Современные закрытые электропередачи высокого напряжения (газоизолированные линии и сверхпроводящие кабели)

УДК 621.311

К.П.Кадомская, Ю.А.Лавров, А.И.Ширковец

СОВРЕМЕННЫЕ ЗАКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Аннотация

Приведены конструкции газоизолированных линий (ГИЛ) и высокотемпературных сверхпроводящих кабелей (ВТСПК) высокого

напряжения, а также методики определения их первичных продольных и поперечных параметров. Проанализированы потери в рассмотренных конструкциях ГИЛ и ВТСПК, а также сформулированы требования, позволяющие обеспечить надежность их эксплуатации.

Ключевые слова:

газоизолированные линии, высокотемпературные сверхпроводящие кабели, параметры, потери, области применения

K.P.Kadomskaya, Yu.A.Lavrov, A.I.Shirkovetz.

MODERN INSULATED HIGH-VOLTAGE TRANSMISSION LINES

Abstract

The paper describes constructions of high-voltage gas-insulated transmission lines (GIL) and high-voltage high-temperature superconductive cables (HVHTSCC). Techniques how to determine primary longitudinal and transversal parameters are also stated. Losses in the considered GIL and HVHTSCC have been analyzed. Operation reliability demands have been formulated.

Keywords:

gas-insulated lines, high-temperature superconductive cable, parameters, losses, application areas

В настоящее время в электроэнергетике большое внимание уделяется вопросам энергосбережения, экологичности и безопасности эксплуатации силового электрооборудования и электрических сетей. Обеспечению этих требований, в частности, удовлетворяют такие каналы передачи электрической энергии как газоизолированные линии (ГИЛ) и сверхпроводящие кабели на базе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСПК).

Газоизолированные линии высокого напряжения. При проектировании ГИЛ, так же, как и при проектировании любого технического устройства, необходим системный подход. В рассматриваемом случае этот подход включает в себя как выбор и проектирование конструкции ГИЛ, так и анализ целесообразных зон сооружения ГИЛ и организации их обслуживания. Целесообразными зонами использования ГИЛ высокого напряжения подземного исполнения могут служить, например: глубокие вводы мощности в крупные города и промышленные центры, осуществление связи комплектных элегазовых распределительных устройств (КРУЭ) с ВЛ, надежные каналы передачи больших энергетических мощностей в районах с агрессивной окружающей средой, вывод мощности с ГАЭС и ГЭС по трассам с большим перепадом высот.

Следует отметить, что использование в электрических сетях ГИЛ ВН позволяет уменьшить затраты на сооружение устройств для компенсации реактивной мощности, осуществляемой в настоящее время при использовании кабелей с твердой и жидкой изоляцией с помощью различного рода устройств, например, управляемых и неуправляемых шунтирующих реакторов. Это преимущество ГИЛ связано с использованием в них изолирующей газовой среды (8Б6-элегаза, и азота), диэлектрическая проницаемость которой в 2-3 раза меньше диэлектрической проницаемости твердой современной изоляции-сшитого полиэтилена. Это обстоятельство приводит к уменьшению емкостного тока, потребляемого ГИЛ, и, соответственно к уменьшению мощности шунтирующих реакторов, устанавливаемых в электрических сетях ВН.

В настоящее время в основном применяются ГИЛ однофазного исполнения (ГИЛ ОИ), но в ряде случаев проектируются и сооружаются ГИЛ трехфазного исполнения (ГИЛ ТИ). Эскизы этих конструкций ГИЛ приведены на рис. 1.

а) 6)

Рис.1. Эскизы конструкций ГИЛ ВН: а - ГИЛ ОИ, б - ГИЛ ТИ

Использование той или иной конструкции ГИЛ определяется, в основном, требованиями надежности энергоснабжения. При прокладке ГИЛ ОИ эта надежность может быть повышена путем прокладки резервной фазы. Однако, при этом возрастают затраты на сооружение канала передачи электроэнергии.

