Невыполнение регламента прокладки КПИ в последних случаях может привести по крайней мере к двум негативным явлениям: к тепловому разрушению кабеля при его эксплуатации в номинальном режиме либо локальному снижению электрической прочности СПЭ-изоляции на участке кабеля, заключенного в защитную трубу из магнитного материала. Очевидно, что комбинированное воздействие электрического и нерасчетного теплового полей при наложении длительных и возможных ВЧ-перенапряжений может привести на особых участках прокладки КПИ к преждевременному развитию в СПЭ-изоляции электрически ослабленных мест. Анализ технологических нарушений при прокладке КПИ показывает, что причиной теплового разрушения кабелей является их перегрев либо в местах пересечения с автодорогами, либо при проходе сквозь стены, т.е. на непротяженных участках трассы, где зачастую кабели прокладываются пофазно в защитных стальных трубах. В рассматриваемых случаях к теплу, выделяемому в жиле и экране, добавляется тепло, инициируемое вихревыми токами в стальной незаземленной трубе. Суммарное воздействие этих тепловых полей приводит к локальному разогреву кабеля и при длительном воздействии к разрушению защитной оболочки и снижению электрической прочности основной изоляции. Как показывают расчеты, в рассматриваемых случаях для предотвращения существенного повышения температуры кабелей необходимо снижать номинальный рабочий ток почти в два раза, что на практике неприемлемо. В [4] на основе экспериментальных данных и мультифизического численного моделирования было показано:

• пофазная прокладка КПИ ОИ в стальных трубах недопустима из-за появления дополнительного источника тепла в виде вихревых токов в стальной трубе, что приводит к увеличению температуры в конструкции выше допустимой и выходу кабеля из строя;
• если это не требуется по условиям механической прочности, то следует по возможности избегать прокладки кабелей в трубах из ферромагнитных материалов, а применять неметаллические трубы (например, асбоцементные или пластмассовые);
• при необходимости стальные трубы могут быть применены, но при условии расположения в них трех фаз одной цепи КЛ треугольником вплотную и расчета пропускной способности КЛ в целом, исходя из локально повышенного значения температуры кабелей в контейнере из магнитного материала.

ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ЭКРАНОВ

Вопрос термической устойчивости экранов остро стоял для КПИ первого поколения, в конструкции которых экраны представляли собой медную ленту толщиной 0,15–0,25 мм. В электрических сетях номинальным напряжением 110 кВ и выше (с эффективно заземленной нейтралью) при электрическом пробое КПИ в зависимости от мощности подстанции по экрану кабеля протекали токи КЗ в десятки кА, которые приводили к повреждению (выгоранию) экрана на значительной длине. Для локализации места повреждения экрана предлагалось использовать дополнительный проводник, который располагался в непосредственной близости от трех фаз КЛ (например, в центре фаз, расположенных треугольником вплотную), а необходимое сечение проводника определялось мощностью подстанции и временем отключения короткого замыкания в конкретной сети [6, 7]. Очевидно, что эксплуатация КПИ с дополнительным проводником была связана с определенными трудностями. В конструкциях КПИ второго поколения наряду с совершенствованием в технологии изготовления изоляционной системы было увеличено сечение экрана, который выполнялся уже из определенного количества медных проволок, поверх которых навивалась медная лента.

В сетях среднего напряжения (с неэффективно заземленной нейтралью) при пробое КПИ по экрану кабеля протекает емкостной ток замыкания на землю, составляющий в зависимости от конфигурации сети и степени компенсации единицы ампер. В рассматриваемом случае вопрос термической стойкости экранов не стоит. Проблема сохранения целостности экранов может иметь место при возникновении двух однофазных коротких замыканий, когда в контур протекания токов КЗ включаются экраны. В этом случае расчетным путем увеличивают сечение экрана до необходимой величины.

В настоящее время номенклатурный ряд сечений жил КПИ, выпускаемых отечественными предприятиями-производителями, находится в интервале 50–800 мм2 с соответствующим интервалом сечений экранов 16–50 мм2. По специальному заказу производители могут изготовить КПИ с увеличенным до 70–95 мм2 сечением экрана. На практике имеют место случаи, когда выбирают необоснованно высокие значения сечений экранов, что может привести к необоснованному удорожанию строительства КЛ. По состоянию на 01.01.2007 г., средняя цена 1 км фазы КПИ с сечением токопроводящей жилы 500 мм2 и сечением экрана 50 мм2 составляет 650 тыс. руб. Этот же кабель, но с увеличенным до 70 мм2 сечением экрана стоит 730 тыс. руб./км. Таким образом, уже на стадии проектирования себестоимость строительства КЛ для заказчика может увеличиться. Эти цифры свидетельствуют о необходимости тщательного определения расчетным путем для конкретной проектируемой схемы величин токов КЗ, протекающих по экранам кабелей, и далее по номограммам, приведенным в каталогах предприятий-изготовителей КПИ, следует определить требуемое сечение экрана.

Рис. 2. Кривые скорости восстановления электрической прочности на межконтактном промежутке (а, в) и уровни перенапряжений на КПИ (б, г) при отключении КЛ вакуумным выключателем со стороны ПНС¬11: СВЭП – 40 кВ/мс, длина КПИ 2,95 км (а, б) и 0,295 км (в, г)

Рис. 3. Процессы на ВДК (а), двигателе (б) и КПИ (в) при отключении ВВ электродвигателя (ОПН установлен в ячейке, Lкаб = 65 м, СВЭП – 90 кВ/мс)