Особенности электрического расчета изоляции кабелей высокого напряжения постоянного тока

Особенности электрического расчета изоляции кабелей высокого напряжения постоянного тока

Кабели постоянного тока представляют интерес при передачи энергии на большие расстояния. В кабелях переменного тока при этом допустимая нагрузка значительно снижается из-за дополнительных потерь от емкостного тока и потерь в металлических частях конструкции кабеля. (где U — фазное напряжение, В; С — емкость кабелей, Ом; — угловая частота, ; l — длина линии, м). У кабелей на U=220 и 500 кВ, соответственно и при длине линии в 30-40 км близок к максимально допустимому току кабеля.

Для подземных линий кабель постоянного тока составляется конкурентоспособным с кабелями переменного тока при его использовании на расстояние не менее 60 км. Он позволяет осуществлять регулировку мощности и обеспечивает ее постоянство (не позволяет ей резко увеличиваться) при коротком замыкании. При постоянном токе допустимая длина кабельной линии определяется, в основном, потерями в токопроводящей жиле.

У реальных изоляционных материалов энергетическая проводимость минимальна при постоянном токе. Омическое сопротивление изоляции для одножильного кабеля МОм·км зависит только от геометрических размеров кабеля.

Электрическая прочность изоляции кабеля при постоянном напряжении из-за значительно меньшей интенсивности частичных разрядов существенно выше, чем при переменном. Например, распределение напряжения между слоями пропитанной бумаги и прочным составом при постоянном токе происходит не по емкостям (что имеет место при переменном напряжении), а по сопротивлениям. Поэтому при постоянном токе наиболее напряженной частью изоляции является пропитанная бумага, а не пленка масла, как на переменном напряжении, так как проводимость пропитанной бумаги в несколько раз меньше проводимости пропитывающего состава. Таким образом при постоянном токе на наиболее прочную часть изоляции — пропитанную бумагу приходятся и больше напряженности, в результате чего электрическая прочность изоляции при постоянном токе выше, чем при переменном. В соответствии с этим, например, провода с поливинилхлоридной изоляцией марок ПВ1, ППВ, АППВ используются в цепях переменного тока напряжением до 450 В, а в цепях постоянного тока – до 1000 В; кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 35 кВ выдерживают испытания переменным напряжением 115 кВ, в постоянным – 320 кВ. В таблице 1 [1] приведены физические свойства и электрическая прочность некоторых кабельных бумаг. Для бумаги КВАУ-080 среднее пробивное напряжение на постоянном напряжении превышает аналогичное напряжение на переменном токе примерно в 2-4 раза.

Таблица 1 – Физические свойства и прочность кабельных бумаг

Аналогичные по порядку величины данные сообщались и в [2]. В статье дан обзор проекта прокладки маслонаполненного кабеля постоянного тока мощностью 1000 МВт на острове Хоккайдо (Япония). При исследовании электрической прочности изоляции наблюдалась ее уменьшение со временем, примерно на 35% за секунд (как и при переменном напряжении). Это объяснялось накоплением объемных зарядов и искажением под их влиянием распределения электрического поля. Влияние объемных зарядов увеличивалось с ростом температуры. Был сделан вывод о том, что старение изоляции под действием постоянного напряжения происходило значительно менее интенсивно, чем при переменном напряжении и что наиболее тяжелым режимом для изоляции является наложение импульсов, возникающих при перенапряжениях, на постоянное напряжение. Толщина изоляции была выбрана по импульсному уровню (1250 кВ) и составляла 21мм. При этом рабочая напряженность постоянного электрического поля кабеля СИП-2А [3], предназначенного для работы в сетях переменного напряжения, составляет около 0,7 МВ/м.

Наряду с маслонаполненными кабелями известны высоковольтные кабели постоянного тока с полиэтиленовой изоляцией [4, 5]. Применение полиэтилена обеспечивает простоту конструкции, монтажа и эксплуатации. По толщине изоляции кабель постоянного тока с полиэтиленовой изоляцией на 250кВ соответствует 154кВ кабелю переменного тока. Причем, усиление неоднородности распределения объемных зарядов у сшитого полиэтилена научились компенсировать введением минеральных наполнителей.