Мощность активных потерь в конструкциях ГИЛ. Следует отметить, что в ГИЛ ОИ нетехнологические потери в металлических оболочках существенно превышают соответствующие потери в ГИЛ ТИ. Это связано с тем, что в ГИЛ ОИ в режиме нормальной эксплуатации в оболочке наводится существенный ток. В оболочках ГИЛ ТИ происходит частичная компенсация токов, наводимых в них токами в фазах, сдвинутых на 120 электрических градусов. Для снижения нетехнологических потерь в металлических оболочках ГИЛ ОИ эти оболочки выполняются двухслойными: внутренняя оболочка выполняется из хорошо проводящего алюминия, внешняя - для обеспечения

необходимой механической стойкости - из стали. В [1,2] изложена методика определения потерь в двухслойной оболочке ГИЛ ТИ. Согласно этой методике мощность потерь в составляющих двухслойной оболочки может быть определена как: (индекс 1 соответствует внутренней оболочке из алюминия, индекс 2 - внешней стальной оболочке):

где R1 - радиус внутренней оболочки, yj и у2 - проводимости внутренней и внешней оболочек,

2 2 2 Q = sh2v - sin 2v + x (sh2v + sin 2v) + 4xsh v,

n *

A = cosv(chv + xshv) + Щ1 c°sv + 'n2 sinv), k1 = ,

n *

Bj = sinv(shv + xchv) +-j2R~(^2sinv-^icosv), k2 =^wf2/2 ,

X= gLkl = f t1, щ = chvf + shvy1, щ2 = chvf + shv—,

g 2 kj fj k2 k2 k1 k1 k2

f L и f2 - магнитные проницаемости внутренней и внешней оболочек.

Так, например, в ГИЛ 400 кВ (1эфф = 3 кА, Рток=120 Вт/м) потери

в однослойной стальной оболочке толщиной 7-9 мм составляют 1200 Вт/м, а в конструкции с двухслойной оболочкой (толщина оболочки из алюминия составляет 2 мм) общие потери составляют 290 Вт/м. Распределение плотности тока по двухслойной оболочке для ГИЛ 400 кВ приведено на рис.2.

* 10

7

5

m 6

I

І s

л

Й л

о

X

Алюминий

Сталь ь J 1=_1

0.582 0.584 0.586 0.588 0.59 0.592 0.594 0.596 0.598 0.6 0.602

Радиус ГИЛ, м

Рис.2. Распределение плотности тока по двухслойной оболочке ГИЛ ОИ в радиальном направлении

Изоляционные габариты ГИЛ ОИ и ТИ определяются величиной максимальной напряженности в их конструкциях. В ГИЛ ОИ минимуму напряженности электрического поля на поверхности токопровода отвечает отношение внутреннего радиуса оболочки к внешнему радиусу токопровода Я/г ~ е (основание натурального логарифма). В ГИЛ ТИ этому критерию отвечают: г/Я =0,18...0,2 и Ь/Я =0,5 [1]. Выбор абсолютных значений поперечных габаритов ГИЛ определяется:

• электрической прочностью чисто газового промежутка, собственно твердого диэлектрика и комбинированной изоляции (на границе раздела двух диэлектрических сред);

• условиями теплоотдачи и температурным режимом оболочки (не более 70оС) и токоведущей жилы (не более 105оС).

Тепловой режим эксплуатации ГИЛ. При прокладке ГИЛ в грунте пропускная способность ГИЛ может быть ограничена не допустимым нагревом токопровода и оболочки, а допустимым нагревом окружающего грунта. Разность температур между температурой жилы (Тж) и температурой среды прокладки (Т0) согласно простейшей тепловой схеме определится как [1]:

Тж - Т0 = Рж (Я„ + Япвх + Я0 ) + Рд (^ + Япвх + Я0 ) + Роб (Роб + Я0 ),

где Яиз, Я пвх, Я о - тепловые сопротивления изоляции, полихлорвинидной внешней оболочки ГИЛ и грунта, соответственно; Рж, Роб, Рд - мощности активных потерь в жиле, металлической оболочке и диэлектрике.

Расчеты показали, что при прокладке ГИЛ непосредственно в грунте их пропускная способность может определяться допустимым нагревом среды прокладки. Так, например, в ГИЛ ОИ 500 кВ (Япония) при толщине алюминиевой оболочки 2 мм и допустимой для ГИЛ температуре жилы 105оС температура среды прокладки при её удельном термическом сопротивлении, равном 1 К*м/Вт, составляет 46оС. Эта температура существенно превышает обычно принимаемое предельное значение 15оС, при котором не наблюдается «лавинного» осушения почвы на значительном расстоянии от проложенной в грунте ГИЛ. Одной из радикальных мер экологической совместимости ГИЛ с подземной средой является их прокладка в специальных траншеях.

