Теплофізичні аспекти визначення навантажувальної здатності силових кабелів середньої напруги з ізоляцією із зшитого поліетилену в стаціонарних режимах експлуатації

Abstract

У даний час тенденції розвитку світових кабельних мереж середньої напруги спрямовані на впровадження кабелів з ізоляцією зі зшитого поліетилену. Такі кабелі мають підвищену робочу температуру, що дозволяє збільшити їхню пропускну здатність, та підвищену стійкість при роботі в умовах перевантажень і коротких замикань. Визначити допустимі теплові та електричні навантаження можливо лише за умови дотримання теплового балансу. Принципово важливою для вирішення задач теплового балансу є суттєва залежність теплопровідності і теплоємності поліетиленової ізоляції від температури. Встановлено, що пропускна спроможність кабелю, визначена за нормативними моделями і середніми параметрами оточуючого середовища, надає лише попередню інформацію про його нагрівання. Для певних вимог і для інноваційних конструкцій кабелю необхідною умовою для визначення навантажувальної здатності в реальних стаціонарних режимах експлуатації є використання моделі теплового балансу. Запропоновано систему математичних рівнянь, яка за рахунок поєднання конструктивних і теплофізичних параметрів кабелю з умовами зовнішнього середовища дозволяє визначати параметри стаціонарного теплового режиму кабелю за будь якого струму навантаження.

В настоящее время тенденции развития мировых кабельных сетей среднего напряжения направлены на внедрение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Такие кабели имеют повышенную рабочую температуру, что позволяет увеличить их пропускную способность, и повышенную устойчивость при работе в условиях перегрузок и коротких замыканий. Определить допустимые тепловые и электрические нагрузки возможно только при условии соблюдения теплового баланса. Принципиально важной для решения задач теплового баланса является существенная зависимость теплопроводности и теплоемкости полиэтиленовой изоляции от температуры. Установлено, что пропускная способность кабеля, определяемая нормативными моделям и средними параметрами окружающей среды, дает лишь предварительную информацию о его нагреве. Для определенных требований и для инновационных конструкций кабеля необходимым условием для определения нагрузочной способности в реальных стационарных режимах эксплуатации является использование модели теплового баланса. Предложена система математических уравнений, которая за счет сочетания конструктивных и теплофизических параметров кабеля с условиями внешней среды позволяет определять параметры стационарного теплового режима кабеля при любом токе нагрузки.

Currently, the development trends of global medium voltage cable networks are aimed at the introduction of cables with cross-linked polyethylene insulation. Such cables have a higher operating temperature, which allows to increase their throughput, and increased stability when working in conditions of overload and short circuits. It is possible to determine the allowable heat and electrical loads only if the heat balance is observed. Fundamentally important for solving the problems of heat balance is the significant dependence of thermal conductivity and heat capacity of polyethylene insulation on temperature. It is established that the capacity of the cable, determined by regulatory models and average environmental parameters, provides only preliminary information about its heating. For certain requirements and for innovative cable designs, a necessary condition for determining the load capacity in real stationary modes of operation is the use of the heat balance model. A system of mathematical equations is proposed, which due to the combination of structural and thermophysical parameters of the cable with the conditions of the external environment allows to determine the parameters of the stationary thermal regime of the cable at any load current.