по-лнме.гчекгтшьной собственное

ШШШШ^Мвк

ТООТШПЙОШН ФВДШРАЩШШ