Определение погонных параметров ГИЛ. При анализе стационарных и переходных процессов в сетях, содержащих ГИЛ, необходимо знание их продольных (индуктивности и активного сопротивления) и поперечных (емкости и активные проводимости) погонных параметров. Для определения продольных параметров ГИЛ ОИ коаксиальной конструкции (при двухслойной конструкции металлической оболочки - внутренней алюминиевой и внешней стальной) целесообразно воспользоваться моделью Ведепола [3], позволяющей учесть поверхностный эффект в металлических элементах конструкции. Собственные внутренние продольные сопротивления токопровода (2Х) и алюминиевой оболочки (X 3) (магнитное поле в ГИЛ с двухслойной оболочкой практически не проникает в стальную оболочку) определяются как:

к 10

^1-------------:-------:--------:-----: ,

2яг1 Г ль 11

2з=-

к 10

где к = е /4 д/й// = ке /4 - комплексное волновое число, 10,11, К0, К1 -

модифицированные функции Бесселя первого и второго рода, нулевого и первого порядков соответственно. На рис.2 приведены частотные зависимости индуктивности и активного сопротивления в контуре токопровод-металлическая оболочка ГИЛ ОИ (1 = + 1з +12, где

= у—1п — - внешнее сопротивление контура по диэлектрику).

2л Г2

Рис.2. Частотные зависимости погонного активного сопротивления

и индуктивности контура токопровод-металлическая оболочка ГИЛ ОИ

Методика определения продольных погонных сопротивлений в ГИЛ ТИ достаточно подробно изложена в [1]. Здесь же приведем лишь результирующие выражения. Собственные ^кк) и взаимные (^и) продольные погонные сопротивления определяются как:

и Л и Л

?кк =

2л

7 — Ц0

2л

V- '1

2

п

п у

+ -

и

-ІП-

2 2Ь 2

к соШ і0

2ли1Ї.« Л

- +

Е Опсоїз пвк>

+

к соїЬ г0 2яиЛ

где

О- = -

П

2И 84-

V ^1 У

72СоШ70 + п

П2(ц* - 1) + 2^2 + -^(ц* + 1) + 22(Ц8( - ВДсо^ = 1сЯ1, г2 = кЯ3, г0 = г2 -

-1

п

Частотные зависимости продольных активных сопротивлений и индуктивностей для ГИЛ 400 кВ ТИ приведены на рис.3.

Рис.3. Частотные зависимости погонных собственного и взаимного активного сопротивления и собственной и взаимной индуктивности ГИЛ ТИ 400 кВ

Погонная емкость в ГИЛ ОИ определяется по известному выражению: 2^&& 0

С =----------. В [1] приведена аналитическая методика определения

1п(А2/ О

собственных и взаимных емкостей в конструкции ГИЛ ТИ (при симметричном расположении токопроводов в металлической трубе), основанная на использовании метода конформных отображений. В [1] приведены также результаты численных расчетов емкостей ГИЛ ТИ при расчете электрического поля в конструкции с помощью векторного метода конечных элементов (ВМКЭ). Сравнение результатов расчетов емкостей для ГИЛ ТИ 500 кВ, произведенных двумя методами, показало, что различие в их значениях не превышает 5%. В таблице приведены значения погонных емкостей для конструкций ГИЛ 500 кВ ОИ и ТИ.

Таблица 1

Значения погонных емкостей для ГИЛ 500 кВ

Тип ГИЛ С ф, нФ/ км С фф, нФ/ км

ОИ 52-59 -

ТИ 30 6.3

Следует заметить, что фазные и междуфазные емкости ВЛ 500 кВ традиционной конструкции с горизонтальным расположением фазных проводов составляют: Сф = 8 нФ/ км, Сфф = 1 нФ/ км. Емкости же кабелей с твердой изоляцией составляют сотни нФ/км, т.е. ГИЛ по сравнению с этими кабелями потребляют существенно меньший емкостный ток, что и обеспечивает меньшую мощность управляемых компенсирующих устройств, входящих в настоящее

время в состав Smart Grids. При исследовании волновых процессов в ГИЛ (например, при исследовании грозовых перенапряжений) целесообразно зачастую переходить к исследованию процессов в так называемых волновых, или модальных независимых, каналах. В [4] дано определение волнового канала: «Волновой канал, или мода, - форма распространения волны вдоль

