Копырюлин, Петр Владимирович. Совершенствование эксплуатационных свойств кабельных линий с полимерной изоляцией

Краткое описание

Копырюлин, Петр Владимирович. Совершенствование эксплуатационных свойств кабельных линий с полимерной изоляцией : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.03 / Копырюлин Петр Владимирович; [Место защиты: Сам. гос. техн. ун-т].- Самара, 2013.- 132 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/886

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи

04201452764
Копырюлин Петр Владимирович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Научная специальность: 05.09.03
Электротехнические комплексы и системы
Диссертация на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Научный руководитель: д.т.н., профессор Гольдштейн В.Г.
Самара - 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ, ОСОБЕННОСТИ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЕЙ 6-220 кВ.
1.1. Сравнительный анализ изоляционных материалов кабельных линий 6-
220 кВ 10
1.2. Физико-химические основы твердой полимерной изоляции 17
1.3. Химическая структура и ее влияние на свойства полимерной изоля¬ции 22
1.4. Особенности сшивки полиэтилена для главной изоляции кабельных
линий 6-220 кВ 29
1.5. Выводы 35
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕ¬НА.
2.1. Основы теплового расчета кабельных линий с изоляцией из сшитого
полиэтилена 6-220 кВ 36
2.2. Уравнения теплового баланса для кабельных линий 6-220 кВ с изоля¬цией из сшитого полиэтилена 38
2.3. Математическая модель тепловых процессов в кабельных линиях из
сшитого полиэтилена 6-220 кВ 42
2.4. Математическая модель пропускной способности кабельных линий с
изоляцией из сшитого полиэтилена 6-220 кВ 46
2.5. Выводы 53
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В ЭК-РАНАХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ 6-220 кВ.
3.1. О проблемах ограничения токов и напряжений в экранах кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена 54
3.2. Симметричные и несимметричные режимы работы кабелей с изоляцией
из сшитого полиэтилена 6-220 кВ 61
3.3. Основные расчетные случаи кабельных линий с изоляцией из сшитого
полиэтилена 6-220 кВ. Определение параметров прямой и нулевой после-довательностей 65
3.4. Математическая модель токов и напряжений в экранах кабельных ли-ний с изоляцией из сшитого полиэтилена 6-220
кВ 77
3.4.1. Математическая модель токов и напряжений в экранах кабельных
линий с изоляцией из сшитого полиэтилена 6-220 кВ для нормального ре¬жима 77
3.4.2. Математическая модель токов и напряжений в экранах кабельных
линий с изоляцией из сшитого полиэтилена 6-220 кВ для аварийного ре¬жима однофазного КЗ 80
3.4.3. Моделирование напряжений и токов в кабельных линиях с полимер¬ной изоляцией 6-220 кВ 85
3.5. Выводы 88
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНА-ПРЯЖЕНИЙ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПО-ЛИЭТИЛЕНА 6-220 КВ
4.1. Параметры кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена 6-
220 кВ 90
4.2. Математическая модель волновых процессов импульсных перенапря¬
жений для кабельных линиях с односторонним разземлением экранов и изоляцией из сшитого полиэтилена 6-220 кВ 102
4.3. Математическая модель волновых процессов импульсных перенапря-жений для кабельных линий с транспонированными экранами и изоляцией
из сшитого полиэтилена и 6-220 кВ 107
4.4. Математическая модель коммутационных и дуговых перенапряже- ний воздействующих на полимерную изоляцию кабельных линий 6-220
кВ 114
4.5. Феррорезонансные перенапряжения на полимерной изоляции ка¬бельных линий 6-220 кВ 116
4.6. Выводы 119
Заключение 120
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122
ПРИЛОЖЕНИЕ 130

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе определен и научно обоснован комплекс задач направленный на совершенствование методологии проектирования КЛ с поли¬мерной изоляцией. Решение которых определяется корректным использовани¬ем соответствующего математического аппарата, вычислительных программ¬ных комплексов, обоснованностью принятых допущений и подтверждается удовлетворительным совпадением результатов расчетов и эксплуатационных данных.
Решены поставленные научно-технические задачи моделирования волновых процессов импульсных перенапряжений при одностороннем заземлении и транспозиции экранов КЛ с полимерной изоляцией 6-220 кВ для развития ме¬тодологии защиты КЛ от электрофизических воздействий. Было проведено полное и систематическое исследование электромагнитных процессов прохо¬дящих в КЛ с полимерной изоляцией, позволившее усовершенствовать методи-ки определения токов и напряжений в экранах КЛ с полимерной изоляцией, модели определения максимальных значений перенапряжений воздействующих на полимерную изоляцию КЛ и выбора конструкции КЛ учитывая тепловые процессы в них. Анализ полученных теоретических результатов исследований может быть использован в нормативной документации по проектированию КЛ с полимерной изоляцией и при создании программных комплексов расчета и определения параметров и конструкции КЛ.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы:
1. Уточнена математическая модель для определения температуры главной изоляции и оболочки КЛ с полимерной изоляцией, позволяющая оценить ее пропускную способность, значение которой при полном отсутствии токов в эк¬ранах увеличится до 20%.
2. Разработана методика выбора (с допустимой погрешностью в 5 %) сече¬ния экрана КЛ с учетом требований по термической стойкости к токам КЗ и минимума потерь энергии в КЛ.
3. Установлено, что учет взаимного влияния фаз приводит к уменьшению амплитуды импульса и сокращению времени его воздействия на 15 %, следова¬тельно, для расчета максимумов перенапряжений необходимо учитывать вза¬имное влияние между каналами экран-экран соседних фаз для не допущения выбор защитного оборудования большей стоимости.
4. Построена статистическая модель дуговых перенапряжений, позволяю¬щая с учетом верхней границы доверительного интервала 95%, определить од¬ногодичные, десятилетние, пятидесятилетние расчетные кратности в среднем ожидаемые хотя бы на одной фазе КЛ с полимерной изоляцией в один год, в десять и пятьдесят лет ^=2,98; ^0=3,35; К5о=3,55.
5. Предложены эквивалентные и расчетные схемы одностороннего раззем- ления и транспозиции экранов КЛ, для которых получены аналитические вы¬ражения максимумов перенапряжений.
6. На основе проведенного анализа волновых процессов, происходящих в транспонированных экранах трехфазной системы, установлено, что при оценке максимума напряжения на оболочках КЛ допустимо не учитывать волны, от¬раженные от узлов, расположенных за рассматриваемым узлом по ходу движе¬ния волны. Напротив, рекомендуется учитывать взаимное влияние фаз, если приближенно принять волновое сопротивление канала экран-земля равным волновому сопротивлению межэкранного канала.