Исследования показали, что кабели с изоляцией из экструдированного полиэтилена можно использовать для напряжений до 400 кВ при средней рабочей напряженности 20-25 МВ/м и электрической прочности 120 МВ/м; толщина изоляции – около 12 мм.

Необходимо ли разделять силовые кабели постоянного тока и кабели данных?

У меня была эта дискуссия с моим коллегой ранее. Источник питания постоянного тока не переменный, поэтому магнитное поле, которое генерирует провод питания постоянного тока, является постоянным (не так ли?). Теперь я знаю, что правило состоит в том, чтобы разделять силовые кабели и кабели данных, но я предполагаю, что это когда дело доходит до переменного тока. Это то же самое правило, когда речь идет о регулируемом источнике постоянного тока?

Мы используем витую пару шины CAN рядом с регулируемыми силовыми кабелями постоянного тока (12 В и GND). Я понимаю, что CAN невосприимчив к шуму, но если бы у вас был другой кабель для передачи данных (скажем, UART или последовательный или Ethernet), кабели питания постоянного тока имели бы какое-либо влияние? Если так, то почему?

Ответ: «Все зависит».

• Какова нагрузка на DC? Если это очень шумные индуктивные нагрузки, у вас будет шум на линии постоянного тока, и он может быть значительно больше, чем вы думаете
• Какова скорость передачи сигналов на линиях передачи данных? Более быстрые ставки намного более чувствительны
• [РЕДАКТИРОВАТЬ] Какое кодирование линии у вас есть? Все дифференциальные устройства, такие как RS-485, будут гораздо более надежными, чем устройства, основанные на напряжении, такие как RS-232.

Какую схему кодирования вы используете? Если у вас есть какая-либо схема с обнаружением ошибок, возможно, все будет хорошо

Что произойдет, если на линии будут ошибки? Если он обновляет дисплей часов, с эффектом небольшого перекоса времени, это отличается от падения тяжелой техники на рабочих.

Сказав все это, он является довольно распространенным явлением , чтобы иметь сигнал и питание постоянного тока прилегающее. У меня довольно много подводной телеметрии, где мы используем специально изготовленный кабель питания постоянного тока и витую пару для 24 В постоянного тока и 250 Кбит / с RS-485. В другой, гораздо более шумной среде мы используем 9600 бит / с. Для комментаторов, конечно, power-over-ethernet — один из лучших примеров высокоскоростного, междугородного, мощного постоянного тока и данных в одном кабеле. (Длинный и высокий по сравнению, например, с USB или шиной на печатной плате. 100 метров, 12 Вт.)

Короче говоря: это вполне выполнимо, но обратите внимание.

Ток, потребляемый через источник питания постоянного тока, обычно не является постоянным. Изменение тока приводит к изменению магнитного поля.

Поэтому может потребоваться разделить данные и мощность, а может и нет. В USB или PoE питание и данные не разделены. В SATA это так.

Поэтому вам может потребоваться выполнить измерения и либо разделить кабели, либо получить лучшее экранирование между питанием и данными.

Честно говоря, AC против DC на самом деле не очень актуален.

Есть две причины отделить питание от линий передачи данных.

Первое — это безопасность. Напряжение выше 50 В может привести к поражению электрическим током. Токи над несколькими усилителями могут стать причиной пожара. По этой причине электрические предписания часто требуют либо определенного разделения между сетью и цепями связи, либо принятия дополнительных мер предосторожности (таких как заземленные металлические барьеры или изоляция от сети на линиях электропередачи и связи, в зависимости от того, что допустимо и не допустимо, будет зависеть по каким стандартам вы работаете).

Второе — вмешательство. Как вы говорите, постоянный DC не собирается соединяться с вашими линиями связи. Если вы выбрали полуприличную витую пару для линий передачи данных, то маловероятно, что 50Гц тоже будет большой проблемой. Настоящая проблема — это переходные процессы и помехи, которые слишком часто заканчиваются наложением электропроводки. Насколько это плохо, во многом будет зависеть от характеристик вашего питания и нагрузки.