многопроводной линии, которая характеризуется определенной формой электромагнитного поля и связанной с ней определенной системой токов и напряжений, распространяющихся вдоль линии с одним коэффициентом распространения независимо от возбуждения других форм волн». При частотах, характерных для грозовых перенапряжений (порядка 25-50 кГц, отвечающих примерно длительности фронта грозовой волны 5-10 мкс), волновые параметры ГИЛ ОИ 500 кВ разных фирм изготовления составили: ZB=(55...60)-j(1.0...1.2) Ом, а=(2.0...3.8)х10-5 1/км, v=300 м/мкс. Волновые параметры ГИЛ ТИ 400 кВ на частоте 50 кГц оказываются равными: 2В=70--)0.6 Ом, 2В0=120--]0.2 Ом, а=9х10-3 1/км, Vl=297м/мкс, v0=291м/мкс. Анализ приведенных результатов, показывает, что распространение грозовой волны по ГИЛ (как однофазного, так и трехфазного исполнения) происходит с фазовой скоростью, практически равной скорости распространения электромагнитного поля в газовой среде. Это свидетельствует о целесообразности следующего допущения: при набегании на ГИЛ грозовой волны с ВЛ на процесс ее распространения по фазе ГИЛ практически не оказывают влияния волны, наведенные в других её фазах. Приведенные значения волновых параметров ГИЛ позволяют также при анализе грозовых перенапряжений в ГИЛ вследствие их небольших протяженностей не учитывать затухание грозовых волн при их распространении по ГИЛ.

Координация уровней грозовых перенапряжений

в схемах использования ГИЛ с электрической прочностью их изоляции

Поскольку в настоящее время ГИЛ характеризуются относительно небольшой протяженностью, при анализе электрической прочности изоляции ГИЛ определяющими являются именно грозовые перенапряжения. Вопросы, связанные с грозовыми перенапряжениями в ГИЛ ВН, достаточно подробно изложены в [1,5]. Расчетными, как правило, являются схемы, в которых ГИЛ непосредственно связана с воздушной линией (например, вставка в виде ГИЛ в ВЛ в месте прохождения ВЛ по району с агрессивной средой, не позволяющей надежно эксплуатировать линейную изоляцию). На изоляцию ГИЛ могут воздействовать как срезанные волны при перекрытиях линейной изоляции, так и полные волны, т.е. волны, не приведшие к перекрытию линейной изоляции.

Поскольку волновое сопротивление ГИЛ в два и более раза меньше волнового сопротивления ВЛ того же класса напряжения, то, амплитуда волны в начале ГИЛ во столько же раз меньше амплитуды грозовой волны, набегающей по ВЛ на ГИЛ. Если ГИЛ подключена к распределительному понижающему устройству, то грозовая волна набегает по ГИЛ на трансформатор и воздействует не только на изоляцию трансформатора относительно корпуса (земли), но и на витковую изоляцию его обмотки ВН. При этом защитный аппарат (ОПН), установленный на входе трансформатора, в случае воздействия грозовых волн, обладающих большой крутизной, в ряде случаев не позволяет ограничить градиентные перенапряжения на витковой изоляции до допустимой

величины. Поэтому при проведении исследований грозовых перенапряжений в реальных схемах эксплуатации ГИЛ необходимо наиболее достоверно моделировать не только максимальное значение волны напряжения, набегающей по ГИЛ на то или иное электрооборудование, но и по возможности достоверно моделировать длину фронта этой волны. В [5] показано, что при относительно небольших длинах ГИЛ можно не учитывать искажение грозовой волны, распространяющейся по ГИЛ. Исследования по анализу электрической прочности элегазовых устройств, результаты которых изложены в частности, в [7,8] показали, что электрическая прочность промежутка при отрицательной полярности импульсного напряжения меньше, чем при положительной, но разница не превышает 10%. Интересно также отметить, что элегазовые промежутки с квазиоднородным полем ГИЛ и КРУЭ имеют пологий характер ВСХ (вольт-секундной характеристики) вплоть до 1,0... 1,5 мкс в отличие от ВСХ ВЛ [7]. В настоящее время представляется целесообразным за базовые принять выдерживаемые импульсные уровни реально существующих конструкций ГИЛ и КРУЭ: при ином=220-245 кВ иисп.имп.=900-950 кВ, при ином=500-550 кВ иисп.имп.=1550-1600 кВ. Использование в качестве защитных аппаратов ОПН позволяет несколько снизить уровень изоляции ГИЛ и, как следствие, за счет уменьшения поперечных габаритов ГИЛ, повысить их экономичность. Примером может служить положительный опыт Японии, где после улучшения диэлектрических характеристик опорной изоляции и применения в качестве защитных аппаратов ОПН был снижен допустимый уровень импульсной электрической прочности для ГИЛ 550 кВ с ранее принятого значения 1425... 1550 кВ до 1300...1425 кВ.

