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向聚合物电缆的转变将影响交流和直流附件

July 15, 2015 • Columns, Focus on Cable Accessories, 最近文章汇总

持续不断的技术转移正在影响着电缆附件的未来发展,主要是由纸质绝缘电缆向聚合物绝缘电缆 的技术转移。而且,这种转移对交流产生的影响不同于对直流的影响。 目前,交流因其比较容易在不同电压等级下转换,绝大多数输配电采用交流系统。然而,就海底电缆以及长距离陆地电缆而言,高压直流系统却提供了关键优势,包括容量更高,降低损耗,无需电容充电电流,以及更好地控制潮流和无功功率。 纵观交流线路,电缆附件的设计和要求主要依据电缆是用于低压、中压还是高压。例如,低压电缆大约在40到60年前就已经发生了从纸质到聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE)绝缘电缆的整体转变,自那时起,几乎没有什么新进展的报道。低压电缆附件中的直线接头主要采用热缩技术,分接头则采用树脂浇注技术。 在中压系统,世界范围的聚合物电缆技术占据统治地位的时段更近。交联聚乙烯(XLPE)和乙丙橡胶(EPR)电缆甚至在80年代前得到广泛应用,有些国家则更晚。中电压等级下的一个尤其显著的特点是,交替使用型聚合物电缆呈现五彩缤纷的多样化。电缆发展的前80年期间似乎仅有四种基本的纸质电缆结构就足够了(即铠甲式、金属化纸质屏蔽式、三芯单一铅护套式和单芯式),但是,一旦聚合物中压电缆开始出现在市场上,至少100种不同结构类型的电缆很快涌现出来。确实,品种数量之多致使在2007年Jicable国际会议上,来自法国、德国、意大利、西班牙、瑞典、丹麦和英国的工程师组成的工作小组提出了这一问题,作为联合项目(欧洲中压电缆)的一部分,目标是大量精简这一高数量。 在认真分析了很多已有的中压电缆设计以后,提出了四种不同的优化电缆结构可选方案。遗憾的是,国与国之间对建议的反馈却不持一致肯定的态度。结果,目前中电压范围内,仍然应用着大量不同类型的电缆和附件,使用的技术或者是热缩、预制或冷缩。  
表:提出的四种优化中压电缆可选方案的结构特征* 向聚合物电缆的转变将影响交流和直流附件 向聚合物电缆的转变将影响交流和直流附件 Screenshot 2014 04 23 15

表:提出的四种优化中压电缆可选方案的结构特征*

就高压而言,目前,交联聚乙烯电缆已用于高达500 kV的电压等级,而乙丙橡胶电缆则用于高达 150 kV 的电压等级, 加起来正在日益替代旧的纸质电缆技术。例如,比较两种可选的110 kV电缆结构,交联聚乙烯电缆明显节约成本。用于高压聚合物电缆附件的主要材料是硅橡胶,这是因为其应用于终端时具有憎水性,应用于接头制造时具有柔性和气体穿透性(见82页的文章)。 在直流电缆系统的情况下,唯一应用的实际上仅有高压电缆。此处,交联聚乙烯电缆的主要问题是在其绝缘材料内部形成的空间电荷。这将会由于电场分布的改变导致最终发生故障,特别是在靠反转电压极性以改变潮流的传统线路换相换流器(LCC)的情况下。这就是为什么纸质绝缘电缆仍然能够为高压直流提供更优运行性能的原因。显然,正在向免维护和更环保的聚合物电缆转变,但将主要用于使用现代电压源换流器(VSC)的直流系统。在这里,改变潮流更确切地说是靠不改变电压极性反向改变电流方向来完成的,这将使交联聚乙烯型电缆承受的应力低得多。 David, J.-M.; Regaudie, V.; Fara, A.; Simeon, E.; Benard, L. Diefenbach, I.; Lesur, F 使中压电缆协调一致:欧洲项目“欧洲中压电缆”的结果,Jicable  国际会议, 巴黎 2007   尽管如此,空间电荷问题仍然是直流交联聚乙烯电缆附件设计的一个重要因素,并导致在接头部位采用三元乙丙橡胶(EPDM),代替在多数交流应用中市场偏爱的硅橡胶。  
110 kV纸质绝缘电缆(左边)与交联聚乙烯电缆的比较。 向聚合物电缆的转变将影响交流和直流附件 向聚合物电缆的转变将影响交流和直流附件 Pages from CHINA10ss 3 9

110 kV纸质绝缘电缆(左边)与交联聚乙烯电缆的比较。

  因此,伴随着对其它附件类型的需求产生的影响,传统的纸质电缆正在被淘汰,但是,特殊应用中依然保留着这种技术。其中最重要的是线路换相换流器,在这种情况下,目前使用的交联聚乙烯电缆仍然不能提供更优的性能。   Klaus-Dieter Haim教授 University of Applied Sciences Zittau/Görlitz, Gemany KDHaim@hs-zigr.de      

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