Внедрение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья

на тему: Внедрение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Выполнил:

В.А. Манахов

Состояние вопроса: Практически любое эксплуатирующее электрические сети предприятие на напряжение 6, 10 кВ и выше, имеет дело с силовыми кабельными линиями. В целом КЛ имеют немало достоинств перед ВЛ: они имеют меньшие габариты, безопаснее, более надежны и удобны в эксплуатации.

Большая часть кабелей проложенных в России и странах СНГ - имеют пропитанную бумажную изоляцию, и их конструкция, практически, остается неизменной в течение уже нескольких десятилетий.

Во времена отсутствия реальной альтернативы кабелям с бумажной изоляцией оставалось мириться с их слабыми местами и принимать дополнительные меры для обеспечения надежности электроснабжения потребителей и нагрузочных требований. Создавались резервирующие линии, прокладывали параллельные кабели, и, естественно, это приводило к существенному усложнению схемы электрической сети и росту капитальных вложений в сеть.

Материалы и методы: При проведении исследования основными элементами являются методы сравнения кабелей. При выполнении экспериментальной части методом исследования являлась диагностика кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена методом измерения частичных разрядов.

Результаты: Был проведен сравнительный анализ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, этиленпропиленовой резин и кабеля с бумажно-пропитанной изоляцией. Выявлены преимущества и недостатки данных кабелей. Выполнена диагностика кабеля из сшитого полиэтилена методом измерения частичных разрядов.

Выводы: За последние годы в России кабельными предприятиями было установлено более 15 самых современных линий для производства кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Данные мощности полностью удовлетворяют потребность в кабелях среднего напряжения. К сожалению, при строительстве новых кабельных линий, замене либо капитальном ремонте старых многие энергетические компании России не рассматривают затраты на кабельную систему на весь срок службы, с учётом расходов на её обслуживание, а делают выбор в сторону минимальных единовременных затрат. Тем не менее ввиду существенных преимуществ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, меньших затрат на их эксплуатацию и растущих потребностей в надёжных и бесперебойных поставках электроэнергии, а также повышающихся требований к экологии переход распределительных сетей Республики Татарстан на данный тип кабелей представляется неизбежным и целесообразным.

Ключевые слова: кабель, сшитый полиэтилен, диагностика, частичный разряд, надежность.

Background: Virtually any company operating an electrical network at 6, 10 kV and above is dealing with power cable lines. In general, KL have many advantages over VL: they have smaller dimensions, safer, more reliable and convenient to operate.

Most of the cables laid in Russia and the CIS countries - have impregnated paper insulation, and their design, practically, remains unchanged for several decades.

In the absence of a real alternative to paper-insulated cables, it remained to be reconciled with their weaknesses and take additional measures to ensure the reliability of consumer power supply and load requirements. Reserving lines were created, parallel cables were laid, and, naturally, this led to a significant complication of the electric network scheme and the growth of capital investments in the network.

Materials and Methods: During the research, the main elements are methods of comparing cables. When performing the experimental part, the method of investigation was the diagnosis of a cable with XLPE insulation by the method of measuring partial discharges.

Results: A comparative analysis of cables with XLPE insulation, ethylene-propylene rubber and a cable with paper-impregnated insulation was carried out. The advantages and disadvantages of these cables are revealed. Diagnosis of a cable made of cross-linked polyethylene by measuring partial discharges has been performed.

Conclusions: In recent years in Russia cable companies have installed more than 15 most modern lines for the production of cables with XLPE insulation. These capacities fully satisfy the need for medium voltage cables. Unfortunately, when building new cable lines, replacing or overhauling old ones, many Russian energy companies do not consider the cost of a cable system for the entire lifetime, taking into account the costs of its maintenance, but make the choice in the direction of minimal one-time costs. Nevertheless, in view of the significant advantages of cables with XLPE insulation, the lower costs of their operation and the growing demand for reliable and uninterrupted power supply, as well as increasing environmental requirements, the transition of the distribution networks of the Republic of Tatarstan to this type of cable seems inevitable and expedient.

Key-words: cable, cross-linked polyethylene, diagnostics, partial discharge, reliability.

Введение

Во второй половине ХХ века исследования показали, что использование масла в качестве изолирующей среды, свинцовой защитной оболочки 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. Такой материал был создан на основе модифицированного полиэтилена и получил название сшитый (вулканизированный) полиэтилен (СПЭ).

В настоящее время кабели с полимерной изоляцией активно заменяют кабели с бумажной изоляцией в электрических сетях напряжением выше 1 кВ. При этом на напряжение до 10 кВ кабели с изоляцией из СПЭ могут быть одножильными и трёхжильными.

Конструкция одножильного кабеля с изоляцией из СПЭ (рис. 1) в общем виде унифицирована. Жила кабеля покрывается слоем основной изоляции, поверх которой накладывается электропроводящий концентрический экран, чаще всего в виде медных проволок и фольги. В ряде модификаций на поверхность изоляции жилы накладывается герметизирующий слой из водопоглощающей ленты. Снаружи кабель покрывается герметичной светостабилизированной оболочкой из полиэтилена или ПВХ-пластиката, не поддерживающего горение.

Сравнительные анализы кабелей

Сравнительный анализ кабелей с БПИ и кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

В настоящее время в России эксплуатируется большое количество кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией. Однако, кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена допускает более высокую максимально допустимую температуру токопроводящей жилы по сравнению с кабелем с БПИ. Именно поэтому по нему можно передавать больше электроэнергии.