Основные меры, определяющие повышение надежности эксплуатации ГИЛ ВН

Вопросам обеспечения надежности эксплуатации ГИЛ необходимо уделять внимание как на стадии проектирования и изготовления ГИЛ, так и на стадии их эксплуатации при осуществлении постоянного мониторинга состояния изоляционной системы ГИЛ.

Для своевременного выявления возможных будущих повреждений и отказов ГИЛ необходимо по возможности оперативно контролировать и выявлять:

• снижение давления газа;

• электрические дуги, фиксация которых (в отличие от утечки газа) должна быть по возможности мгновенной;

• температурный режим. Поскольку ГИЛ выполняется из составных секций, эффективным средством диагностики является выявление мест повышенного нагрева контактных соединений, так называемых "тепловых пятен", которое производится при помощи оптоволоконного кабеля, прокладываемого вдоль оболочки ГИЛ. Надежность и эффективность таких устройств в настоящее время проверена при эксплуатации КРУЭ;

• частичные разряды. Для своевременной диагностики снижения диэлектрических свойств комбинированной изоляции ГИЛ необходимо проведение с заданной периодичностью замеров ЧР. Устройства регистрации ЧР основаны на улавливании высокочастотного электромагнитного излучения,

возникающего при разряде частицы около электрода либо при столкновении (приближении) с другой такой же частицей. Существуют так же акустические датчики, настроенные на улавливание аудиосигнала определенной частоты, соответствующей появлению ЧР.

Наиболее экономически целесообразным способом повышения эксплуатационной надежности ГИЛ является своевременное проведение профилактических мероприятий по выявлению в процессе эксплуатации "слабых мест" в изоляционной системе с целью предупреждения будущего отказа ГИЛ. В настоящее время при современном развитии аппаратноизмерительной техники не представляет каких либо сложностей осуществление постоянного мониторинга за уровнем давления в ГИЛ, регистрации ЧР, выявления "тепловых пятен" и других диагностируемых параметров.

Сверхпроводящие кабели высокого напряжения

Основным преимуществом кабелей из высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) материала перед маслонаполненными кабелями, кабелями с вязкой пропиткой или кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена является их высокая пропускная способность при малом сечении. При повышении токовых нагрузок общие потери в ВТСП кабеле существенно меньше, чем в линиях традиционного исполнения. Высокая плотность тока и, в результате, малые габариты позволяют передавать по крайней мере удвоенную мощность при меньшем напряжении и при исключении промежуточных подстанций. Интересы промышленно-технической безопасности России требуют энергичного развития и использования сверхпроводниковых технологий как в электроэнергетике, так и в других отраслях. В 1911 г. Каммерлинг-Оннесом было открыто явление сверхпроводимости, изучение которого интенсивно продолжается до наших дней и составляет одно из важнейших направлений физики твердого тела. Начало новому этапу в изучении сверхпроводимости положила работа А.Мюллера и Г.Беднорца в исследовательской лаборатории фирмы IBM в Швейцарии. На рубеже 1985-1986 гг. этим ученым удалось синтезировать соединение бария, лантана, меди и кислорода -так называемую металлоксидную керамику La-Ba-Cu-O, которая проявляла признаки сверхпроводимости уже при температуре 35 К. Затем феномен высокотемпературной сверхпроводимости был подтвержден японскими, американскими, китайскими, российскими [8] физиками. Критическая температура быстро повышалась: для соединения La-Sr-Cu-O она составила уже 45 К, для La-Ba-Cu-O (под давлением) поднялась до 52 К и, наконец, в феврале 1987 г., при исследовании только что синтезированного соединения Y-Ba-Cu-O, превысила “азотный рубеж”, достигнув 93 К. Далее она была повышена до 98К. Вот тогда и появился термин «теплая сверхпроводимость» и появилась реальная возможность использовать это физическое явление для передачи на расстояние электроэнергии. К середине 1990-х годов были разработаны конструкции первого поколения ВТСП-проводов (применялась проволока из сплава (Bi, Pb)2 Sr2Ca2Cu3O10, покрытая серебром) и начат их

