Розробка науково-технічних засобів неруйнівної діагностики вітчизняних надвисоковольтних кабелів світового рівня для підвищення їх експлуатаційної надійності та ресурсу
Ескіз недоступний
Дата
2013
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Анотація
Звіт за НДР: 229 стор., 79 рис., 2 табл., 241 літературне джерело
У роботі представлено науково-прикладні результати щодо розвитку концепції не-руйнівної діагностики високовольтних кабелів зі зшитою поліетиленовою (ЗПЕ) ізоляцією з використанням підвищеної напруги промислової частоти. Основні дослідження були направ-лені на уточнення основних електрофізичних механізмів додаткової деградації твердої полі-мерної ізоляції у низькочастотному електричному полі з урахуванням механізмів збурення такого поля у локальних мікрооб'ємах ізоляції біля окремих та сукупності близько розташо-ваних провідних рідких мікровключень.
Метою роботи була розробка наукової концепції, методів та електричних схем для створення систем комплексної діагностики технічного стану вітчизняних високовольтних кабелів світового рівня зі зшитою поліетиленовою ізоляцією при їх виготовленні та експлуа-тації для підвищення надійності та ресурсу високовольтних кабельних ліній електропередачі.
Робота спрямована на вирішення науково-прикладних задач, зокрема:
– розробку концепції неруйнівних випробувань і комплексної діагностики вітчизня-них кабелів з сучасною твердою нанозміцненою полімерною ізоляцією (зокрема зі ЗПЕ ізо-ляцією) при їх виготовленні та експлуатації для підвищення надійності та ресурсу вітчизня-них високовольтних кабельних ліній електропередачі;
– розробку електричної схеми і математичної моделі електротехнічної установки, з використанням яких можна було б визначити необхідні підходи до генерування напруг, не-обхідних для діагностики високовольтних кабелів зі ЗПЕ ізоляцією;
– розробити енергоефективні методи та технічні рішення для створення електротехні-чної установки, на якій стало б можливим здійснювати комплексну діагностику технічного стану ЗПЕ ізоляції щойно виготовлених високовольтних кабелів та тих, які вже були трива-лий час в експлуатації.
Основні результати та положення, які було сформульовано при виконанні НДР.
1. Було розроблено нову математичну модель для аналізу пульсуючих сил, з якою окремі струмопровідні рідкі мікровключення та їх сукупності діють на структуру ЗПЕ ізоляції силових кабелів. Обґрунтовано, що за рахунок виникнення пульсуючих електромеханічних сил у гармонічному електричному полі, які спрямовані на структуру твердої ізоляції водяні мікровключення викликають більшу її деградацію, ніж такі ж тверді провідні включення.
Водяні мікровключення в електричному полі можуть змінювати форму і, якщо вони не сферичні, то і орієнтацію відносно напрямку поля, якщо це дозволить структура ізоляції. Якщо виникає сукупність близько розташованих водяних мікровключень, то в її центрі ви-никають найбільші сили, які розтягують включення вздовж поля і спрямовують їх в цьому напрямку одне до одного. Сили в перпендикулярних напрямках стискають і взаємно відшто-вхують включення одне від одного. Сукупна силова взаємодія близько розташованих водя-них мікровключень із зовнішнім електричним полем та між собою спрямована на утворення в ЗПЕ ізоляції кабелів водяних триїнгів типу "бант" і "віяло".
2. В роботі розвинуто концепцію неруйнівної діагностики високовольтних кабелів зі ЗПЕ ізоляцією. В основу нової концепції було наступні положення:
– силові кабелі зі ЗПЕ ізоляцією не доцільно, а кабелі на 110 кВ і більше взагалі не до-пустимо випробувати постійною напругою;
– випробування ЗПЕ ізоляції високовольтних кабелів змінною напругою промислової частоти (50 Гц) є можливим, якщо ця напруга перевищує експлуатаційну напругу не більше, ніж у 1,5 разів, а діагностика щойно виготовлених кабелів триває менше 30 хв., а зістарених кабелів (тобто тих, які були в експлуатації тривалий час) – менше 15 хв;
– випробувальні напруги промислової частоти доцільно формувати на установках, в яких використовуються резонансні кола із послідовно з'єднаних випробувального кабелю та спеціального реактора з регульованою лінійною індуктивністю.
Установку можливо використовувати також для вимірювання електричного опору струмопровідної жили всієї довжини кабелю, тангенсу кута діелектричних втрат в його ЗПЕ ізоляції та контролю рівня часткових розрядів (ЧР), який для щойно виготовлених високо-вольтних і надвисоковольтних кабелів зі ЗПЕ ізоляцією повен бути не більшим від 10 пК.
3. Для практичної реалізації нової концепції було розроблено електричну схему і ма-тематичну модель резонансної установки, з використанням яких було визначено режими блоків установки для генерації низькочастотних (50 Гц) напруг до 160 кВ зі зменшенням у 20–60 разів вхідної потужності та струмів у блоках установки при електричних пробоях ізо-ляції як кабелів, так і інших елементів розрядного контуру.
Отримані результати впроваджено на заводі "Південкабель" при створенні установки для діагностики щойно виготовлених і зістарених кабелів зі ЗПЕ ізоляцією на напруги до 110 кВ, що підтверджено відповідними актами.
Вхідна потужність створеної установки у 20–60 разів є меншою від потужності інших випробувальних систем (нерезонансних, або з резонансним контуром іншого типу). Створена установка має також низький рівень нелінійних спотворень, оскільки коефіцієнт послаблення вищих гармонік k = (n2-1) дорівнює 8; 24; 48 … при n = 3; 5; 7; …, де n – номер вищих гар-монічних складових вхідної напруги).
Опис
Ключові слова
кабель, полімерна ізоляція, неруйнівна діагностика, електричне поле, мікровключення, силова взаємодія, об'ємний заряд, водяні триїнги
Бібліографічний опис
Розробка науково-технічних засобів неруйнівної діагностики вітчизняних надвисоковольтних кабелів світового рівня для підвищення їх експлуатаційної надійності та ресурсу : звіт про НДР (заключ.) / НТУУ "КПІ" ; кер. роб. А. А. Щерба. - К., 2013. - 229 л. + анот. звіт + опис + табл. + CD-ROM. - Д/б №2536-п