Читайте также:
|
Основная задача, стоящая в настоящее время перед специалистами в области кабельной техники, заключается в разработке кабельных линий для передачи электроэнергии большой мощности. Рассмотрим пути повышения передаваемой по кабелям мощности (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Способы повышения нагрузочной способности кабелей
Увеличение нагрузочной способности кабелей путем повышения рабочего напряжения в настоящее время практически не представляется возможным, так как достигнутые уровни напряжения 380, 500, 750 кВ являются достаточно высокими. Дальнейшее увеличение рабочего напряжения приводит к значительному росту диэлектрических потерь в кабеле. Эти потери, как известно, пропорциональны квадрату напряжения, и уже при напряжении 500 кВ они примерно вдвое выше, чем потери в жиле кабеля, поэтому дальнейшее увеличение напряжения не позволяет существенно повысить передаваемую мощность.
Увеличение нагрузочной способности кабелей повышением токовой нагрузки в настоящее время может быть реализовано значительно более успешно. Однако не все направления здесь одинаково эффективны. Например, увеличение допустимой температуры нагрева кабелей связано с применением более нагревостойких изоляционных материалов, которых для кабелей высокого напряжения пока практически нет.
Значительный эффект может быть получен путем уменьшения или исключения потерь энергии в элементах конструкции кабелей. Уменьшение потерь в жиле (омических потерь) может быть достигнуто увеличением ее сечения, применением секционированных жил (при этом уменьшаются потери от поверхностного эффекта и эффекта близости), а также применением глубокого охлаждения (криопроводящие или сверхпроводящие кабели). Уменьшение диэлектрических потерь в кабеле может быть достигнуто применением изоляции с малыми значениями диэлектрической проницаемости еr и тангенса угла диэлектрических потерь tg б. Существуют также способы снижения потерь в оболочках. Для уменьшения потерь в оболочках они соединяются способом транспозиции (рис. 2.3), применяются также специальные приборы для компенсации продольных токов, возникающих в заземленных оболочках.
Рис 2.3. Соединение оболочек кабелей по системе транспозиции
Все эти методы позволяют повысить передаваемую мощность, однако ее уровень в настоящее время часто не соответствует возрастающим потребностям передачи электроэнергии.
Существенный эффект можно получить путем улучшения условий теплоотвода от кабеля. В частном случае это, например, уменьшение термического сопротивления окружающей среды для кабелей, прокладываемых в земле. При этом применяется специальный засыпочный грунт, имеющий повышенную теплопроводность. Для этой цели грунт может также периодически увлажняться вдоль трассы прокладки кабеля. Применяются, кроме того, современные способы уплотнения грунта при прокладке кабелей.
В более общем случае улучшение условий охлаждения кабелей достигается путем их принудительного охлаждения. Последний способ является наиболее эффективным из вышеперечисленных. Именно поэтому в последние годы разработано большое количество способов и схем принудительного охлаждения силовых кабелей, которые условно можно разделить на три группы.
Первая группа объединяет так называемые системы внутреннего охлаждения. В таких системах охлаждающая среда (вода, масло) находится внутри кабеля (обычно внутри жилы).
Принципиальная схема внутреннего охлаждения маслонаполненных кабелей приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Схема внутреннего охлаждения маслонаполненного кабеля:
1 – маслоохладитель; 2 – кабель; 3 – насос для перекачки масла;
4 – обводной трубопровод; 5 – концевая муфта
Охлаждение токопроводящей жилы кабеля осуществляется путем прокачивания масла по центральному каналу, затем оно по обратному трубопроводу, проложенному параллельно кабелю, прогоняется через теплообменник, где охлаждается до нужной температуры, а затем поступает в кабельную линию. Внутренний канал, по которому циркулирует охлаждающее масло (вода), образуется при помощи медной или алюминиевой трубки, иногда для этой цели может применяться нержавеющая сталь(например, в маслонаполненных кабелях на высокое напряжение для защиты бумажной изоляции от увлажнения, т. е. вода не проникает в изоляцию, а масло в канал для воды).
Системы внутреннего масляного охлаждения кабеля являются достаточно эффективными, однако длина охлаждаемых маслонаполненных кабелей в этом случае ограничена из-за малых объемов охлаждающего масла.
Большие перспективы имеют кабельные линии с внутренним водяным охлаждением. Первая такая линия была введена в эксплуатацию в 1958 г. в Великобритании.
Водоохлаждаемые кабели с полиэтиленовой изоляцией не могут быть в настоящее время использованы при сверхвысоких напряжениях, что ограничивает передаваемую мощность, поэтому используют в основном маслонаполненные кабели с бумажной пропитанной изоляцией.