опытно-промышленный выпуск в США, Японии, странах Европы и в России. Первый прототип высокотемпературной сверхпроводящей кабельной системы для передачи мощности 100 МВА (66 кВ - 1кА), разработанный в совместном проекте Sumimoto Electric Industries (SEI), Tokyo Electric Power Company (TEPCO), Power

Engineering R&D Center, состоял из однофазного кабеля длиной 30 м, концевых устройств, кабеля типа XLPE (с твердой изоляцией на основе пероксидно-сшитого полиэтилена) напряжением бб кВ, а также закрытого цикла системы охлаждения на жидком азоте. В настоящее время в мировой электроэнергетике разработаны и разрабатываются четыре модификации конструкции ВТСПК - однофазный, однофазный коаксиальный, однофазный триаксиальный и трехфазного исполнения. На рис.4 в качестве примера приведена конструкция однофазного ВТСПК триаксиального исполнения, разработанного фирмой FURUKAWA ELECTRIC-3кА, 7 7 кВ [9]. На рис.5 приведено сечение этого ВТСПК в осевом направлении с обозначениями, используемыми при определении его параметров. Погонные продольные параметры ВТСПК этой конструкции при учете их частотных зависимостей могут быть определены так же, как и параметры ГИЛ ОИ, при использовании модели Ведепола, учитывающей внутренние сопротивления всех металлических элементов конструкции. Подробный вывод выражений для определения погонных продольных параметров конструкции ВТСПК, приведенной на рис.4 и 5, и сами выражения опубликованы в статье авторов [10]. На рис.б приведены частотные зависимости погонных продольных сопротивлений контуров жила-среда прокладки и экран-среда прокладки для рассмотренной конструкции ВТСПК, определенные по методике, изложенной в [10].

Из приведенных результатов расчетов (рис.б) следует практическое отсутствие сопротивления току в жиле и экране ВТСПК на промышленной и повышенных частотах. Следовательно, тепловые потери в кабеле, не превышающие по оценкам зарубежных специалистов 1 Вт/м, обусловлены лишь тепловыделением с поверхности стабилизатора - медной или алюминиевой жилы-формера, поскольку сам навитый на формер проводник обладает практически нулевым сопротивлением.

к2 - ВІ-2223

Рис.4. Сечение ВТСПК производства ЕияиКАЖА ЕЬЕСТШС:

1 - формирующая жила (алюминий); 2 - сверхпроводник (2 спирали);

3 - многослойная полусинтетическая бумажная изоляция (с пропиткой ЬЫ2);

4 - сверхпроводящий экранирующий слой (2 спирали); 5 - многослойная полусинтетическая бумажная изоляция (с пропиткой ЬЫ2); 6 - внутренняя гофрированная труба (алюминий); 7 - суперизоляция; 8 - внешняя гофрированная труба (алюминий); 9 - ПВХ- защитная оболочка

Рис.5. Продольное сечение ВТСПК производства ЬияиКАЖА ЕЬЕСТШС

а б

Рис. 6. Частотные характеристики продольных параметров контуров жилы и экрана относительно среды прокладки:

а - погонных активных сопротивлений; б - погонных индуктивностей

Следует отметить, что погонные индуктивности в ВТСПК так же, как и в кабеле традиционного исполнения, снижаются с ростом частоты (поверхностный эффект), однако указанное снижение имеет заметную динамику лишь до некоторого значения частоты (в данном случае 200 Гц), затем погонная индуктивность (как жилы, так и экрана) не меняется. Следовательно, в нормальном режиме эксплуатации ВТСПК ток протекает лишь в тонком приповерхностном слое сверхпроводника.

Разработки ВТСПК в России. Разработка и создание прототипа промышленного ВТСПК в ОАО "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности" (ОАО «ВНИИКП») при поддержке ФСК «ЕЭС» начались в 2005 г.

Согласно сообщению ЮТОЬте от 25.12.2009 г. ОАО "ФСК ЕЭС" совместно с ОАО "НТЦ электроэнергетики" успешно завершили испытания первой в России высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) кабельной

линии длиной 200 м на напряжение 20 кВ (рис.7). Испытания ВТСПК проводились на специально созданном в ОАО "НТЦ электроэнергетики" полигоне. Стенд оснащен криогенной системой охлаждения и позволяет проводить всесторонние испытания сверхпроводящих кабелей под нагрузкой. В условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации, было получено подтверждение соответствия характеристик ВТСП кабельной линии всем требованиям, заложенным при ее разработке.

