Методическое пособие - Силовые электрические кабели - файл n1.doc

Методическое пособие - Силовые электрические кабели
скачать (18904 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc18904kb.03.11.2012 08:18скачать

n1.doc

  1   2   3   4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий





Методическое пособие

для самостоятельной работы студентов

специальности 6.090603

«Электротехнические системы и электропотребление»

по курсу «Техника и электрофизика высоких

напряжений»


Тема: Силовые электрические кабели
Составила: доцент кафедры ЭПП,

канд техн наук

Харламова З.В.

Мариуполь 2004

Содержание


    1. Область применения кабелей 5

    2. Расчет кабелей изоляции 7

    3. Маслонаполненные кабели. Газанаполненные кабели 14

    4. Кабели с пластмассовой изоляции 19

    5. Искуственное охлаждение маслонаполненных кабелей с центральным маслопроводящим каналом 20

    6. Криогенные и сверхпроводящие кабели 25

    7. Тепловое и электрическое воздействие на изоляцию 29

    8. Факторы, определяющие кратковременнукю и длительную электрическую прочность изоляции кабелей 31

    9. Кабельные муфты 35

    10. Маркировка кабелей. Обозначение кабелей на чертежах и схемах. 38



1.1. Область применения кабелей
Кабельные линии находят преимущественное применение в условиях промышленной и городской застройки, т.е. в районах, где прокладка трасс воздушных линий встречает большие затруднения. В городах и промышленных зонах кабельные линии прокладывают, как правило, в земле (траншеях) по непроезжей части улиц (под тротуарами) и по техническим полосам (газоны с кустарниковой посадкой). На территориях, насыщенных подземными коммуникациями, прокладку кабельных линий выполняют в коллекторах и туннелях. При пересечении проезжей части улиц кабельные линии прокладываются в блоках или трубах.

В настоящее время применяются, как правило, кабели с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке. Для кабельных линий, прокладываемых в земле и воде, применяются бронированные кабели. Применение кабелей в свинцовой оболочке следует предусматривать для прокладки подводных линий, в шахтах, опасных по газу и пыли для прокладки в особо опасных коррозионных средах. В остальных случаях при невозможности использовать кабели в алюминиевых или пластмассовых оболочках их замена на кабели в свинцовых оболочках требует специального обоснования.

Взрывоопасные и пожароопасные производства ограничивают область применения одних видов кабелей и увеличивают применение других, более прочных видов.

На электрических станциях и подстанциях применяются кабельные сети различного назначения. Прокладываются силовые кабели напряжением 6, 10, 20 кВ, отходящие от распределительных устройств станции за пределы территории, служащие для электроснабжения потребителей местного района силовые кабели собственных нужд напряжением 6 и 3 кВ и 600, 380, 380/220, 220 В, включая сети освещения силовые кабели постоянного тока от щита постоянного тока ко всем потребителям оперативного тока на напряжение 220, реже 110 В контрольные кабели вторичных устройств электрической станции ( систем управления, автоматики, защиты, контроля, сигнализации, блокировок и пр.) слаботочные кабели всех видов связи и сигнализации.

Кабельные линии 110-220 кВ не получили пока широкого применения, что в основном объясняется значительно большей стоимостью кабельных линий по сравнению с воздушными. Кабельные линии 6-35 кВ в 2-3 раза дороже воздушных, а кабельные линии 110 кВ дороже воздушных в 5-8 раз. Такие кабели могут использоваться в схемах глубоких вводов и на электростанциях для передачи электроэнергии от силовых трансформаторов к распределительным устройствам.

В зависимости от напряжения, числа жил, заземления нейтралей, условия и способа прокладки выбираются кабели разных марок, различающиеся материалом и конструкцией жил, изоляцией, защитными покровами.

На напряжения до 35 кВ наибольшее применение получили кабели с вязкой пропиткой, у которых ленточная бумажная изоляция пропитывается маслоканифольными или синтетическими нестекающими составами повышенной вязкости.

Для напряжений 110-220 кВ промышленной частоты используются маслонаполненные кабели, которые, как правило, выполняются одножильными. Использование в кабелях вязкой пропитки нецелесообразно по техническим и технико- экономическим соображениям.

