Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Электротехника и электрооборудование предприятий» Реферат «Конструктивные особенности кабельных линий» по дисциплине «Электрооборудование, сети и электрохозяйство предприятий» Тема № 9 Выполнил: ст. гр. БАЭсз-21-01 ____________ М.И.Имамутдинов (подпись, дата) Проверил: ____________ А.С. Бодылев (подпись, дата) УФА 2024 Содержание: Введение. 1. Конструктивные элементы 1.1 Токопроводящая жила 1.2 Изоляция 1.3 Экран 1.4 Оболочка 1.5 Защитный покров 2. Устройство и применение высоковольтных кабелей с масляным наполнением 2.1 Конструкция трехфазного маслонаполненного кабеля. 3. Газонаполненный высоковольтный кабель. 3.1 Устройство трехфазной линии с газонаполненными кабелями. 3.2 Конструкция газонаполненного кабеля 4. Газоизолированные высоковольтные линии. Заключение. Список использованных источников. Введение Промышленное предприятие (цех), город (микрорайон), поселок, не имеющие своей электростанции, требуется присоединить к сетям энергосистемы с последующим распределением электроэнергии. Электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии называется линией электропередач. Электрические сети могут быть выполнены воздушными и кабельными линиями, шинопроводами и токопроводами. Кабельная линия электропередачи (КЛ) – линия для передачи электроэнергии, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Как правило, кабельные линии прокладывают в местах, где затруднено строительство воздушных линий (ВЛ) – в городах, поселках, на территории промышленных предприятий. Они имеют определенные преимущества перед ВЛ – закрытая прокладка, обеспечивающая защиту от атмосферных воздействий (ветер, гроза, обледенение), КЛ имеют большую надежность и безопасность в эксплуатации. Поэтому, несмотря на их большую стоимость и трудоемкость сооружения, кабельные линии широко применяют в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения. 1.Конструктивные элементы Любой электрический проводник состоит из следующих частей, далеко не всегда из всех сразу, может только из нескольких: 1. Токопроводящая жила. Служит для проведения тока при минимально возможном нагреве. Основные требования, предъявляемые к жилам: хорошая гибкость, устойчивость к образованию коррозии, высокая электропроводимость и конечно же низкая стоимость. 2. Изоляция. Барьер, который должен обеспечивать как можно большее сопротивление проходящей по жиле электрической энергии. Изолирующий слой должен обладать как можно большими диэлектрическими свойствами, при этом в как можно большем диапазоне температур. Помимо этого изоляция должна быть гибкой. 3. Экран. Необходим для защиты токопроводящей жилы от всевозможных внешних электромагнитных помех. Требование к конструкции экранирующего слоя — 100% покрытие изоляции при изгибах. 4. Поясная изоляция. Служит для дополнительной защиты проводов и кабелей от пробоя. 5. Оболочка. Защищает проводник от механических повреждений, атмосферных явлений, а также проникновения влаги. 6. Защитный покров. Дополнительная оболочка, применяемая при эксплуатации кабельной продукции в тяжелых условиях. 1.1Токопроводящая жила Жилы кабелей, проводов и шнуров изготавливаются согласно действующему ГОСТ 22483-2012, который в свою очередь является стандартом и определяет сопротивление постоянному электрическому току 1-го км жилы при температуре +20⁰С. Чтобы выявить электрическое сопротивление нужно знать поперечное сечение, материал изготовления и класс проволоки. Рассмотрим каждый параметр по порядку, чтобы вы понимали, как он влияет на конструкцию электрических проводов и кабелей. Класс проволоки может быть от 1 до 6. Чем выше класс, тем лучше гибкость проводника. К примеру, 1 и 2 класс используется для изготовления кабельной продукции, которая будет применяться исключительно для стационарной прокладки. Для подключения передвижных механизмов нужно использовать кабеля, класс гибкости у которых от 3 до 6. Что касается материала изготовления, это очень важный параметр. Медь лучше проводит ток и при этом более устойчива к механическим повреждениям. Однако недостатками медных проводов являются более высокая стоимость и подверженность коррозии, особенно при высокой влажности и температуре. Алюминий дешевле и не так подвержен коррозии, однако он более хрупкий и образовывает оксидную пленку, из-за которой повышается переходное контактное сопротивление. Плюсы и минусы алюминиевой проводки мы рассматривали в отдельной статье. 1.2 Изоляция Изолирующий слой может быть представлен следующими материалами: 1. Поливинилхлоридный пластикат (ПВХ). Самый распространенный вид изоляции, который при комнатной температуре (+20⁰С) обладает высоким сопротивлением. Недостатками ПВХ пластиката является недостаточно хорошая гибкость, если сравнивать с резиной и тот факт, что при температуре +70⁰С и выше значительно снижается сопротивление изоляции провода. Достоинства поливинилхлоридного пластиката: невысокая цена, хорошая устойчивость к множеству химических реагентов, влаге, а также низкий уровень горючести. 2. Сшитый полиэтилен (СПЭ). Используется для изготовления высоковольтной кабельной продукции, прокладываемой подземным способом. Конструкция кабелей из сшитого полиэтилена обладает хорошей гибкостью, низкой гигроскопичностью (поглощение влаги) и возможностью нагрева до +130 °С. Недостатки СПЭ-кабелей — сложность изготовления, необходимость использования зарубежного оборудования, из-за чего 3. стоимость изделия значительно выше аналогов. 4. Полиэтилен. Может быть низкой плотности (ПЭНП) и высокой (ПЭВП). Достоинства: диэлектрические свойства в 300 раз выше нежели у ПВХ изоляции, низкая гигроскопичность, устойчивость к химическим реагентам. Однако минусами полиэтилена являются снижение диэлектрических свойств провода при повышении температуры, слабая гибкость и в то же время высокая стоимость. Конструкция кабелей с изоляцией из полиэтилена хорошо себя зарекомендовала для прокладки стационарной проводки на промышленных объектах. 5. Электроизоляционная резина. Благодаря своей гибкости чаще всего используется для подключения передвижных механизмов и оборудования. Гибкая, дешевая, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Однако теряет свои электроизоляционные характеристики при температуре выше +80 °С, подвержена повреждению от ультрафиолетового излучения и что самое опасное — не устойчива к горению. 6. Пропитанная бумажная изоляция (БПИ). Конструкция кабелей с бумажной изоляцией состоит из лент кабельной бумаги, пропитанной специальным вязким или же не стекающим составом. Требования к изготовлению данного вида кабелей — бумажные ленты не должны совпадать при накладывании одной на другую. Допускается не более трех совпадений или даже двух, если самая нижняя лента соприкасается к экранирующему слою либо токопроводящей жиле. Применение кабелей с БПИ изоляцией — прокладка высоковольтной линии в земле. Достоинства — низкая стоимость и высокие электроизоляционные свойства. Недостатки — впитывание влаги, высокая пожароопасность, низкая устойчивость к механическим повреждениям и текучесть изоляции при повышении температуры, из-за чего рекомендуется использовать проводник исключительно для горизонтальной прокладки. 7. Кремнийорганическая резина. Обладает высокой термостойкостью, электроизоляционными параметрами, хорошей прочностью и гибкостью. В то же время слабо устойчива к воздействию химических реагентов, конструкция провода разрушается при истирании и достаточно дорого стоит. Применяется, как правило, в условиях с повышенной температурой. 8. Политетрафторэтилен (ПТФЭ). Обладает хорошей стойкостью к механическим повреждениям даже при температуре до +250°С, при этом хорошо противостоит химическому воздействию. Минусы такого типа защиты — высокая стоимость и токсичность. 1.3 Экран Следующим составляющим элементом конструкции кабелей и проводов является экранирующий слой, назначение которого — защита проводника от электромагнитных помех. Чаще всего экран используют в кабелях управления и высоковольтных кабельных линиях. Основные типы экранов: из металлизированной бумаги (если конструкция предусматривает БПИ изоляцию); медная проволока (для ПВХ и резины); оцинкованная проволока из стали (бронь+кран); электропроводящая резина (при резиновом типе изоляции). Экранирующий слой может быть наложен как на весь пучок жил, так и на каждую отдельно. Как правило, он гибкий и дополнительно позволяет защитить провод от механических повреждений, однако из-за наличия экрана в конструкции погонный метр изделия будет стоить дороже. 1.4 Оболочка Этот элемент конструкции электрических кабелей и проводов защищает от негативного воздействия солнечного излучения, влаги, агрессивных веществ и конечно же механических повреждений. Для кабельной продукции с пропитанной бумажной изоляцией используют свинцовую либо алюминиевую оболочку. Если же изолирующий слой представлен ПВХ пластиком либо резиной, то и оболочка соответственно может быть либо из ПВХ, либо из шланговой резины. Свинцовая оболочка имеет хорошую гибкость и стойкость к химическому воздействию, ее можно спаять в полевых условиях. Минус в том, что свинец имеет маленькую температуру плавления, поэтому при воздействии тепла и вибрации могут возникать трещины в оболочке, вплоть до полного разрыва. С этими недостатками борются, добавляя в конструкцию присадки сурьмы и меди. Алюминий более, чем в 2 раза прочнее свинца, устойчив к вибрациям, может выступать в качестве брони и даже экрана. Плохо только то, что алюминиевая оболочка кабеля имеет слабую стойкость к почвенной коррозии и к тому же дороже стоит. ПВХ пластикат дешевый, слабо повреждается химическими веществами, обладает механической прочностью и в то же время достаточно герметичен. Однако у него плохая гибкость, слабая устойчивость к механическим нагрузкам и световому старению. Шланговая резина, по сравнению с обычной, хорошо воспринимает растягивающие, ударные и крутящие нагрузки. Помимо этого она может быть устойчивой к маслу, низким температурам и воспламенению. Недостатки — разрушается при одновременном воздействии кислорода и солнечного излучения, при этом слабая устойчивость к химическому воздействию. 1.5 Защитный покров Ну и последний элемент конструкции кабелей и электрических проводов — защитный покров, который может состоять из подушки, бронирующего слоя и внешнего покрова. Назначение подушки — дополнительная защита изоляционного слоя от повреждения стальными лентами либо металлической проволокой, которые в свою очередь представляют бронь. Подушка может быть изготовлена из: крепированной бумаги (обладает высоким удлинением до разрыва); пластмассовых лент (альтернатива крепированной бумаге); битумного состава (склеивает). Бронирующий слой нужен, чтобы защитить конструкцию проводника от всякого рода механических воздействий. Стальные ленты не воспринимают растягивающие усилия, могут быть дополнительно защищены от воздействия коррозии. В частности два слоя стальных лент хорошо защищают от повреждений механического характера. Проволока предотвращает раскручивание скрутки жил и хорошо работает на растяжение. От механических повреждений не защищает. Ну и внешний покров должен обеспечить кабелю герметичность, а также устойчивость к различным атмосферным явлениям. Может быть представлен кабельной пряжей из стекловолокна, дополнительно пропитанного битумом или же покров из пластмассы (ПВХ пластикат либо полиэтилен). Как правило, указанный внешний покров может входить в конструкцию высоковольтных кабелей с БПИ изоляцией. Для проводов присущи легкие внешние покровы: хлопчатобумажная пряжа, стекловолокно, швейная или льняная нитка. Также оплетка может быть обработана противогрибковым или атмосферостойким составом либо вообще лаком, который защитит от попадания влаги. 2. Устройство и применение масляным и газовым наполнением высоковольтных кабелей с Подземные высоковольтные кабели для передачи электроэнергии используются уже много лет, и за эти годы был разработан ряд различных технологий. Линии передачи с газовой и масляной изоляцией обладают техническими, экологическими и эксплуатационными характеристиками, которые делают их очень хорошей альтернативой там, где требуется передача высокого напряжения в ограниченном пространстве, например, там, где невозможно использовать воздушные линии электропередачи. Высоковольтные кабели в Испании на напряжение 400 кВ Кабельные линии электропередачи с газовой и масляной изоляцией (газо- и маслонаполненные кабели высокого давления) являются безопасной и гибкой альтернативой воздушным линиям и занимают гораздо меньше места, обеспечивая при этом такую же передачу электроэнергии. Поскольку они практически не влияют на ландшафт, а их минимальное электромагнитное излучение означает, что их также можно использовать вблизи или даже внутри зданий, высоковольтные кабели с масляным и газовым наполнением можно рассматривать для широкого спектра применений. Магнитная индикация B, которую можно измерить вблизи такой конструкции, очень низкая, намного ниже, чем для эквивалентной воздушной линии. На расстоянии 5 метров от труб она составляет менее 1 мкТл. Они подходят для обеспечения продолжения подземных воздушных линий, подключения электростанций к электросети или в качестве компактного способа подключения крупных промышленных предприятий к общей сети. При использовании в кабелях повышенных давлений электрическая прочность кабельной изоляции значительно повышается, а толщина ее и, следовательно, стоимость уменьшаются. Повышенные давления в кабелях с масляным или газовым наполнением создаются внутри изоляции через полую жилу или другие каналы, проходящие вдоль кабеля, а также прикладываются снаружи изоляции, если кабель помещен в стальном трубопроводе. Строительство кабльной линии с высоковольтными газонаполненными кабелями В газонаполненных кабелях используется обедненно-пропитанная изоляция, в