Техника - молодёжи 1982-06, страница 10

2. КАБЕЛЬНЫЕ СВЕРХМОЩНЫЕ

АЛЕКСАНДР ТЕРЕХОВ, кандидат технических наук

Первые подземные силовые кабели, появившиеся в конце 70-х годов прошлого века, имели круглую медную токопроводящую жилу, обернутую джутовой или гуттаперчевой изоляцией, и свинцовую водонепроницаемую оболочку. После замены джутовой изоляции бумажной, это произошло в 1890 году, напряжение кабельных ЛЭП удалось увеличить в 5 раз — с 2 до 10 кВ.

Постепенно, улучшая качество кабельной бумаги и пропитывающей массы, энергетики подняли напряжение кабельных линий до 60 кВ. Но дальше дело застопорилось. Любые попытки переступить 60-киловольтный «порог» заканчивались аварией, хотя при лабораторных испытаниях эти кабели надежно работали и в более тяжелом по сравнению с обычным режиме — при предельно допустимом значении тока.

При исследовании поврежденных кабелей в них обнаруживали... полости, наполненные газом. Это казалось невероятным: ведь давно уже было известно, что свинцовая оболочка обеспечивает надежную герметизацию кабеля. Предстояло ответить на два вопроса: как возникают газовые полости и являются ли они причиной аварий?

Ответы на эти вопросы оказались простыми. С ростом нагрузки из-за нагрева происходит расширение жил, бумажной изоляции и пропитывающей ее массы. Когда нагрузка падает, то «начинка» кабеля также уменьшается в объеме. Но поскольку коэффициенты теплового расширения медных жил, бумажной изоляции и свинцовой оболочки, обладающей малой эла

стичностью, различны, многократное повторение этих циклов приводило к образованию внутри кабеля газовых полостей. Когда они появлялись у поверхности жил, где напряженность электрического поля наибольшая, возникали разряды, повреждавшие изоляцию.

Борясь с этим явлением, кабельщики заменили бумажную изоляцию пластмассовой (полиэтиленовой). И новые кабели стали надежно работать при вдвое больших напряжениях — 110 кВ!

Когда же и этого напряжения оказалось недостаточно, были разработаны так называемые маслона-полненные кабели. В них масло протекает как по каналу внутри кабельной жилы, так и между проволоками. Этим удалось предотвратить образование газовых полостей и поднять напряжение подземных ЛЭП до 380 кВ!

Но из-за этого кабельные линии стали намного сложнее. В частности, вдоль трассы пришлось сооружать подпитывающие баки, чтобы при изменениях нагрузки масло в подземной ЛЭП могло перетекать из подпитывающих емкостей в кабель и наоборот.

Впрочем, и маслонаполненные подземные электромагистрали ненадолго решили проблему передачи больших мощностей. Очень скоро снова встал вопрос о дальнейшем увеличении мощности кабельных ЛЭП.

На этот раз энергетики попытались увеличивать не напряжение, а ток! Но как бороться с резко возросшими тепловыми потерями в кабельных жилах? Для этого их стали навивать на трубу из нержавейки и прокачивать через нее воду. Существуют и другие типы водоохлаждаемых кабелей, причем все они отличаются повышенной экономичностью, так как выделяющееся в их жилах «бросовое» тепло используется для производственных и бытовых целей.

Допустимая нагрузка такой подземной линии зависит от расстояния между станциями охлаждения. При промежутке в 5 км и напряжении в системе 110 кВ передаваемая мощность достигает 0,5 млн.

ЭВОЛЮЦИЯ КАБЕЛЕЙ С БУМАЖНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ:

а — кабель с пропитанной изоляцией; б —- маслонаполненный кабель; в — кабель с внутренним водяным охлаждением.

1 — защитное покрытие; 2 — оболочка; 3 — бумажная изоляция; 4 — то-копроводящая жила; 5 — спираль, образующая остов полой жилы; 6 — труба водяного охлаждения.

ТРЕХФАЗНАЯ ЭЛЕГАЗОВАЯ КАБЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ.

кВт, но она может быть увеличена до 1,2—1,5 млн. кВт, если станции ставить через каждые 2 км.

Однако наибольший успех в повышении пропускной способности кабельных магистралей достигается при одновременном увеличении напряжения и тока. Поэтому в последние годы кабели стали наполнять газами (например, шестифто-ристой серой — элегазом) или газовыми смесями, обладающими лучшими, чем у воздуха, диэлектрическими свойствами. При повышении давления их изоляционные свойства возрастают настолько, что эти материалы могут конкурировать с твердыми диэлектриками.

Жилы кабелей с газовой изоляцией делают из алюминиевых труб, которые посредством изоляторов крепятся к оболочке. Сначала эти кабели монтировали из отдельных жестких секций, теперь освоили изготовление даже гибких элегазо-вых кабелей, которые можно доставлять к месту укладки, как и обычные кабели, намотанными на кабельные барабаны. При напряжении 500 кВ по линии такого типа может быть передана мощность порядка 5 млн. кВт.

Дальнейшее совершенствование сверхмощных кабельных линий тесно связано с развитием криогенной техники. (В переводе с греческого «криогенный» означает ♦производящий холод».) Дело в том, что с понижением температуры сопротивление металлов уменьшается в сотни раз, что позволяет значительно увеличить ток, текущий по криогенному кабелю, и передаваемую по нему мощность.

Одна из конструкций трехфазного криогенного кабеля показана на рисунке. Жилы кабеля сплетены из проволок в виде труб, по которым течет охлаждающий их сжиженный газ. Кабели имеют две оболочки. Создаваемый между ними глубокий вакуум и экраны обеспечивают хорошую тепловую изоляцию кабеля — главного, но не единственного элемента криогенной кабельной системы, в которую также входят два высоковольтных криогенных кабельных ввода, посты с холодильными установками,