Если в качестве охлаждающей среды используется вода, конструкция самого маслонаполненного кабеля не сильно усложняется, а концевая муфта изменяется существенно, т. к. вода (в отличие от масла) при выходе из канала кабеля имеет высокий потенциал, который надо снизить до потенциала земли. Для этого концевые муфты имеют дополнительный изолятор, в который направляется вода.
Нагрузочная способность водоохлаждающих кабелей зависит от выбора схемы охлаждающего контура. Наибольшую мощность можно получить, если охлаждающая вода перекачивается от холодильной станции через три кабеля и возвращается к холодильнику по трем трубам, расположенным параллельно кабелям (рис. 2.5, а). Меньшую мощность получаем, если охлаждающая вода перекачивается от холодильной станции, расположенной в начале кабельной линии, через два кабеля к концу линии, а по третьему кабелю вода возвращается к холодильной станции (рис. 2.5, б). Однако в этом случае значительно уменьшаются затраты на сооружение линии.
а)
б)
Рис. 2.5. Варианты схем водоохлаждаемого контура:
а – с дополнительными обратными трубопроводами;
б – без дополнительных трубопроводов;
1 – охлаждаемый кабель; 2 – концевая муфта; 3 – дополнительный изолятор;
4 – насос для перекачки воды; 5 – теплообменник; 6 – обводной трубопровод
Ко второй группе систем охлаждения можно отнести так называемые системы поверхностного охлаждения, где охлаждающая среда (газ, вода, масло) находится в непосредственном контакте с наружной поверхностью кабеля.
Системы поверхностного масляного охлаждения, несмотря на относительную простоту, пока не нашли широкого промышленного применения.
Примером систем поверхностного охлаждения газом может служить кабель, охлаждаемый потоком воздуха, для чего должны быть предусмотрены вентиляторы.
Наибольший эффект может быть достигнут, если кабель снаружи охлаждать потоком холодной воды.
Для осуществления поверхностного водяного охлаждения известно большое количество конструктивных решений. Например, маслонаполненные кабели могут быть помещены (каждая фаза в отдельности или все три фазы вместе) в трубу, по которой течет холодная вода (рис. 2.6).
а) б)
Рис. 2.6. Способы поверхностного водяного охлаждения
Следует отметить, что системы поверхностного охлаждения маслонаполненных кабелей требуют более сложных конструктивных решений, чем для кабелей с пластмассовой изоляцией. Кроме того, они не решают проблемы охлаждения концевых муфт маслонаполненных кабелей, поэтому для охлаждения иногда применяется дополнительная циркуляция масла в линии.
Большое распространение получили схемы третьей группы – так называемые системы косвенного охлаждения. Эти схемы применимы при прокладке кабеля в земле, в каналах или в блоках. В данном случае не происходит непосредственного охлаждения кабеля водой, маслом или воздухом. Обычно трубы с проточной водой прокладываются в земле или в свободных ячейках блока около кабеля (рис. 2.7, а и б). Такие схемы очень удобны и надежны в эксплуатации, однако их эффективность несколько меньше.
а) б)
Рис. 2.7. Схемы косвенного охлаждения:
а – при прокладке в земле; б – при прокладке в блоках;
1 – кабель; 2 – трубопровод с водой; 3 – стабилизированный засыпочный грунт;
4 – защитные перекрытия
Следует отметить, что схемы косвенного охлаждения требуют дополнительных мероприятий и конструктивных решений для охлаждения соединительных и концевых муфт. Одним из способов решения этой задачи может быть циркуляция масла в линии.
В последние годы ряд зарубежных фирм (Япония, Великобритания)начал разработку систем охлаждения кабелей путем циркуляции в канале жилы низкокипящих охлаждающих жидкостей. Такая жидкость, испаряясь, охлаждает жилу, при этом не требуются насосы для перекачки жидкости, так как она движется благодаря перепаду давления, возникающему в канале в связи с изменением температуры по длине кабеля.
Выбор того или иного способа охлаждения кабелей является сложной задачей, связанной с выбором экономичной системы с одной стороны, а с другой – с возможностями конструктивного выполнения такой системы.
Предварительно на основании теоретических исследований можно дать следующие основные рекомендации:
1) наиболее эффективными являются системы внутреннего охлаждения, однако длины таких линий ограничены из-за чрезмерного возрастания давления охлаждающей жидкости в канале;
2) системы поверхностного охлаждения достаточно эффективны, однако не решают проблему охлаждения концевых муфт;
3) наименее эффективны системы косвенного охлаждения, однако их реализация наиболее проста; эти системы также должны предусматривать дополнительное охлаждение концевых и соединительных муфт.
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 90 | Нарушение авторских прав