При напряжениях 110-150 кВ переменного тока наибольшее распространение получили маслонаполненные кабели высокого давления (0.8-1.6 Мпа) в стальных трубах.

Наряду с рассмотренными ранее при напряжениях до 220 кВ применяются газонаполненные кабели, в которых необходимая длительная электрическая прочность достигается за счет повышения давления газа (сухой, очищенный азот). В таких кабелях практически исключены деформации оболочки и образование пустот из-за значительно большего температурного коэффициента линейного расширения кабельной массы по сравнению с температурным коэффициентом линейного расширения кабельной бумаги.

Выпускаются кабели с полиэтиленовой изоляцией. Они применяются при напряжениях до 35 кВ.

Для ввода больших мощностей в крупные города и промышленные центры разрабатываются кабели с охлаждением токоведущих жил до температуры жидкого азота (криорезистивные кабели) или жидкого гелия (сверхпроводящие кабели).
Весь рассмотренный выше материал можно представить в виде таблицы 1.1.
Таблица 1.1


Изоляция

Исполнение

Резиновая и

Пластмассовая

Трехжильные с пластмассовой изоляцией, облегченные для электрификации сельского хозяйства 10 кВ

Трехжильные и одножильные 6-35 кВ

Одножильные 110-220 кВ

Бумажная

С вязкой пропиткой 

с поясной изоляцией трехжильные 6-10 кВ

трехжильные с отдельно освинцованными жилами 20-35 кВ

Маслонаполненные 

одножильные с центральным маслопроводящим каналом низкого и высокого давления 110-220 кВ

трехжильные высокого давления в стальной трубе с маслом под давлением 110-220 кВ



За последнее время количество силовых и контрольных кабелей значительно возросло и кабельное хозяйство усложнилось. Это вызвано ростом единичной мощности энергетических блоков, увеличением количества вспомогательного оборудования, значительным ростом объема измерений и объема автоматизации процессов производства и регулирования технологических и электрических режимов. Количество силовых и контрольных кабелей, относящееся в настоящее время к одному крупному энергетическому блоку (300-800 МВт) достигает тысяч (до 40 тыс.) общей протяженностью несколько сотен километров.
1.2. Расчет кабельной изоляции
Толщина изоляции кабелей выбирается исходя из допустимой напряженности электрического поля на поверхности жилы при рабочем напряжении. Для одножильных кабелей с экранирующей цилиндрической жилой напряженность поля в изоляции в точке на расстоянии r от оси равна:

, (1.1)

где, U — напряжение между жилой и свинцовой оболочкой.

r1, r2 — внутренний и наружный радиусы изоляции.

По толщине изоляции напряженность изменяется от своего максимального значения у поверхности жилы:

, (1.2)

до наименьшего значения у оболочки:

. (1.3)
Если не изменять наружного радиуса r2, изменяя лишь внутренний радиус r1, то напряженность у поверхности внутренней жилы Emax , будет наименьшим значением при . Поэтому в кабелях обычно отношение выбирается близким к этому значению. В кабелях с экранирующими секторными жилами (рис.1) напряженность поля у внутреннего ребра жилы в точке А может быть определено по формуле (1.4):


Рисунок 1.

,

где,  — толщина изоляции жилы;

r2 — радиус закругления внутреннего ребра секторной жилы.

Напряженность поля у внешнего ребра в точке В максимальное и вычисляется по формуле (1.5):

,

где, r1 — радиус закругления внешнего ребра; при 1= величина V = 2  / r.
Жила кабеля скручивающаяся из большого числа проволок. Если поверхность жилы не экранирована, то напряженность на ее поверхности из-за искажения поля увеличивается по сравнению со значением Emax.

При тепловом расчете определяется предельная сила тока, при котором перегрев изоляции не превышает допустимые значения Т = Тж.д. - Т0. Максимальная допустимая температура жилы Тж.д. принимается: 80С для кабелей на напряжение до 3 кВ; 65С для кабелей 6 кВ; 60С для кабелей от 10 до 35 кВ; 7075С для маслонаполненных кабелей 110 кВ и выше. Температура окружающей среды Т0 при прокладке кабелей в земле принимается равной 15С.