слое которой находится инертный газ под давлением, обладающий хорошими электрическими характеристиками и высокой теплопроводностью (азот, элегаз и др.). Замещение воздуха азотом или элегазом позволяет избежать окисления изоляции. По величине давления различают кабели низкого (0,7 — 1,5 ат), среднего (до 3 ат) и высокого (12 — 15 ат) давления. Первые два типа кабелей изготовляются преимущественно трехфазными на 10 — 35 кВ, а кабели высокого давления — однофазными на 110 — 330 кВ. Одножильные маслонаполненные кабели на 110 кВ выполняются с одним маслопроводящим каналом в центре полой жилы, а на напряжение 500 кВ — с центральным каналом в жиле и каналами под защитной оболочкой. 2.1 Конструкция трехфазного маслонаполненного кабеля Увеличение давления требует упрочнения защитной оболочки наложением на нее укрепляющих металлических лент, которые защищены от коррозии соответствующими покрытиями, а также брони из стальных оцинкованных проволок. Большой недостаток современной высоковольтной линии, выполненной маслонаполненным кабелем это потребность в весьма дорогостоящей и сложной вспомогательной аппаратуре, как-то: баки питания, давления, стопорные, соединительные и концевые муфты. Компенсация изменений объемов пропитывающего состава осуществляется с помощью подпитывающих устройств, состоящих из баков питания и бака давления. Баки питания обеспечивают подачу в кабель или отбор из него большого количества масла при малом изменении давления, а бак давления поддерживает давление в кабеле при любом изменении объема масла. Масло вдоль кабеля перемещается по центральному каналу токоведущей жилы. Кабельная линия делится с помощью стопорных муфт на отдельные секции подпитки. Наиболее сильным конкуренту маслонаполненному кабелю является кабель с газом под давлением. 3.Газонаполненный высоковольтный кабель. Газонаполненный высоковольтный кабель по сравнению с маслонаполненным, так как по сравнению с ним требует меньших затрат на сооружение линии, не нуждается в сложной вспомогательной аппаратуре и весьма прост как в установке, так и в эксплуатации. 3.1Устройство трехфазной линии с газонаполненными кабелями Основным преимуществом газонаполненных кабелей по сравнению с маслонаполненными является простота подпитки кабельной линии газом, возможность прокладки кабеля по крутонаклонным и вертикальным трассам. Наибольшее распространение газонаполненные кабели получили на напряжение 10 — 35 кВ. При напряжениях 110 кВ и выше газонаполненные кабели по сравнению с маслонаполненными имеют меньшую импульсную прочность, большее тепловое сопротивление. Поэтому эти кабели у нас в стране при напряжениях 110 кВ и выше применяются редко. В Европейских странах наоборот маслонаполненные кабели под высоким давлением (Oil Filled Cable) применяются реже, чем газонаполненные (Gas-insulated transmission lines, GIL). Эта технология технология начала применяться в Европе примерно в 70-х годах. Она была специально разработана для того, чтобы обеспечить возможность заглубления сетей высокого напряжения в городских условиях. В настоящее время существует много реализованных проектов с использованием с газонаполненных кабелей на напряжение до 500 кВ. Преимуществом газонаполненных кабелей является сравнительно большой запас прочности при аварийном падении давления, что позволяет не отключать их немедленно при падении давления. 3.2 Конструкция газонаполненного кабеля Кабели в стальном трубопроводе с маслом под давлением представляют собой три одножильных кабеля с бумажной изоляцией, пропитанной минеральным или синтетическим маслом (без свинцовой оболочки), которые расположены в стальном трубопроводе с маслом под давлением до 15 ат. Обычно для пропитки изоляции используются более вязкие масла, а для заполнения трубопровода — менее вязкие масла. Такие кабельные линии в стальных трубопроводах с маслом под давлением применяются на напряжение 110 — 220 кВ. Изоляция покрыта экраном из металлизированной бумаги или перфорированных медных лент, поверх которых наложено герметизирующее покрытие — полиэтиленовая оболочка, предохраняющая от попадания сырости в кабель при транспортировке. По герметизирующему покрытию спирально накладываются две-три полукруглые бронзовые или медные проволоки, которые предназначены для облегчения протяжки кабеля в трубопровод, кроме того, они удерживают фазы на некотором расстоянии друг от друга, что улучшает циркуляцию масла и обеспечивают электрический контакт экранов кабеля с трубопроводом. Стальная труба, позволяющая удержать давление в кабеле, является надежной защитой от механических повреждений. Давление масла на изоляцию передается через полиэтиленовую оболочку. Переход воздушной линии в кабельную Слабым местом высоковольтного кабеля являются, обычно, соединительные муфты. Одна из основных задач развития высоковольтных кабельных линий — это создание соединительной муфты, удобной для монтажа и имеющей электрическую прочность, не меньшую, чем кабель. На концах кабельной линии устанавливаются концевые муфты, а через каждый 1 — 1,5 км линии — соединительные муфты полустопорного типа (препятствуют свободному обмену маслом между соседними секциями трубопровода). Заданное давление масла в линии поддерживается автоматически действующей установкой, подпитывающей линию маслом при понижении давления и отбирающей избыток масла при повышении давления. В соединительных муфтах маслонаполненных кабелей осуществляются электрическая связь токопроводящих жил и соединение маслопроводящих каналов кабеля. Жилы соединяются опрессованием, а непрерывность маслопроводящего канала обеспечивается полой стальной трубкой (сварка или пайка из-за наличия масла недопустимы). По всей длине муфты накладывается заземленный экран (луженая медная оплетка), а снаружи муфта заключается в металлический кожух. Кабельная муфта на заполненном маслом высоковольтном кабеле Кабели в стальном трубопроводе с газом под давлением отличаются от предыдущей конструкции только тем, что вместо минерального или синтетического масла трубопровод заполняется сжатым инертным газом, обычно азотом при давлении порядка 12 — 15 ат. Преимущество таких кабелей состоит в значительном упрощении и удешевлении системы подпитки линии. Изоляция кабелей подвергается не только длительному воздействию напряжении промышленной частоты, но и импульсных напряжений, поскольку кабели присоединяются либо непосредственно к воздушным линиям, либо к электрооборудованию открытых подстанций и РУ, воспринимающих воздействия атмосферных перенапряжений. Импульсная прочность маслонаполненного кабеля выше, чем газонаполненного, независимо от величин давлении масла или газа в них. Для каждого типа кабеля пробивное импульсное напряжение может быть увеличено путем уменьшения толщины бумажных лент, т. е. путем уменьшения зазоров между ними. Маслонаполненные кабели или кабели под внешним давлением газа, в которых зазоры в изоляции заполнены пропитывающим составом, имеют наибольшие пробивные напряжения. Газонаполненные высоковольтные кабели в подземном коллекторе (тунеле), можно легко перемещаться между кабелями, но для этого типа установки почти не требуется обслуживание Кабельные линии электропередачи с газовой и масляной изоляцией высокого давления уже доказали свою техническую надежность в течение нескольких десятилетий, поскольку они обеспечивают исключительную безопасность в эксплуатации и даже в случае отказа в дополнение к своим очень хорошим характеристикам передачи. Состояние изоляции кабельных линий в процессе эксплуатации проверяется профилактическими испытаниями, которые позволяют выявить грубые нарушения целости изоляции и дефектов в ней (заземление фаз, обрывы жил и т. п.), а также произвести измерения сопротивления изоляции, токов утечки, угла диэлектрических потерь и др. Следует отметить, что для изоляции кабельных линий профилактические испытания являются единственным методом обнаружения дефектных мест в изоляции, так как кабельная линия недоступна для осмотра и профилактического ремонта. Поэтому профилактические испытания изоляции кабельных линий должны своевременно выявить дефекты в изоляции кабелей и, следовательно, снизить аварийность сети. Siemens разрабатывает линию электропередачи с газовой изоляцией Новая линия предназначена для передачи до пяти гигаватт (ГВт) мощности на систему. Федеральное министерство экономики и энергетики Германии выделяет 3,78 миллиона евро на этот проект развития. ЛЭП постоянного тока будет основываться на технологии существующей линии передачи с газовой изоляцией (ЛЭП), которая состоит из двух концентрических алюминиевых труб. В качестве изолирующей среды используется смесь газов. До сих пор кабельные линии с газовой изоляцией был доступен только для переменного тока. Расширение сети электропередач необходимо, если к 2050 году 80 процентов спроса на электроэнергию в Германии будет покрыто за счет возобновляемых источников энергии. Электроэнергия, вырабатываемая ветряными турбинами на севере страны и у побережья Германии, должна будет транспортироваться в максимально эффективно к центрам погрузки на юге Германии. Для этого лучше всего подходит передача постоянного тока из-за его низких электрических потерь по сравнению с передачей переменного тока. Развитие сети с использованием технологии передачи высокого напряжения постоянного тока (HVDC) с использованием воздушных линий электропередачи и линий электропередачи постоянного тока с газовой изоляцией, проложенных под землей на определенных участках, может быть реализовано с использованием значительно меньших ресурсов, чем трехфазная технология. «Подземная линия электропередачи постоянного тока имеет большое значение для перехода Германии на новую структуру энергоснабжения, поскольку ее разработка первоначально будет происходить в Германии. Позже будут вполне возможны запросы из других стран ЕС или других стран мира. В любом случае, с разработкой линии электропередачи постоянного тока с газовой изоляцией Германия будет играть ведущую роль в проектировании будущих систем передачи энергии», - сказал Денис Имамович, ответственный за системы передачи с газовой изоляцией в подразделении Siemens Energy Management. 4. Газоизолированные высоковольтные линии Применение традиционных кабелей связано с рядом проблем. Сегодня кабели с масляной, бумажной, синтетической изоляцией (в том числе и на основе сшитого полиэтилена) предусматриваются на критические мощности величиной примерно до 1700 МВт. Эти кабели плохо приспособлены для передачи энергии на расстояния свыше нескольких десятков километров изза ограничений по термической стойкости и возможных резонансных явлений. Диэлектрические потери в этих типах кабелей также весьма велики, что обусловлено достаточно высокой диэлектрической проницаемостью полимеров, бумаги и масла. Помимо прочего, традиционные кабели не являются экологически чистыми, как правило, они пожароопасны (при коротком замыкании в одной фазе в результате пожара повреждаются и другие), а электромагнитные поля в них не полностью локализованы — на поверхности земли, где они проложены, уровень электромагнитных воздействий может быть весьма значительным. Кроме того, существуют значительные технологические проблемы при вертикальной прокладке кабелей. Переход от воздушных линий электропередачи к кабелям требует изменения систем автоматики и релейной защиты, а при применении длинных кабелей необходимы устройства компенсации реактивной мощности. ЛИНИИ С ГАЗОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ИЗОЛЯЦИЕЙ Технологии линий (или токопроводов) с газовой изоляцией (ЛГИ) позволяют решить практически все упомянутые проблемы традиционных кабелей. На рис. 1 представлена принципиальная конструкция газоизолированной линии однофазного исполнения. В случае пофазного исполнения токоведущая жила и оболочка располагаются коаксиально. Опорные изоляторы, установленные на одинаковом расстоянии, удерживают жилу в центре оболочки, при этом электрическая изоляция осуществляется с помощью высокопрочного в электрическом отношении газа (элегаза, сухого воздуха, или их смеси, другого газа) под давлением, которое обычно имеет диапазон от 4 до 20 атм. Токоведущая жила представляет собой твердую металлическую трубу, как правило, из алюминиевого сплава. Жила поддерживается внутри металлической оболочки с помощью изоляторов, изготовленных из литых эпоксидных компаундов горячего отверждения. Для повышения электрической прочности газовой изоляции вблизи поддерживающих изоляторов устанавливаются ловушки частиц. Оболочка ЛГИ обеспечивает механическую прочность конструкции и герметизацию газовых объемов секций. Для уменьшения потерь энергии в оболочке материалом для нее, как правило, служит сплав алюминия. Секции собираются в единую линию непосредственно на месте монтажа. Соединения секций в ЛГИ должны учитывать: необходимость непрерывности электрической системы, компенсацию тепловых расширений, герметизацию газовых объемов. Возможны различные способы соединения секций — с помощью сварки, фланцев и скользящих контактов. В последние годы, как правило, соединения секций осуществляются с помощью сварки в атмосфере инертного газа. Для того чтобы пыль или металлические частицы не проникли в оболочку во время сварки, концы секций вставляются в соединительную муфту. Соединения жил и оболочек должны производиться в чистой передвижной камере при соблюдении мер предосторожности, чтобы исключить попадание грязи и частиц внутрь. Антикоррозийное покрытие наносится в стадии полного соединения оболочек. Тепловое расширение оболочки обычно компенсируется с помощью сильфонов из нержавеющей стали или алюминия либо перемещением одного из концов ЛГИ, а токоведущих жил — с помощью втычных контактов. После установки каждый герметизированный участок линии подвергается различным проверкам — на качество сварки, электрических соединений и т.п. Затем герметичный участок заполняется газом под давлением, который должен быть отфильтрован и высушен так, чтобы все следы влаги были устранены. Перед началом эксплуатации ЛГИ обязательно проводятся высоковольтные испытания. Для изменения профиля трассы применяются поворотные элементы. В газоизолированных линиях трехфазного исполнения все три фазы находятся в одной оболочке. Газоизолированные линии могут прокладываться в земле, на ее поверхности и в туннелях. ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ЛГИ Начало развития газоизолированных линий и первые упоминания о них относятся к 1964 г., т.е. происходило это практически одновременно с началом продвижения на рынок элегазовых выключателей и комплектнораспределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ). Первая промышленная установка ЛГИ на напряжение 242 кВ протяженностью 414 м была реализована в 1972 г. американской компанией CGIT Westboro (проект Hudson Switching Station), затем в Германии в 1974 г. компанией Siemens. В Японии эксплуатация первой промышленной ЛГИ была начата в 1978 г. В это же время аналогичные проекты появились в России. В 1975 г. Всесоюзным (теперь Всероссийским) электротехническим институтом им. В.И. Ленина была разработана, изготовлена и установлена в опытно-промышленную эксплуатацию на подстанции «Бескудниково» в Москве ЛГИ-110 кВ (рис. 2), а затем — в 1978 г. ЛГИ-220 кВ (рис. 3). В 1980 г. этим же институтом была установлена в опытную эксплуатацию на испытательном стенде в Тольятти ЛГИ-500 кВ. В дальнейшем наиболее активными в промышленном освоении ЛГИ были компания CGIT Westboro (США), поставившая в период с 1972 по 2003 г. около 120 ЛГИ, а также Chubu Electric Power Co и Toshiba (Япония). Первое поколение ЛГИ имело ряд недостатков, затрудняющих их внедрение: высокая стоимость — линия заполнялась полностью дорогим элегазом, монтаж и технологии изготовления не были отработаны и поэтому дороги; недостаточная надежность в эксплуатации из-за относительно высоких утечек элегаза при использовании ручной сварки труб, а также применение изоляторов с высокой напряженностью электрического поля неоптимизированной конструкции и т.д. ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ ЛГИ Примерно с 2000 г. можно говорить о втором поколении газоизолированных линий электропередачи. Эти линии характеризуются использованием смесей элегаза с азотом, что примерно на 20% снижает их стоимость. Кроме того, облегчается использование ЛГИ при низких температурах. В них применяются специальные ловушки частиц внутри герметичных секций, так как металлические частицы наиболее опасны для внутренней изоляции линии. ЛГИ второго поколения также обладают существенным снижением возможных утечек газа за счет применения современных автоматизированных орбитальных систем сварки трубчатых оболочек в полевых условиях, ультразвукового контроля качества сварки, использования для оболочек спирально сваренных труб. Применены новые эффективные системы мониторинга состояния линий и специальные процедуры предпусковых испытаний. Японской фирмой Chubu Electric Power Co была введена в эксплуатацию одна из первых газоизолированных линий второго поколения (рис. 4), заполненная смесью из элегаза и азота. В рамках этого проекта были проведены работы по замене существующей воздушной линии 275 кВ на ЛГИ в туннеле, что позволило получить дополнительные городские площади. В результате сейчас стоимость ЛГИ на напряжение 220—500 кВ не превышает стоимости кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена той же мощности. Кроме того, надежность ЛГИ из-за практического отсутствия старения изоляции, по данным зарубежных компаний, существенно выше. С появлением ЛГИ второго поколения повысилась активность применения газоизолированных линий. В последние годы реализован целый ряд проектов компанией Siemens, китайские компании совместно с ВЭИ создали ЛГИ 220—500 кВ с использованием сухого воздуха под давлением. Сегодня формируется зона предпочтительного применения ЛГИ — это мощные (1000—4000 МВт) линии передачи электроэнергии, условия прокладки которых не позволяют применять ЛЭП и традиционные кабели (невозможность отчуждения больших площадей земли под ЛЭП; повышенные требования по надежности, безопасности, в том числе пожаробезопасности, уровню внешних электромагнитных полей — напряженность электромагнитного поля на поверхности земли при применении ЛГИ на порядок ниже, потерям электроэнергии; наличие препятствий для прокладки ЛЭП — рек, гор). Приоритетными областями применения газоизолированных линий сейчас являются внутриподстанционные связи, глубокие вводы электроэнергии в крупные города, вертикальные вводы, передача через реки и другие препятствия с помощью ЛГИ, встроенных в мосты или транспортные туннели. В качестве примера глубокого ввода электроэнергии в город представлена двухцепная газоизолированная линия 550 кВ (рис. 5). Аналогичные линии глубокого ввода электроэнергии на основе ЛГИ имеются в ряде крупнейших городов мира. Прежде всего газоизолированные линии применяются там, где на подстанциях требуется повышенная безопасность. В этом случае ошиновка осуществляется с помощью ЛГИ. При пересечении нескольких линий электропередачи также оптимальным является применение газоизолированных линий. Если компоновка подстанции экстремально компактна — сборные шины также могут выполняться на основе ЛГИ. Особенно эффективны газовые токопроводы для вертикальной электропередачи, например, с подземных станций и подстанций при пересечении болотистых участков, дорог, районов городской застройки, где требуются повышенные требования по экологии и компактности. Для оценки радиальных размеров газоизолированных линий можно воспользоваться данными компании CGIT Westboro (рис. 6). Из представленных данных видно, что радиальный размер оболочки газоизолированных линий в однофазном исполнении для номинального напряжения от 145 до 1200 кВ лежит в диапазоне 240—760 мм, при этом толщина оболочки меняется мало и составляет 6,5—7,6 мм. Более точный выбор габаритов ЛГИ осуществляется по специальным методикам, учитывающим состав газа и его давление, передаваемую мощность, различные конструктивные особенности. Максимальная передаваемая мощность, в свою очередь, зависит от того, находится ли газоизолированная линия в земле, на поверхности земли или в туннеле. Важнейшее значение для обеспечения высокой надежности ЛГИ имеют испытания ее после изготовления. Типовые испытания линий должны включать: • испытания изоляции — высоковольтные и на частичные разряды; • токовые и температурные испытания; • динамические испытания при протекании токов КЗ; • испытания систем защиты; • механические испытания оболочек; • испытания на газоплотность; • антикоррозионные испытания; • механические испытания контактов; • испытания на стойкость к внутренней дуге. Регламентация различных требований МЭК к газоизолированным линиям представлена в документе «IEC TECHNICAL REPORT 61640». В России в ОАО «ФСК ЕЭС» разработан и представлен на утверждение стандарт организации «Элегазовые токопроводы 20—500 кВ». Заключение. 1. Газоизолированные линии имеют преимущества перед традиционными кабелями по пропускной способности, возможной предельной длине, уровню потерь электроэнергии, безопасности (в том числе и по-жаробезопасности), совместимости с ЛЭП по системам автоматики и релейной защиты, возможностям вертикальной прокладки, уровню внешних электромагнитных полей, необходимости применения устройств компенсации реактивной мощности. 2. Несмотря на достаточно большой международный опыт внедрения газоизолированных линий, в последние годы появилось второе поколение ЛГИ, которое характеризуется высокой надежностью, снижением стоимости, использованием вместо чистого элегаза смесей элегаза с азотом, а также специальных устройств и технологий, повышающих электрическую прочность газа и газоплотность оболочек ЛГИ. 3. Приоритетными областями применения газоизолированных линий сейчас являются внутриподстанционные связи, глубокие вводы электроэнергии в крупные города и выдача мощности от электростанций, вертикальные вводы электроэнергии, передача электроэнергии через реки и другие препятствия с помощью ЛГИ, встроенных в мосты или транспортные туннели, если передаваемая мощность составляет 1000— 4000 МВт. 4. Разработанные международные и отечественные нормативно-технические документы в области ЛГИ регламентируют требования по применению газоизолированных линий в электрических сетях Российской Федерации. Список использованных источников. 1. Общая электротехника / Р.Т. Хазиева, Е.С. Резник, Р.Р. Шарипов, Л.А. Рябишина, А.Н. Яшин, Р.Р. Саттаров, Т.А. Леонтьева, О.В. Бондаренко, А.Р. Калимгулов, П.А. Хлюпин – Уфа: УГНТУ, 2021 2. Гужов, Н.П. Системы электроснабжения: учебник / Н.П. Гужов, В.Я. Ольховский, Д.А. Павлюченко. – Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2015. – 262 с. 3. Шабанов, В. А. Электрические сети и основы электроснабжения: учеб. пособие / В. А. Шабанов; УГНТУ, каф. ЭЭП. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. - 59 с. 4. Лопатин В. П. Электротехника, основы электроники и электрооборудование: учебное пособие / В. П. Лопатин; УГНТУ, каф. ЭЭП. 2-е изд., доп. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013. - 190