Для 12-вольтовой шины обычно нет веских причин отделять линии передачи данных от собственных линий питания устройства.

Любое сертифицированное устройство CAN должно пройти тест на устойчивость к связанному переходному шуму (ISO 7637 или аналогичный), который определяет довольно жесткие условия, такие как повторяющиеся высокочастотные помехи (например, от дуги реле под нагрузкой). Возможно, это намного хуже, чем шум линий электропередачи вашего собственного устройства, поэтому, если вам удастся сертифицировать ваше устройство для использования в автомобиле, оно будет иметь достаточную помехоустойчивость, так что ваш собственный кабель питания 12 В поблизости не будет проблемой.

UART, скорее всего, не будет работать в среде, где используется CAN.

Причиной отделения переменного тока от сети является электрический код .

Причиной в Кодексе является риск повреждения проводов питания и короткого замыкания распределительных напряжений переменного тока (100-277 В) на проводах связи, создавая опасность искрения / возгорания и удара током там, где их было бы меньше всего ожидать.

Есть одно исключение из Кодекса. Если цепь связи, от штока до кормы, от конца до конца, полностью изолирована от стандартов проводки сети (класс 1), включая оборудование в точках использования , то да, что проводка с изолированной сетью может смешиваться с сетью , Некоторые примеры:

• 3-х сторонние интеллектуальные коммутаторы, которые повторно используют старый проводник в качестве своего коммуникационного провода.
• офисное освещение с запирающими реле RR7, где они посылают 24 В во все местоположения переключателей, которые затем устанавливают кратковременный контакт для подачи 24 В обратно на реле. Эта проводка обычно проходит в кабелепроводе, рассчитанном на сеть.
• Проводка Ethernet между контрольным оборудованием SCADA, где все это оборудование размещено внутри шкафов, рассчитанных на ограждение от сети. Все это оборудование рассчитано на то, что карта Ethernet получает удар 277В.

Чего вы не можете сделать, так это проложить кабель Ethernet в кабелепроводе с сетевыми проводами, а затем вывести цепь LV / Comms из сети электропроводки через крышку Ethernet, общий кабель и подключить к ПК. Этот «выход» — это то, что вы не можете сделать.

Это ваша обязанность иметь местное зарядное устройство с демпфированием для предотвращения звонка.

Это сводит колебания высокочастотного тока к минимуму.

Давайте запустим пример: высокочастотный мусор Power Wiring (0,1 амперного пика, при частоте 100 МГц, поэтому dI / dT равен 0,1 ампер * д / дт (100 МГц) == 63 млн ампер / с. Для упрощения математики предположим, что мощность ВОЗВРАТИТСЯ провод находится на некотором расстоянии, поэтому мы предположим, что ЕДИНСТВЕННЫЙ провод питания с утомительно быстрым звонком.

Предположим, жертва находится на расстоянии 1 метра от данных, а data_return находится на расстоянии 1 мм, а не витая пара.

Предположим, что расстояние между проводами питания и данных составляет 1 мм.

Vinduce = [MU0 * MUr * Площадь / (2 * pi * Расстояние)] * dI / dT

Для MU0 = 4 * pi * e-7, MUr = 1 (воздух, медь, алюминий, FR-4),

Vinduce = 2e-7 * Площадь / Расстояние * dI / dT [мы игнорируем слабый коэффициент natural_log]

И мы подключаем номера

Vinduce = 2e-7 * 1 метр * 1 мм / 1 мм * 63 миллиона ампер / секунду

Vinduce = 2e-7 * 1 * 0,63e + 7 = 1,26 Вольт помех

Решение: использовать витые пары с разным оборотом / дюйм горячей мощности в зависимости от сигналов данных

Так что же делать, если ОДИН пучок проводов — единственный выбор? Используйте «Местные батареи».

Какие кабели и провода используются в линиях электропередач?

Многим из нас приходилось видеть огромные опоры с проходящими через них высоковольтными проводами и издалека слышать их жужжание, особенно после хорошего дождя. Линии электропередач , а попросту ЛЭП , обычно располагают в полях, подальше от густонаселённых районов. Они тянутся от огромных мощных электростанций к подстанциям и оттуда расходятся по потребителям. Передача энергии осуществляется с помощью проводов для воздушных линий, подземных и подводных кабелей.

