Силовые кабели на высокое постоянное напряжение

Для кабелей постоянного тока I _з = 0, что и делает их привлекательным и часто единственно возможным техническим решением для передачи энергии на большие расстояния, в первую очередь — при пересечении больших водных пространств. На сегодняшний день единственной изоляцией, успешно применяемой для данных изделий, является традиционная, т.е. бумажная, пропитанная вязким составом или маслом под давлением. Попытки использовать для кабелей постоянного тока пластмассовую изоляцию до сих пор успешными не были. Причина заключается в том, что при действии постоянного напряжения на пластмассовую изоляцию в последней под действием объёмных зарядов формируется крайне неблагоприятное распределение электрического поля. Напряжённости оказываются настолько большими, что даже при умеренных значениях напряжений в изоляции быстро развивается электрический пробой, т.е. электрическая прочность пластмассовой изоляции при постоянном напряжении оказывается низкой. Длительно допустимые рабочие напряжённости электрического поля для кабелей постоянного тока значительно выше, чем для кабелей переменного тока, и составляют 30 кВ/мм для кабелей с вязкой пропиткой и 40 кВ/мм для МНК. Помимо фактического отсутствия ограничений по длине передачи кабели постоянного тока имеют целый ряд преимуществ по сравнению с кабелями переменного тока. Это более высокая надёжность, обусловленная отсутствием некоторых механизмов старения, присущих изоляции, работающей при переменном напряжении, возможность реверса потока мощности и передачи очень больших мощностей. Указанные преимущества весьма существенны для России, которая отличается большими пространствами, значительной неравномерностью размещения источников и потребителей электроэнергии, а также большим экспортом энергии. Несмотря на все перечисленные преимущества, широкое применение передачи постоянного тока сдерживается тем фактором, что сейчас производство и применение электроэнергии основано на системах и оборудовании переменного напряжения. Это требует оснащения каждой ЛЭП постоянного тока преобразовательной и инверторной подстанциями, что резко удорожает передачу. Поэтому кабели постоянного тока используются практически лишь там, где без них нельзя обойтись, в первую очередь в тех случаях, когда ЛЭП должна пересекать большие водные пространства.

Арматура силовых кабелей

В настоящее время в энергосистемах применяются различные виды кабельной арматуры. Из них наиболее известны концевые и соединительные муфты, разновидностями которых для концевых муфт являются муфты кабельных вводов, а для соединительных муфт — переходные и стопорные муфты. Основные конструкции муфт приведены в таблице 9.2. Многообразие конструктивных форм арматуры и особенностей ее монтажа определяются типами кабелей, для которых она используется и условиями эксплуатации. Конструкция соединительной муфты для кабелей на напряжение 110 кВ с изоляцией из сшитого ПЭ приведена на рисунке 9.8, а конструкция концевой муфты для кабеля на напряжение 500 кВ с пропитанной бумажной изоляцией - на рисунке 9.9.

Таблица 9. 2 Основные типы кабельной арматуры

Рис. 9.8 Конструкция соединительной муфты для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 110 кВ:

1 – оболочка кабеля; 2 - герметик; 3- восстанавливаемый экран; 4 – металлическая восстанавливаемая сетка; 5 – электроизоляционная лента; 6 – термоусаживаемая трубка; 7 – экран кабеля; 8 – экран соединительной муфты; 9 – изоляция соединительной муфты

Рис. 10.9 Конструкция концевой муфты для маслонаполненного кабеля на напряжение 500 кВ:

1 – экран; 2 – изолятор из высокопрочного фарфора; 3 – промежуточные экраны; 4 – опорная плита

Необходимость вывода жилы из кабеля для присоединения к токовому наконечнику в концевой муфте или для соединения жил в соединительной муфте приводит к неоднородности электрического поля в изоляции муфты и появлению продольной составляющей напряжённости электрического поля. Поэтому в дополнительной (усиливающей) изоляции применяются различные способы принудительного регулирования электрического поля, обеспечивающие необходимый уровень напряжённости электрического поля в изоляции:

1. с помощью наружных и внутренних экранов и электродов;
2. с помощью конденсаторных обкладок или конденсаторных элементов.

Потребители по экономическим или другим соображениям не всегда имеют возможность быстрой и полной замены всей длины существующих кабельных линий на основе маслонаполненного кабеля на современные кабели с изоляцией из сшитого ПЭ. Поэтому энергосистемы зачастую вынуждены менять маслонаполненный кабель по участкам (по строительным длинам). В этой связи возникает задача соединения кабелей с разнородной электрической изоляцией, которая решается путём использования соединительных переходных муфт.