Увеличение температуры выше норм приводит к ускоренному старению изоляции, что сопровождается ухудшением электрических свойств. Расчет допустимого тока нагрузки производится на основе теплового закона Ома:

, (1.6)

где,  — разность температур, С;

р — тепловой поток на 1 м длины кабеля, Вт/м;

S — термическое сопротивление 1 м, С м / Вт;

Разность температур жилы и окружающей среды ж в одножильном кабеле:

, (1.7)

рж, риз и роб — потери в жиле, изоляции и оболочке на 1 м2;

Sиз, SП и S0 — термическое сопротивление изоляции, защитных покровов и окружающей среды.

Для трехфазного кабеля эта разность равна:

, (1.8)

В этих кабелях потери в изоляции и оболочке, как правило, значительно меньше потерь в жиле и ими можно пренебречь. Для кабелей марки ОСБ:

, (1.9)

где, Sзап — термическое сопротивление заполнения между свинцовыми оболочками.

При прокладке нескольких кабелей они нагревают друг друга и тепловой расчет определяется взаимным расположением кабелей. Потери в оболочке пропорциональны потерям в жиле и выражаются через коэффициент потерь в оболочке уоб, причем роб = уоб рж. Значение уоб для одножильных кабелей может быть более 1. Для кабелей марки ОСБ уоб = 0,1  0,2. Ток нагрева может быть рассчитан исходя из приведенных выше уравнений.

Для одножильных кабелей:

, (1.10)

для трехжильных кабелей:

, (1.11)

для кабелей марок ОСБ и ОСК:

, (1.12)

где, Rж — сопротивление жилы переменному току при максимально допустимой рабочей температуре.

Термическое сопротивление изоляции кабелей вычисляется по формулам:

а) для одножильных кабелей и фазы кабеля марки ОСБ:

; (1.13)

б) для трехжильных кабелей с поясной изоляцией с круглой жилой:

; (1.14)

; (1.15)

в) для кабелей с числом жил k и более:

; (1.16)

г) для кабелей с секторными жилами:

, (1.17)

где,  — удельное термическое сопротивление изоляции;

R — радиус по изоляции;

r — радиус жилы;

Rск — радиус сектора;

G — геометрический коэффициент;

 и 1 — толщина жильной и поясной изоляции;

n — общее число кабелей в группе;

m — число слоев в группе.

Термическое сопротивление заполнения Sзап в кабелях с отдельно освинцованными жилами можно вычислить по формуле для трехжильных кабелей, в которых в качестве радиуса жилы принят наружный радиус свинцовой оболочки, в качестве толщины жильной изоляции  — толщина подушки на каждой оболочке и в качестве толщины поясной изоляции 1 — толщина общей подушки под броней. При наличии металлических экранов вокруг изолированных фаз тепловое сопротивление изоляции уменьшается и Sиз надо умножить на коэффициент kз.

Термическое сопротивление защитных покровов вычисляется также, как термическое сопротивление изоляции:

; (1.18)

где, п — удельное термическое сопротивление защитного покрова;

RП1 и RП2 — внутренние и внешние радиусы защитного покрова.

Основными источниками тепла в кабеле являются следующие потери: в жиле Qж; в диэлектрике Qд; в свинцовой оболочке и броне Qc. Последние имеют существенное значение для одножильных кабелей. В кабелях до 35 кВ главным источником нагрева является тепло Qж. При прокладке кабелей в земле в зависимости от защитных покрытий изменяется и тепловое сопротивление окружающей среды. Это изменение может быть учтено соответствующими поправочными коэффициентами для допустимого тока нагрузки.

Для кабелей высших классов напряжения необходимо оценить возможность развития теплового пробоя. При этом должны быть более точно учтены распределение диэлектрических потерь по толщине диэлектрика и зависимость tg  изоляции от температуры, который в свою очередь меньше по толщине диэлектрика. Исходными данными при расчете является ток в жиле, температура окружающей среды и зависимости tg  изоляции от температуры.

  1   2   3   4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации