Сравнительный анализ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, этиленпропиленовых резин и кабеля с бумажно-пропитанной изоляцией. Преимущества и недостатки данных кабелей. Диагностика кабеля из сшитого полиэтилена методом измерения частичных разрядов.
В настоящее время кабели с полимерной изоляцией активно заменяют кабели с бумажной изоляцией в электрических сетях напряжением выше 1 КВ. Однако, кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена допускает более высокую максимально допустимую температуру токопроводящей жилы по сравнению с кабелем с БПИ. 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). 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.
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 всем 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 трехжильными.
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
Характеристика Тип изоляции кабеля
Бумага Триингостойкий СПЭ
Стоимость метра кабеля Меньшая первоначальная стоимость Большая первоначальная стоимость
Прогнозируемый срок службы Более короткий срок службы Более длинный срок службы
Стоимость монтажа Меньшая длина кабеля. Больше соединительных муфт, но более дешовые муфты Большая длина кабеля. Меньше соединительных муфт, но более дорогие муфты
Потери в кабеле Большие потери в диэлектрике. Меньшие потели в диэлектрике.
Пропускная Потери в кабеле способность Меньшая пропускная способность кабеля для одного и того же сечения Меньшая пропускная способность кабеля для одного и того же сечения
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 ? 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.
Механизм возникновения частичного разряда в кабеле.
Одним из прогрессивных методов диагностики является метод измерения ЧР.
Сущность метода измерения частичных разрядов заключается в следующем. В момент появления частичного разряда в кабельной линии возникает два коротких импульсных сигнала, длительности которых десятки-сотни наносекунд. Эти импульсы распространяются к разным концам кабельной линии. Измеряя импульсы, достигшие начала кабеля, можно определить расстояние до места их возникновения и уровень.
Схема метода измерения частичных разрядов.
При данном виде диагностики измеряется: распределение и величина ЧР по длине КЛ, количество ЧР в дефектных местах, напряжение возникновения и напряжение гашения ЧР.
По результатам измерений характеристик ЧР может быть определено расстояние до дефектного места с перспективой замены аварийного участка. Данный метод дает неплохие результаты для кабелей с изоляцией из полиэтилена, но практически не фиксирует дефекты в бумажно-масляной изоляции.
Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена
•существенно меньшая повреждаемость при прокладке, что в настоящее время является основной причиной отказов кабельных линий (КЛ);
•большая пропускная способность кабеля, достигнутая за счет увеличения допустимой температуры жилы (в зависимости от условий прокладки допустимые нагрузочные токи на 15-25% выше, чем у кабелей с бумажной изоляцией): •длительная нагрузка - 90 вместо 70°С;
•при перегрузке - 130 вместо 90°С;
•при коротком замыкании обеспечивается больший ток термической устойчивости (250 вместо 200°С);
•высокая устойчивость к влаге, при этом отпадает необходимость в металлической оболочке;
•изоляционные электрические характеристики выше, а диэлектрические потери ниже (коэффициент диэлектрических потерь равен 0,001 вместо 0,008);
•меньше допустимый радиус изгиба кабеля;
•поскольку для изоляции и оболочки применяются полимерные материалы, то для прокладки кабелей при температуре -20°С его предварительный подогрев не требуется;
•кабель с изоляцией из СПЭ имеет меньшие габариты и массу - в результате его прокладка, как в кабельных сооружениях, так и в грунте на сложных трассах, становится легче;
•более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума);
•более дешевая эксплуатация кабеля (ниже затраты на персонал, обслуживающий сеть).
Список литературы
Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.
Кабели силовые для стационарной прокладки. Общие технические условия. ГОСТ 24183-80.
Кадомская К.П. Электромагнитные процессы в кабельных линиях высокого напряжения. - Новосибирск: Издательство НГТУ, 1997.
Пантелеев Е.Г. Монтаж и ремонт кабельных линий. 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.
Бачелис Д.С., Белорусов Н.И., Саакян А.Е. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник. - М.: Энергия, 1971. - 704 с.
Кабели и провода. Основы кабельной техники/ А.И.Балашов, М.А. Боев, А.С. Воронцов и др. Под редакцией И.Б. Пешкова. - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 470 с. ил.
References
[1] Rules for the installation of electrical installations. - Moscow: Energoatomizdat, 1985. - 640 p.
[2] Power cables for fixed installation. General specifications. GOST 24183-80.
[3] Kadomskaya K.P. Electromagnetic processes in high voltage cable lines. - Novosibirsk: NSTU Publishing House, 1997.
[4] Panteleev EG Installation and repair of cable lines. 2 nd ed. - Moscow: Energoatomizdat, 1990. - 288 p.
[5] DS Bachelis, NI Belorosov, AE Sahakyan. Electrical cables, wires and cords: Reference book. - Moscow: Energia, 1971. - 704 p.
[6] Cables and wires. Fundamentals of cable technology / A.I.Balashov, M.A. Boev, A.S. Vorontsov, etc. Edited by I.B. Peshkova. - Moscow: Energoatomizdat, 2009. - 470 p. Yl.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