Электрические провода и кабели проложены так, чтобы быть изолированными от земли, людей и транспортных средств. Опорные столбы для воздушных линий могут быть изготовлены из дерева, металла, бетона или композиционных материалов, таких как стекловолокно. В качестве проводника чаще всего используется алюминиевый сплав, скрученный в несколько нитей и (не всегда) армированный стальными волокнами. Медь была популярна в прошлом, хотя до сих пор используется при более низких напряжениях или для заземления, но алюминиевый провод легче и стоит намного меньше. Провода для высоковольтных воздушных линий не покрываются изоляцией, хотя изолированные кабели иногда всё же используются (как правило, для транспортировки энергии на короткие дистанции менее километра). Такие накладные кабели с собственной изоляцией могут быть непосредственно прикреплены к любым конструкциям — это удобно и безопасно, однако высоковольтные линии с неизолированными проводами, конечно же, дешевле, что играет существенную роль при доставке энергии на огромные расстояния.

Большинство современных линий передач использует трехфазный переменный ток , хотя однофазный до сих пор можно встретить, например, в системах электрификации железных дорог. Технология HVDC (передача постоянного тока высокого напряжения) применяется при перемещении энергии на значительные расстояния (сотни и тысячи километров), в подводных силовых системах (длиной более 30 км) или при обмене электроэнергией между сетями, которые не синхронизированы между собой. Наряду с этим HVDC используют для стабилизации крупных распределительных сетей, где обрыв поставки электроэнергии или внезапные новые нагрузки в одной части сети создают опасность рассинхронизации и каскадных сбоев.

Кабель в электрических системах представляет собой проводник или группу проводников для передачи электроэнергии или телекоммуникационных сигналов от одного места к другому. Электрические кабели связи передают голосовые сообщения, компьютерные данные и визуальные образы на телефоны, проводные радиоприемники, компьютеры, телетайпы, факсимильные машины и телевизоры. Четкого различия между электрическим проводом и электрическим кабелем нет. Как правило, первый — это одинарный твердый металлический проводник с изоляцией или без нее, в то время как последний состоит из нескольких жил или сборки изолированных проводников. С помощью волоконно — оптических кабелей, изготовленных из эластичных волокон из стекла и пластика, электрические сигналы преобразуются в световые импульсы для передачи аудио, видео и компьютерных данных.

Наиболее распространенный тип электрического силового кабеля — тот, что подвешен высоко между полюсами или опорами. Эти изделия состоят из нескольких медных или алюминиевых проводов, скрученных вместе в виде концентрических слоев. Медь и алюминий были выбраны из-за их высокой электропроводности, а скрутка дает кабелю прочность. Поскольку силовые кабели постоянно подвергаются серьезным атмосферным воздействиям, для повышения механической прочности кабеля используются не чистые металлы, а сплавы из меди или алюминия, хотя в какой-то степени это приводит к снижению электропроводности. Более широкое распростр анение получил многожильный кабель с включением высокопрочной нержавеющей стальной проволоки. Многие кабели, особенно те, которые работают при высоких напряжениях — голые (неизолированные), тогда как работающие при более низком напряжении часто имеют покрытия из пропитанной специальными составами хлопчатобумажной оплетки, полиэтилена или другого диэлектрического материала. Эти покрытия обеспечивают некоторую защиту от короткого замыкания и случайного поражения электрическим током. Другой тип электрического кабеля устанавливается в подземных каналах и широко используется в городах, где недостаток пространства или соображения безопасности не позволяют использовать воздушные линии. В отличие от воздушного кабеля, такой «похороненный» кабель неизменно использует чистую медь или алюминий (под землей механическая прочность не является проблемой), а многожильная конструкция проводника повышает электрическую проводимость.

Воздушные и подземные силовые кабели составляют основную часть электрической цепи, проложенной от генератора до конечной точки потребления электроэнергии. Иногда какой-либо участок (а иногда и вся цепь) может потребовать специальных материалов для особых условий эксплуатации, например, при использовании на металлургических заводах и котельных (высокая температура), на подвижном оборудовании (вибрация и чрезмерное сгибание), на химических заводах (коррозия), вблизи ядерных реакторов (высокая радиация), а также на некоторых объектах с экстремальным давлением.

Электрические кабели , используемые для передачи информации, сильно отличаются от силовых кабелей как в функции, так и в конструкции. Силовые кабели предназначены для высоких напряжений и больших токов нагрузки, в то время как напряжение и ток в кабеле связи невелики. Силовые кабели работают на постоянном токе и низких частотах переменного тока, в то время как кабели связи работают на более высоких частотах. Силовой кабель, как правило, имеет не более трех проводников, каждый из которых может быть 2,5 см или более в диаметре; телефонный же кабель может иметь множество проводников диаметром каждого менее 0,125 см.

З ащитные покрытия для электрических кабелей связи , как правило, представляют собой трубку из алюминиевого или свинцового сплава, или из комбинации металлических полосок и термопластичных материалов. Изоляция телефонного кабеля, например, состоит из сухой прорезиненной или пропитанной специальными составами целлюлозы (в виде ленты, обернутой вокруг проводника), поливинилхлорида или полиэтилена. Толщина изоляции составляет несколько десятых миллиметра. В наше время широко используется коаксиальный кабель — двухжильный, в котором один из проводников имеет форму трубки, в то время как другой (меньший и круглый в поперечном сечении) находится с минимумом твердой изоляции в центре трубки. Некоторые из этих коаксиальных блоков могут быть собраны под общей рубашкой (оболочкой).

Кабели , изготовленные из оптических волокон, впервые вошли в строй в середине 1970-х годов. В волоконно — оптическом кабеле световые сигналы передаются через тонкие волокна из пластика или стекла с помощью внутреннего отражения. Преимущества оптоволоконных кабелей по сравнению с обычными коаксиальными включают в себя низкую стоимость материала, высокую пропускную способность, безопасность, химическую стабильность и иммунитет от электромагнитных помех. Как и другие типы кабелей, волоконно — оптические изделия разработаны для различных областей применения: наземных, подземных, воздушных и подводных. Такие кабели, как правило, состоят из ядра, встроенного в несколько защитных слоев. Жильный кабель содержит один сплошной или многожильный центральный силовой элемент, который окружен оптическими волокнами; они либо расположены свободно в жесткой центральной трубке, либо плотно упакованы в мягкую, гибкую наружную оболочку. Число и тип защитных слоев, окружающих ядро, зависит от предназначения кабеля. Обычно ядро покрыто слоем меди для улучшения проводимости на большие расстояния с последующим покрытием водонепроницаемым материалом (например, алюминиевой фольгой), чтобы не допустить проникновения воды в волокна. Стальная проволока или тканевые пряди добавляются для увеличения прочности на разрыв, а затем весь кабель заворачивают в полиэтиленовую оболочку (рубашку).

Воздушные линии кроме прочего используются для подачи электрической энергии на трамваи, троллейбусы и поезда; для передающих антенн; в муниципальном хозяйстве в системе уличного освещения и во многих других областях. Для обеспечения безопасной и предсказуемой работы компоненты системы передачи электроэнергии управляются с помощью различных генераторов, рубильников, автоматических выключателей, контроллеров, распределителей нагрузок и другого оборудования.

Воздушные линии электропередач подвергаются негативному воздействию при сильном ветре (раскачивание проводов), перепадах температур, обледенении. Это может привести к скачкам напряжения, повреждению или даже обрыву. В целях безопасности не рекомендуется находиться в районе, близко прилегающем к линии электропередач, забираться на опорные конструкции, использовать различные электроприборы вблизи ЛЭП, запускать воздушных змеев или заниматься дельтапланеризмом. Будьте благоразумны, не приближайтесь без надобности к высоковольтным линиям.

Кабель управления

Кабели управления используются в качестве проводников низковольтных маломощных сигналов и в роли информаторов о природе происходящих в оборудовании процессов. Провода применяют для создания цепей связи, управления, сигнализации и контроля – например, для присоединения механизмов к электросетям, для устройства локального освещения на оборудовании.

Кабели гибкие, предназначены для передачи и распределения электроэнергии с силовых цепях (0,6 и 1 кВ) и цепях контроля и управления на станках и механизмах при напряжении до 660В переменного тока частотой до 60Гц или постоянном напряжении до 1000В, применяемые при нестационарной прокладке. Климатическое исполнение В, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

Кабели гибкие, предназначены для передачи и распределения электроэнергии с силовых цепях (0,6 и 1 кВ) и цепях контроля и управления на станках и механизмах при напряжении до 660В переменного тока частотой до 60Гц или постоянном напряжении до 1000В, применяемые при нестационарной прокладке. Климатическое исполнение В, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

Кабели гибкие, предназначены для передачи и распределения электроэнергии с силовых цепях (0,6 и 1 кВ) и цепях контроля и управления на станках и механизмах при напряжении до 660В переменного тока частотой до 60Гц или постоянном напряжении до 1000В, применяемые при нестационарной прокладке. Климатическое исполнение В, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

Кабели гибкие, предназначены для передачи и распределения электроэнергии с силовых цепях (0,6 и 1 кВ) и цепях контроля и управления на станках и механизмах при напряжении до 660В переменного тока частотой до 60Гц или постоянном напряжении до 1000В, применяемые при нестационарной прокладке. Климатическое исполнение В, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

Кабели гибкие, предназначены для передачи и распределения электроэнергии с силовых цепях (0,6 и 1 кВ) и цепях контроля и управления на станках и механизмах при напряжении до 660В переменного тока частотой до 60Гц или постоянном напряжении до 1000В, применяемые при нестационарной прокладке. Климатическое исполнение В, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

Кабели гибкие, предназначены для передачи и распределения электроэнергии с силовых цепях (0,6 и 1 кВ) и цепях контроля и управления на станках и механизмах при напряжении до 660В переменного тока частотой до 60Гц или постоянном напряжении до 1000В, применяемые при нестационарной прокладке. Климатическое исполнение В, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

Кабели для систем управления и сигнализации не распространяющие горение, предназначены для передачи электрических сигналов и распределения электрической энергии в цепях управления, сигнализации, связи, межприборных соединений при напряжении 250, 380 И 1000В переменного тока частотой до 200Гц или при напряжении соответственно 350, 750 И 1000В постоянного тока. Климатическое исполнение В, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

• 1
• .

Передача сигналов посредством подобных кабелей ограничена напряжением до 1,5 кВ. Кабель управления часто эксплуатируют с целью обеспечения использования подвижного оборудования, в ситуациях с наличием множественных кабельных электроцепей, для блокировки помех.

Основные характеристики кабелей управления

Токопроводящие жилы производят из медной или алюминиевой проволоки. Изоляцию изготавливают из резины или пластмассы (используются различные разновидности указанных материалов).

Характеристики кабеля управления и условий монтажа и эксплуатации:

• прокладку и монтаж выполняют при температуре не ниже -15 градусов;
• температурный диапазон, в рамках которого возможна нормальная эксплуатация провода – от -30 до +50 градусов;
• средний срок службы кабеля – 30 лет.

Радиус изгиба, максимальные параметры длины, номинальное напряжение и прочие подобные характеристики в каждом конкретном случае отличаются.

В каталоге нашего магазина представлено большое количество проводов. Кабель управления может быть дополнен следующими маркировками:

• «л» – для изделий, экранированных медной проволокой;
• «н» – для проводов с нулевой жилой меньшего диаметра;
• «ХЛ» – для морозостойких проводов;
• «Ц» – для проводов с цифровым обозначением жильной изоляции;
• «П» – для некоторых марок плоских проводов.

Покупка кабеля в магазине «Электрокабель»

Чтобы заказать провод или получить консультацию, свяжитесь с нашими менеджерами любым удобным для вас способом. Цена на кабель управления зависит от марки и сечения. Вся продукция сертифицирована – мы работаем с проверенными производителями.