Эффективность применения кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена взамен токопровода из алюминиевых шин

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

4. Симою М. П. Определение коэффициентов передаточных функций линеаризованных звеньев систем регулирования /М.П. Симою // Автоматика и телемеханика. 1957. № 6. С. 514−527.
5. Яковлев Ю. С. Системы локальной автоматики: конспект лекций / Ю. С. Яковлев. Чебоксары. Изд-во Чуваш. ун-та, 1993.
ИЛЬГАЧЁВ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ — кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных электротехнологических установок и систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (ANIKIL47@mail. ru).
ILGACHEV ANATOLY NlKoLAYEVICH — candidate of technical sciences, associate professor of Automated Electrotechnic Sets and Systems Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
УДК 621. 315. 211:621. 315. 616. 9]:330. 13
Г. М. МИХЕЕВ, Л.Г. ЕФРЕМОВ, С.Н. БАТАЛЫГИН, АН. ПУЛИН
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КАБЕЛЯ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЗАМЕН ТОКОПРОВОДА ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ ШИН
Ключевые слова: токопровод, ток короткого замыкания, кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, экономическая эффективность.
Рассмотрены вопросы применения кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена взамен то-копровода из алюминиевых шин на электростанции. Показаны достоинства и недостатки данного решения. Изучены проблемы экономической эффективности.
G.M. MIKHEEV, L.G. EFREMOV, C.N. BATALYGIN, A.N. PULIN EFFECT OF XLPE-CABLE APPLICATION INSTEAD OF FROM ALUMINIUM CURRENT DISTRIBUTOR Key words: current distributor, short-circuit current, XLPE-cable, economic effect.
Issues of XLPE-cable application instead of dust bus on power station are considered. Advantages and shortcomings of the given decision are shown. Economic efficiency aspects are considered.
В последние годы в стране стали широко применять кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), который имеет существенные преимущества перед термопластичными: высокие электрические и механические параметры в более широком диапазоне рабочих температур, малую гигроскопичность (водонепроницаемость) и другие.
Положительные качества достигаются благодаря технологии сшивки, в процессе которой изменяется структура полиэтилена.
При производстве кабелей с СПЭ-изоляцией используются две технологии сшивания изоляции:
— технология пероксидной сшивки на линиях газовой вулканизации для кабелей среднего (10−35 кВ) и высокого напряжения (110 кВ и выше) —
— технология сшивки силаном для кабелей низкого и среднего напряжения от 0,66 до 20 кВ.
По первой технологии процесс вулканизации (сшивки) полиэтиленовой изоляции производится химическим способом в среде нейтрального газа при давлении 800−900 кПа и температуре 285−400°С. В результате химической реакции изменяется молекулярная структура полиэтилена и образуются новые молекулярные связи, что приводит к изменению электрических и механических свойств веществ. Необходимо подчеркнуть, что изоляция и электропроводящие экраны накладываются в процессе тройной экструзии, после чего происходит одновременная сшивка всех трёх слоёв. При высокой тем-
пературе сшивка происходит равномерно по всей толщине изоляции, что невозможно обеспечить при использовании альтернативной силановой сшивки, которая не предполагает применения высоких температуры и давления [3].
Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6−10 кВ. Кабели на напряжение 6−10 кВ занимают особое место в категории кабелей среднего напряжения. Долгие годы в категории кабелей среднего напряжения превалировали кабели с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ). Это связано с тем, что БПИ являлась единственным видом изоляции на данное напряжение.
Кабели с СПЭ-изоляцией призваны заменить морально устаревшие кабели с пропитанной бумажной изоляцией. Этот процесс в промышленно развитых странах начал осуществляться с 1960-х годов.
В настоящее время многие страны практически полностью перешли на использование силовых кабелей среднего напряжения с изоляцией из СПЭ и имеют положительный опыт эксплуатации. Так, в США и Канаде данные кабели занимают 85% всего рынка силовых кабелей, Германии и Дании — 95%, а в Японии, Франции, Финляндии и Швеции — 100% [3].
В нашей стране освоен выпуск кабелей с СПЭ-изоляцией до 220 кВ включительно. Производителями этих кабелей являются «АББ Москабель» и предприятие «Иркутск-кабель».
Завод-изготовитель «Камкабель» (г. Пермь) рекомендует к применению в энергосистемах кабели напряжением 10 кВ, производимые по технологии силанольного сшивания.
В последнее время в России ведущие энергосистемы также ориентированы на использование кабелей среднего напряжения с изоляцией из СПЭ при прокладке новых линий взамен старых, либо при капитальном ремонте.
Переход на кабели с изоляцией из СПЭ взамен с БПИ обусловлен рядом неоспоримых преимуществ:
— низкая повреждаемость (по зарубежным данным, процент электрических пробоев на два-три порядка ниже, чем у кабелей с бумажной изоляцией) —
— прокладка и монтаж кабелей могут осуществляться при температуре до минус 15−20°С без предварительного подогрева-
— меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий-
— низкие диэлектрические потери (коэффициент диэлектрических потерь 0,001 вместо 0,008) —
— высокая стойкость к повреждениям-
— большая пропускная способность за счёт увеличения допустимой температуры нагрева жил: длительной (90°С вместо 70°С), при перегрузке (130°С вместо 90°С) —
— более высокий ток термической стойкости (250 °С вместо 200 °С) при коротком замыкании (к.з.) —
— низкая допустимая температура при прокладке без предварительного подогрева (-20 °С вместо 0 °С) —
— низкое влагопоглощение-
— меньшая масса, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку на сложных трассах-
— возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней-
— более экологичные монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума) —
— большая строительная длина (до 2000−4000 м) при использовании однофазного кабеля [1−5].
Выполнение токопровода из кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Появление новых качеств станционного оборудования, токопрово-дов и т. п. связано с его реконструкцией. В нашем случае — уменьшение электрических потерь в токопроводах за счёт уменьшения реактивного сопротивления в связи с применением кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена.
В данной работе рассматриваются два варианта производства работ: выполнение токопровода из алюминиевых шин- выполнение токопровода из кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Определим показатели экономической эффективности выполнения то-копровода из кабеля со сшитым полиэтиленом, учитывающие затраты и результаты, связанные с реализацией технического проекта.
Для сравнения двух вариантов приведём локальные сметы на выполнение работы по токопроводу (табл. 1 и 2).
Стоимостные показатели следующие:
— вариант выполнения работ по токопроводу из кабеля со сшитым полиэтиленом составляет — 668 741 руб. (табл. 1) —
— вариант выполнения работ по токопроводу из алюминиевых шин составляет 2 910 250 руб. (табл. 2).
Таблица 1
Локальная смета на выполнение работ по токопроводу из кабеля со сшитым полиэтиленом на напряжение 10 кВ
Наименование Коли- чество Стоимость единицы, руб. Общая стоимость, руб. Примечания
Короб со стойками и полками для прокладки кабелей до 35 кВ, 100 м трасса 0,66 6389,32 4216,95 ФЕРм 0,8−0,2−153−01 Переход от Федеральной СНБ — 2001 к ТСНБ Нижегородской области
Короб кабельный прямой ККБ-П-0,95/0,6−2, шт. 27 1519,56 41 028,14 НЗЭТА, г. Новосибирск
Короб кабельный прямой ККБ-УВ-0,95/0,6−2, шт. 2 970,2 1940,4
Короб кабельный прямой ККБ-УГН-0,95/0,6−2, шт. 2 990 1980
Короб кабельный прямой ККБ-УГН-0,95/0,6−2, шт. 2 891 1782
Кабель до 35 кВ, проложенных в трубах, блоках и коробах, масса 1 м до 6 кг, 100 м кабеля 7 1782,77 12 479,36 ФЕРм 0,8−0,2−148−0,4
Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена, ІМ = 10 кВ, с продольной и поперечной герметизацией, сечением 1×400 мм2, м 700 777,15 544 005 Цена поставщика
Муфты концевые. Муфты для кабеля Uн = 10 кВ сечение 400 мм², шт. 24 1564,54 37 549,07 ФЕРм 0,8−0,2−165−09
Муфта концевая в комплекте с наконечниками РОЬТ-12Б/1Х-Ь12, шт 244 990 23 760 Цена поставщика
Итого прямые затраты по акту в текущих ценах 668 741 руб.
Таблица 2
Локальная смета выполнения работ по токопроводу из алюминиевых шин
Наименование Коли- чество Стоимость единицы, руб. Общая стоимость, руб. Примечания (обстоятельства)
Токопроводы экранирование из алюминиевых шин. Токопровод с круглой шиной для генераторов, мощность 500−1000 МВт, м (одна фаза) 171 1947,43 333 010,97 ФЕРм 0,8−0,1−078−05 Пересчёт стоимости работ с Федеральной СНБ-2001 к ТСнБ-2001 по Нижегородской области
Токопровод отпаечный (в однофазном исполнении) ТЭНЕ-243 150−750 УХЛ1, м 171 15 071,57 2 577 238,69 ОАО «Московский завод „Электрощит“
Итого прямые затраты по акту в текущих ценах 2 910 250 руб.
Финансовые затраты на выполнение токопровода из кабеля со СПЭ-изоляцией в 4,35 раза меньше, чем затраты на выполнение токопровода из алюминиевых шин. Экономическая цена реконструкции очевидна и свидетельствует об экономической эффективности варианта выполнения токопро-вода из кабеля со СПЭ-изоляцией.
При выборе варианта токопровода из кабеля со СПЭ-изоляцией необходимо учитывать следующие обстоятельства.
Заводами изготовителями как отечественными, так и зарубежными сечения экранов выпускаются, как правило, до 35 мм² включительно, допустимый ток термической стойкости составляет 7,1 кА [3]. По желанию заказчика заводы изготовители могут выпустить кабели с сечением экрана выше 35 мм² (50, 70, 90, 120, 150). Однако при этом исполнение заказа увеличивается во времени, а стоимость такого кабеля значительно возрастает.
Нами проведён расчет токов двухфазного короткого замыкания на землю на одной из генерирующей станции Нижегородской области, где вместо токопрово-да из алюминиевых шин применён токопровод из 4 одножильных кабеля на фазу со СПЭ-изоляцией сечением 400 мм², каждый с сечением экрана 35 мм² (см. рис. 1). Длина одной нитки составляет 60 м. Тип кабеля — КЕХА№ К2Х8(БЬ)К 1×400 (производитель — Германия) (аналог ПвЭВНг (1×400/150)).
На рис. 1. а, б приведена электрическая схема включения силового трансформатора собственных нужд Т-2 посредством кабеля со СПЭ-изоляцией к генератору Г-1 и схема замещения для определения тока двухфазного короткого замыкания на землю в токопроводе, соответственно.
В схеме два источника: генератор мощностью 60 МВА и система бесконечной мощности. Определяем ток трёхфазного короткого замыкания в точке К!
Для ветви Т-1: Храмин =-^^. ±^-1=3,5+20,4=23,9 Ом.
Дз. Maкc. (3:l=U/(V3•Xрез. мин.)=115 000/(V3•23,9)=2777,8 А. Этот ток приведем к напряжению 10 кВ: /кзмакс. (3)=30 423 А.
Из схемы замещения нетрудно рассчитать ток в ветви генератора до точки К: 4з. макс. (3)=Щ3-Хг)=115 000/(^3−23)=2886,8 А.
Приведенный к напряжению 10 кВ максимальный трёхфазный ток к.з. будет соответствовать: (/кз. макс. (3−31 617 А).
ф
Х =3. 5Ом
Сшт
Х т-1=20,4 Ом
Х г =23 Ом
(!)
Г-1
Рис. 1
С
б
Ток к.з. в точке К] определяется суммой токов ветвей Т-1 и Г-1. Максимальный ток трёхфазного к.з. в точке К1 соответственно будет равен следующему выражению: /кзмакаК1|'-3−30 423+31617=62 040 А. В этом случае максимальный ток двухфазного к.з. равняется: мя». К1 (2'-|=/к, макс К1 (3)-У3/2=53 730 А. Необходимо отме-
тить, что сопротивление кабеля со СПЭ-изоляцией крайне мало и в расчётах оно не учитывается.