Таблица 1 Примеры различий кабелей с БПИ и кабелей с изоляцией из СПЭ

Несмотря, на большие преимущества кабеля из сшитого полиэтилена в Татарстане в настоящее время в эксплуатации находится еще большое количество кабелей с БПИ.

В таблице 1 приведены характеристики этих двух кабелей. Видно, что каждый из кабелей имеют свои достоинства и недостатки. Однако, следует помнить, что оба типа кабеля пригодны для использования и надежно проводят электрический ток в течении всего срока службы. Кабели с БПИ российского производства имеют относительно невысокую стоимость благодаря использованию местных недорогих материалов (бумаги) и производственных линий, давно находящихся в эксплуатации и полностью себя окупивших. Если при покупке кабеля основным критерием является увеличение пропускной способности линии, то предпочтение следует отдать кабелю с изоляцией из СПЭ, поскольку он имеет более высокую максимально допустимую температуру токопроводящей жилы по сравнению с кабелем с БПИ (при условии, что сравниваются кабели с одинаковым сечением проводника).

Жизненный цикл кабелей обоих типов - 30 лет. Прокладываемых в сельской местности и в городе.

Была разработана простая модель расходов на жизненный цикл учитывающая следующие факторы:

-Стоимость кабеля

-Стоимость монтажа кабельной линии

-Прогнозируемый срок службы кабеля

-Условия окончания срока службы - время по потери надежности, количество отказов кабеля до его замены

-Расходы на восстановление кабеля после повреждения

-Расходы на техническое обслуживание

-Расходы, связанные с потерями в кабеле

При оценке расходов на жизненный цикл кабеля многие расходы на кабели обоих типов одинаковы (например, земляные работы), однако, есть много различий: кабель изоляция полиэтилен разряд

- Стоимость метра кабеля с БПИ ниже стоимости кабеля с изоляцией из СПЭ

- Строительная длина кабеля с изоляцией из СПЭ больше, чем кабеля с БПИ

- Кабели БПИ имеют более низкую максимальную рабочую температуру (70°С), чем кабели с изоляцией из СПЭ (90°С)

- Стоимость монтажа кабелей с изоляцией из СПЭ выше стоимости монтажа кабелей с БПИ, так как для монтажа требуются более квалифицированные специалисты.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что использовать кабель изоляцией из СПЭ, а не более дешевый кабель с БПИ, является абсолютно правильным и позволит компаниям сэкономить средства в течение длительного периода времени. Кабель из СПЭ имеет наиболее низкий уровень расходов на жизненный цикл и наиболее высокую пропускную способность.

Сравнительный анализ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена и этиленпропиленовой резины

Рассмотрен сравнительный анализ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена и этиленпропиленовой резины. Проанализирована каждая изоляция с перспективами использования. Дана оценка области применения изоляционного материала. Произведено сравнение выбранных изоляций с бумажной изоляцией, указаны преимущества и недостатки в сравнении с этими видами изоляции.

Полиэтилен обладает отличными диэлектрическими свойствами, именно поэтому он широко используется для изготовления электрозащиты в виде трансформаторных прокладок и кабельной изоляции. Особенно преуспел в этой области «сшитый» полиэтилен PEX (в ТУ на изготовление кабеля обозначается СПЭ), имеющий уникальные прочностные, термо- и электроизоляционные характеристики. На данный момент кабели из сшитого полиэтилена считаются одними из самых надежных, удобных в использовании и долговечных.

Изначальное полиэтиленовое сырье - полимер углеводорода этилена, называемый «полиэтиленом», имеет линейную структуру молекул. Он является неплохим диэлектриком, но неизменно теряет свои свойства при нагревании до температуры плавления +80 ч +110 0C. Подвергаясь процессу «сшивки», то есть модификации на молекулярном уровне, полиэтилен приобретает трехмерную сетчатую структуру (поперечно-сшитую) с появлением боковых межмолекулярных связей. Такое изменение придает ему большую эластичность и повышение прочности на разрыв, а также значительное улучшение изоляционных свойств и стойкости к очень высоким температурам [1]. Молекулярное состояние перехода полиэтилена показано на рисунках 1,2,3

На сегодняшний день были разработаны новые материалы, отвечающие требованиям современной кабельной промышленности: этиленпропиленовая (ЭПР) и кремнийорганическая резины. Для изготовления изоляции применяют резины типа РТЭПИ и РШН повышенной теплостойкости на основе этиленпропиленовых каучуков для изоляции токопроводящих жил по ТУ16К71.098-90, предназначеных для изолирования кабелей до 35 кВ и наложения негорючих масло-бензостойких оболочек

В таблице 2 показаны сравнительные характеристики кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, этиленпропиленовой резины. Для контраста были включены характеристики кабеля с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ).

Диагностика кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена методом измерения частичных разрядов

В последние годы все более широкое распространение в России и за рубежом находит мнение о необходимости замены испытаний силовых кабельных линий повышенным напряжением постоянного тока, превышающем рабочее напряжение (Uраб) в 3…6 раз, на диагностику изоляции с помощью измерения частичных разрядов (ЧР)

Частичные разряды, ЧР - электрические разряды, которые происходят в изоляции электрооборудования, обычно возникающие в электрических системах, работающих при напряжении от 3000 В и выше (хотя ЧР могут происходить при более низких напряжениях). Согласно международному стандарту IEC 60270 и ГОСТ 20074-83 частичным разрядом называется локальный электрический разряд, которымй шунтирует только часть изоляции в электроизоляционной системе.