Оптимізація нової технології промислового виготовлення кабелів з твердою полімерною ізоляцією для удосконалення енергетичних мереж надвисоких напруг
Ескіз недоступний
Дата
2011
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Анотація
Звіт про НДР: 223 стор, 74 рис., 5 табл., 276 літературних джерел.
Об’єкт дослідження: нова технологія виготовлення наномодифікованої полімерної ізоляції для кабелів надвисоких напруг (до 330 кВ).
Мета роботи: визначення електрофізичних механізмів додаткового збурення електричного поля сукупністю мікродефектів некритичних розмірів в полімерній ізоляції кабелів надвисоких напруг і розробка рекомендацій щодо підвищення надійності та пропускної спроможності таких кабелів для забезпечення науково-технологічної підтримки промислового випуску вітчизняних конкурентоспроможних кабелів на напруги до 330 кВ.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити важливу науково-прикладну проблему – розробити нову наукову концепцію та математичні моделі для аналізу сукупного впливу різних дефектів в полімерній ізоляції надвисоковольтних кабелів на локальні підсилення електричного поля та визначити критерії для оцінки її якості з додатковим урахуванням критичних напружених об’ємів і сукупностей близько розташованих мікродефектів, розміри яких можуть бути меншими від критичних. Важливо було також розробити методи і рекомендації щодо оптимізації технологій виготовлення наномодифікованої тришарової полімерної ізоляції у вулканізаційній камері похилого типу для науково-технологічної підтримки освоєння вперше в СНД промислового випуску вітчизняних надвисоковольтних кабелів з експлуатаційними характеристиками світового рівня.
Наукова новизна.
Згідно з розробленою концепцією при аналізі сукупного впливу різних мікродефектів на підсилення електричного поля в ізоляції кабелів необхідно додатково ураховувати: а) розмірні співвідношення дефектів, які визначають їх форму й орієнтацію відносно поля; б) характерні розміри областей ізоляції із близько розташованими мікродефектами та в) співвідношення між їх розмірами і взаємними відстанями. А при оцінці якості ізоляції треба ураховувати: детерміновані механізми її деградації в об’ємах (в яких напруженість поля є більшою від критичної) і стохастичні механізми її деградації в напружених об’ємах (в яких напруженість поля є більшою від допустимої для даної ізоляції, але меншою від критичної).
Розроблено нові методи і рекомендації для оптимізації технологій нанесення на жилу кабелів тришарової ізоляції з її вулканізацією у похилій камері, для чого були розроблені: а) математична модель рухомої вільно провисаючої жили з ізоляцією у похилій вулканізаційній камері для визначення оптимальних параметрів камери та електроприводів; б) Simulink-модель для визначення стратегії усунення поперечних і поздовжніх коливань жили з урахуванням перехідних електричних і механічних процесів в системі частотно-регульованих електроприводів та в) система поточного регулювання товщини й ексцентриситету кожного шару ізоляції та температури в кожній зоні термообробки ізоляції.
Показано, що водяні мікродендрити на поверхні провідного мікровключення, підсилюють електричне поле в ізоляції сильніше, ніж дендрити таких же розмірів і форми, які не контактують з провідним включенням. Якщо довжина нерозгалуженого дендриту на поверхні сферичного й еліпсоїдального провідного включення вздовж поля буде більшою від розмірів включення, то ступінь підсилення поля більше визначають розміри дендрита, якщо навпаки, то визначальними стають розміри включення.
Виявлено, що в локальній області ізоляції біля провідного вістря на полярні молекули води діють електричні сили, спрямовані в область підсилення поля, які сприяють руху молекул води в зону указаної локальної області ізоляції. В силу електрокінетичного механізму руху молекул на вістрі триїнгів виникає зона з підвищеною вологістю, що може приводити до швидкого проростання триїнгів всередині ізоляції в зону сильних електричних полів, викликаючи прискорене старіння поліетиленової ізоляції кабелю на надвисокі напруги. Тому наномодифікацію полімерної ізоляції доцільно здійснювати у середовищі сухого азоту при високих значеннях температури і тиску, а в конструкціях кабелів використовувати спеціальні матеріали для радіального та поздовжнього блокування доступу зовнішньої вологи.
Отримані при виконанні даної НДР наукові, технологічні і практичні результати використані при розробці керівного матеріалу "Руководство по выбору, прокладке, монтажу, испытаниям и эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 220 кВ и 330 кВ. РД К28-004:2010". – Харьков, 2011. – 42 с. [1].
Фундаментальні та прикладні результати використано в Інституті електродинаміки НАН України (м. Київ) як вихідні дані при розробці математичних моделей для досліджень електричних і теплових процесів в трифазних кабельних лініях надвисоких напруг з урахуванням їх конструкцій, високочастотних перехідних процесів та умов експлуатації.
Нові методи, математичні моделі та рекомендації щодо недопустимості критичних напружених областей в полімерній ізоляції надвисоковольтних кабелів та оптимізації технологій виготовлення наномодифікованої тришарової полімерної ізоляції у вулканізаційній камері похилого типу використано при освоєнні промислового випуску на заводі "Південка-бель" (м. Харків) сучасних кабелів на напруги до 330 кВ з характеристиками світового рівня.
Пропускну електричну потужність в таких кабелях підвищено – в 1,33 рази а стійкість до струмів коротких замикань – в 1,5–2 рази, за рахунок виключення в кабелях екологічно небезпечних рідких компонентів підвищено і екологічність кабельних ліній електропередачі.
Опис
Ключові слова
кабелі, надвисока напруга, технологія, полімерна ізоляція, деградація, оптимізація, сукупність мікровключень, характерні співвідношення, напружений об'єм
Бібліографічний опис
Оптимізація нової технології промислового виготовлення кабелів з твердою полімерною ізоляцією для удосконалення енергетичних мереж надвисоких напруг : звіт про НДР (заключ.) / НТУУ "КПІ" ; кер. роб. А. А. Щерба. - К., 2011. - 223 л. + CD-ROM. - Д/б №2349-п