Рис. 7. Эскиз конструкции ВТСПК 20 кВ

Сверхпроводящий кабель работал под нагрузкой около 50 МВА (ток 1500 А), при этом температура кабеля полностью соответствовала расчетным значениям. Изоляция кабеля выдержала высоковольтные испытания. Критический ток кабеля, при котором сверхпроводник теряет свои сверхпроводящие свойства, составил более 4000 А. Прошедшая испытания ВТСП кабельная линия будет установлена на подстанции 110 кВ Динамо в Москве для опытной эксплуатации в 2011-2012 годах. Поддерживать необходимую температуру сверхпроводника в ВТСП кабеле будет криогенная система охлаждения, разработанная Институтом низких температур Московского авиационного института.

Проект создания ВТСПК с характеристиками, не уступающими зарубежным аналогам, был осуществлен совместными усилиями ОАО "ФСК ЕЭС", ОАО "Энергетический институт им. Г.М.Кржижановского", ОАО "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности", ОАО "НТЦ электроэнергетики", ОАО "Камкабель". Работы над совершенствованием конструкции высокотемпературных сверхпроводников (второго поколения) в настоящее время продолжаются.

Литература

1. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Лаптев О.И. Электрооборудование высокого напряжения нового поколения. Основные характеристики и электромагнитные процессы. - Монография НГТУ. Новосибирск, изд-во НГТУ, 2008. - 343 с. (Серия «Монографии НГТУ»).

2. Кадомская К.П., Розаков Д.В., Хорошева О.Т. Методика определения потерь в стальных трубах высоковольтных кабелей с газовой изоляцией с покрытием из проводящего немагнитного материала // Изв. вузов. Электромеханика. - 1987. -№ 4. - С. 19-22.

3. Wedepohl L.M., Wilcox D.J. Transient analysis of underground power transmission systems. System model & wave-propagation characteristics // Proc. Inst. El. Eng., 1973. Vol. 120, № 2. - P. 253-260.

4. Костенко М.В., Перельман Л.С., Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. - М.: Энергия, 1973. - 245 c.

5. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт А.А. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: Учебник.-Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 368 с. - (Серия «Учебники НГТУ»).

6. Борин В.Н. Расчет электрической прочности изоляционных конструкций в элегазовых КРУ // Электричество. - 1976. - № 9. C. 18-23.

7. Хегг, Шидт. Применение пониженных уровней изоляции у КРУ высокого напряжения с элегазовой изоляцией. В кн. Подстанции переменного тока, (СИГРЭ - 78). Под ред. ЮАЯкуба. - М.: Энергия, 1980. C. 5-18.

8. Гинзбург В.Л. О сверхпроводимости и сверхтекучести (что мне удалось сделать, а что не удалось), а также о «физическом минимуме» на начало XXI века (Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2003 г.) //Успехи физических наук. -2004. - Том 174, № 11. - С.1240-1255.

9. Shin’ichi Mukoyama, Noboru Ishii, Hiroyuki Iizuka, Masashi Yagi, Hironobu Hirano, Satoru Maruyama, Yukihiro Yagi, Masanao Mimura, Osamu Sato and Ayafumi Kikuchi Development of High-Tc Superconducting Power Cable. - Furukawa Review, No. 23. - 2003. - P. 82-87.

10. Кадомская К., Крамаренко В., Ширковец А. Методика определения продольных погонных параметров сверхпроводящих кабелей высокого напряжения. -Энергоэксперт, 2010, № 1. - С.15-18.

Сведения об авторах:

Кадомская Кира Пантелеймоновна

Профессор кафедры «Техника и электрофизика высоких напряжений» (ТЭВН) Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), д.т.н.

Россия, 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, д.20 эл.почта: kpkadomakaya@mail.ru

Лавров Юрий Анатольевич

Заведующий кафедрой ТЭВН НГТУ, к.т.н.

Россия, 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, д.20 эл.почта: lavrov-08@ngs.ru

Ширковец Андрей Игоревич

Аспирант каф. ТЭВН НГТУ Россия, 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, д.20 эл.почта: nio bolid@ngs.ru