Пути протекания тока короткого замыкания при пробое двух жил на экран разных фаз в кабеле со СПЭ-изоляцией показаны на рис. 2.
Рис. 2
Расчёты показывают, что двухфазный ток к.з. составляет 53,73 кА, что в несколько раз выше тока термической стойкости экрана с сечением 35 мм² кабеля со СПЭ-изоляцией (7,1 кА). Это говорит о том, что при двухфазном коротком замыкании на землю в кабеле со СПЭ-изоляцией по сечению экрана в повреждённых двух фазах в одной из четырех жил потечет ток, равный 53,7 кА. Естественно, в этом случае в повреждённых жилах двух фаз токи к.з. будут настолько большими, что экран кабеля их не выдержит, и выйдет из строя.
Однако вероятность двухфазного короткого замыкания на землю в кабеле со СПЭ-изоляцией практически равна нулю. Дело в том, что на данной станции защита генератора от однофазного замыкания на землю выполнена таким образом, что при появлении напряжения более 10 В в нейтрали генератора с выдержкой времени 1 с он отключается с помощью выключателя. Значит, вероятность одновременного второго замыкания на землю в кабеле на другой фазе практически исключается.
Выводы. 1. Применение кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена взамен токопровода из алюминиевых шин оправдано как с экономической точки зрения (стоимость работ меньше в 4,35 раза), так и с технической эффективностью (электробезопасность, малые затраты во время текущей эксплуатации и высокая надёжность кабеля).
2. Вариант применения кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена в качестве токопровода необходимо рассматривать в каждом конкретном случае индивидуально, обязательно проверив на термическую стойкость экрана кабеля при междуфазном коротком замыкании.
Литература
1. Дмитриев М. В. Однофазные силовые кабели 6−500 кВ. Расчёт заземления экранов / М. В. Дмитриев, Г. А. Евдокунин // Новости электротехники. 2009. № 3.
2. Дмитриев М. В. Термическая стойкость экранов однофазных силовых кабелей при коротких замыканиях /М.В. Дмитриев, Г. А Евдокунин // Новости электротехники. 2008. N° 2 (50).
3. Ополева Г. Н. Схемы и подстанции электроснабжения. Справочник: учеб. пособие / Г. Н. Ополева. М.: ИД «ФОРУМ" — ИНФА-М, 2009. 480 с.
4. Руководство по выбору, прокладке, монтажу, испытанию и эксплуатации кабелей из сшитого полиэтилена. РД К28−003: 2007. Харьков, 2007.
5. Сошинов А. Г. Основы технологии проектирования электроустановок систем электроснабжения / А. Г. Сошинов, С. А. Плаунов, А. М. Крайнев и др. Волгоград: РПК «Политехник», 2006. С. 112.
МИХЕЕВ ГЕОРГИЙ МИХАЙЛОВИЧ — доктор технических наук, доцент, главный инженер, ООО «НПП «Инженерный центр»», Россия, Чебоксары (mikheevg@rambler. ru).
MIKHEEV GEORGI MIHAYLOVICH — doctor of technical sciences, assistant professor, chief engineer, Scientific Industrial Enterprise «Engineering Centre», Russia, Cheboksary.
ЕФРЕМОВ ЛЕОНИД ГЕОРГИЕВИЧ — доктор экономических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (efremov1@chuvsu. ru).
EFREMOV LEONID GEORGIEVICH — doctor of economics sciences, professor of department of electrical supply of the industrial enterprises, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
БАТАЛЫГИН СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ — кандидат технических наук, директор ООО «НПП «Инженерный центр»», Россия, Чебоксары (batalygin@ingenergo. ru).
BATALYGIN SERGEY NIKOLAEVICH — candidate of technical sciences, director, Scientific Industrial Enterprise «Engineering Centre», Russia, Cheboksary.
ПУЛИН АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ — инженер, ООО «НПП «Инженерный центр»», Россия, Чебоксары (pulin1981@mail. ru).
PULIN ALEKSEY NIKOLAEVICH — engineer, Scientific Industrial Enterprise «Engineering Centre», Russia, Cheboksary.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой