Эволюция концевых муфт для кабелей ГИС: от жидкостных до сухих.

За последние пять десятилетий соединение высоковольтных силовых кабелей с газоизолированными распределительными устройствами (ГИРУ) претерпело значительные изменения. Начавшись с громоздких, заполненных маслом установок, требующих масштабных работ на месте, они превратились в компактные, сухие, подключаемые системы, которые стали быстрее, безопаснее и надежнее, чем когда-либо. В этой статье прослеживается эволюция кабельных концевых муфт ГИРУ, от их жидкостного заполнения до современных передовых сухих технологий.

1. Первые годы: Заполненные жидкостью наконечники

До разработки компактных сухих штекерных клемм трансформаторы и распределительные устройства соединялись с помощью клемм с воздушной или масляной изоляцией.В конце 1970-х годов были созданы первые комплектующие с кабельными отсеками, содержащими маслонаполненные клеммы КРУЭ или трансформаторные клеммы с предварительно отформованными конусами для снятия напряжения..

Традиционные концевые муфты с жидкостным заполнением состояли из поддерживающего изолятора (фарфорового или композитного), заполненного маслом или SF₆, и предварительно отформованного резинового конуса, надеваемого на подготовленный кабель.Пространство между кабелем с его конусом натяжения и поддерживающим изолятором было заполнено диэлектрической жидкостью, такой как масло или SF₆.Эта конструкция имела очень долгую и успешную историю, но также обладала существенными недостатками..

2. Проблемы конструкций, заполненных жидкостью

Несмотря на эффективность заполненных жидкостью клемм, они представляли собой ряд постоянных проблем:

Сложная установка на месте
На месте пришлось вскрыть кабельный отсек КРУЭ, после чего монтажник высоковольтного кабеля установил эпоксидный изолятор и вставил кабель с установленным конусом и разъемом. Затем изолятор был очищен от воздуха и заполнен маслом.Для подключения трансформатора процедура была еще более сложной — трансформаторное масло необходимо было откачать из кабельного отсека и залить заново..

Риски утечки
Наличие жидкости требовало очень тщательной герметизации клемм, чтобы избежать любой утечки, которая могла бы привести к электрическому пробою.Наиболее важным моментом было сопряжение кабеля с клеммной колодкой, где система уплотнения должна была подходить для кабелей различного сечения.Потенциальный риск утечки требовал периодической проверки уровня масла или давления газа..

Опасности для безопасности
В случае возникновения внутренней дуги, заполненные жидкостью выводы, особенно заполненные маслом, могут нанести серьезный ущерб окружающему оборудованию и представлять опасность для персонала.Герметизация системы должна быть выполнена идеально, чтобы избежать любых протечек и обеспечить надлежащую работу на протяжении всего срока службы изделия..

Требования к пространству
Несмотря на эти трудности, главным преимуществом таких внутренних соединений была изолированная и защищенная конструкция, которую можно было размещать внутри зданий, а не на открытом воздухе, хотя это и влекло за собой огромные затраты пространства..

3. Переход к сшитому полиэтилену (XLPE) и твердой изоляции.

Важный поворотный момент произошел с развитием материалов для изоляции кабелей. За последние десятилетия доминирующим материалом для изоляции кабелей стал не пропитанный бумагой и маслом, а сшитый полиэтилен (XLPE).Кроме того, в качестве изоляционного материала кабельной арматуры были заменены твердые материалы, такие как изоляционные эластомеры, например, силиконовая резина (SIR)..

Этот переход коренным образом изменил возможности проектирования кабельных наконечников. С появлением кабелей с полимерной изоляцией факторы, обуславливавшие использование масла, перестали существовать.В отрасли начали изучаться безжидкостные альтернативы, которые могли бы устранить риски, связанные с жидкой изоляцией.

4. Распространение сухих клемм

Герметичные концевые муфты, не требующие подачи жидкости, также называемые сухими концевыми муфтами, были внедрены в высоковольтные системы сравнительно недавно, но в настоящее время широко используются для концевой заделки экструдированных кабелей..

Основные преимущества технологии сухого высушивания:

• Устранение рисков утечек

• Снижен риск взрыва в случае внутренней дуги.

• Нет необходимости в периодической проверке уровня жидкости.

• Более лёгкий вес и более компактная конструкция.

Сухие герметизирующие концы уже много лет используются для оконечных соединений КРУЭ до уровня сверхвысокого напряжения (550 кВ), и такие конструкции в настоящее время широко распространены и все чаще становятся стандартом для подобных применений.Для внутренних применений, таких как КРУЭ или трансформаторные соединения, сухие системы становятся стандартом, поскольку их преимущества явно перевешивают преимущества традиционных систем с жидкостным наполнением..

5. Революция подключаемых устройств

Одним из наиболее значительных нововведений в технологии оконечения кабелей ГИС стала разработкасухие штекерные клеммные системыКомпактные сухие клеммные системы с вставным креплением доступны с 1966 года для подключения трансформаторов, распределительных коробок и газоизолированных распределительных устройств..

Что делает подключаемый дизайн революционным:

Заводская предварительная сборка
Эпоксидный изолятор (втулка) устанавливается производителем КРУЭ на заводе.Это обеспечивает идеальную установку и исключает риск загрязнения в отсеке КРУЭ..

Упрощенная установка на месте
Втулка оборудования предварительно устанавливается на заводе в соответствии со стандартами IEC для сухих систем.На месте монтажник кабеля просто подготавливает конец кабеля и подключает вилку, которая содержит конус для снятия напряжения и соединитель проводника..

Сокращение времени установки
Время монтажа значительно сокращается по сравнению с традиционными способами соединения, поскольку в системе полностью отсутствуют жидкие изоляционные материалы.Возможность подключения позволяет быстро и легко отсоединить кабель от компонента системы в случае неисправности..

Компактный дизайн
Системы с возможностью подключения по схеме Plug-in позволяют значительно сократить монтажную длину на 50% по сравнению с традиционными конструкциями.Поскольку эти системы работают на твердых изоляционных материалах, можно реализовать любое желаемое пространственное расположение — горизонтальное, вертикальное и даже наклонное сверху или снизу..

Высокая надежность
Использование предварительно изготовленных и протестированных компонентов обеспечивает высокий уровень безопасности и надежности, а ошибки при сборке сводятся к минимуму.Более 2000 таких подключаемых систем используются по всему миру в кабельных сетях напряжением до 145 кВ..

6. Внутренний конус против внешнего конуса: два стандарта интерфейса.

По мере развития технологии сухих подключаемых устройств появились две различные основные конструкции:"inner-cone" and "outer-cone"системыТрадиционные системы уплотнений с заполнением жидкостью были упразднены и заменены резиноэпоксидным соединением, работающим под механическим давлением..

Внутренняя конусная система:
Конус напряжения устанавливается внутри эпоксидного изолятора, создавая компактный экранированный интерфейс. Такая конструкция широко используется в КРУЭ и часто стандартизируется для диапазонов среднего напряжения..

Система внешнего конуса:
Конус для создания напряжения устанавливается снаружи эпоксидного изолятора, что обеспечивает иные механические характеристики и особенности монтажа. Обе системы имеют своих сторонников, и производители продолжают разрабатывать варианты для различных классов напряжения и областей применения..

7. Роль стандартов: от IEC 60859 до IEC 62271-209

Эволюция концевых муфт для кабелей ГИС сопровождалась разработкой международных стандартов, определяющих интерфейсы, размеры и требования к испытаниям.

МЕК 60859 (1986):Первая версия этого стандарта была выпущена в 1986 году.Он охватывал кабельные соединения для газоизолированных металлических распределительных устройств, где кабельные клеммы были заполнены жидкостью..

IEC TS 60859 (1999):В этой версии расширен охват как жидкостных, так и сухих клемм..

IEC 62271-209 (2007, 2019):Действующий стандарт охватывает соединительные узлы кабелей с жидкостным наполнением и экструдированных кабелей с КРУЭ, где концевые муфты кабелей могут быть жидкостного или сухого типа.В нем определяются интерфейсы между клеммами и распределительным устройством, обеспечивая взаимозаменяемость компонентов от разных производителей..

CIGRE TB 784 (2019):Данная техническая брошюра содержит стандартные рекомендации по проектированию распространенного сухого разъемного интерфейса для кабелей ГИС и силовых кабелей напряжением до 145 кВ..

8. Современные передовые технологии сушки

В настоящее время сухие конструкции являются зрелыми и доминирующими в качестве оконечных устройств для кабелей, подключаемых к КРУЭ и трансформаторам напряжением до 550 кВ.Что касается кабельных наконечников для подключения к КРУЭ и трансформаторам, то подавляющее большинство на рынке сейчас занимают сухие кабельные соединения..

Стандартная конструкция разъемного концевого соединения была расширена для напряжений до 245 кВ и поперечных сечений кабеля до 1600 мм².В последнее время технология подключаемых разъемов была внедрена для наружных концевых соединений сверхвысоковольтных линий электропередачи с номинальным напряжением до 550 кВ..

Основные преимущества современных сухих ГИС-терминалов:

• Отсутствие жидкостей — исключает риск протечек и необходимость периодических проверок.

• Сокращение времени монтажа — уменьшение объема работ на объекте.

• Компактная конструкция — экономия ценного пространства на подстанции.

• Предварительная сборка на заводе — обеспечение качества и снижение риска загрязнения.

• Пространственная гибкость — возможна любая ориентация.

9. Следующий рубеж: экологически чистые и устойчивые решения без использования SF₆.

Эволюция кабельных концевых муфт ГИС продолжается с новым акцентом на экологическую устойчивость. Газ SF₆, будучи отличным изолятором, является мощным парниковым газом. В настоящее время в отрасли разрабатываются конструкции ГИС без SF₆ с сухими концевыми муфтами..

Последние события:

• В 2023 году компания Nexans провела первые в мире электрические типовые испытания кабельных наконечников постоянного тока напряжением 525 кВ, не содержащих SF₆..

• Исключив использование газа SF₆, кабельные наконечники могут сократить потенциальные выбросы парниковых газов на 99% и более..

• В настоящее время проектируются и внедряются подстанции 420 кВ без элегазовых распределительных устройств с сухими клеммами..

• Производители разрабатывают соединительные элементы, совместимые с альтернативными газами, такими как смеси на основе фторнитрила и чистый воздух с вакуумным прерыванием..

Развитие кабельных концевых муфт ГИС отражает более широкую эволюцию энергетики — от конструкций с жидкостным наполнением и трудоемким процессом изготовления 1970-х годов до современных сухих, подключаемых систем, которые собираются на заводе, устанавливаются на месте за несколько часов и рассчитаны на десятилетия бесперебойной работы без технического обслуживания.Разработка этой технологии была обусловлена ​​целым рядом целей: устранение рисков утечек, сокращение времени монтажа, экономия места и повышение надежности..

По мере того, как отрасль переходит к решениям без SF₆ и к еще более высоким уровням напряжения, эволюция продолжается. Концепция сухих вставных клемм, некогда революционная, стала новым стандартом — свидетельство силы инноваций в повышении безопасности, надежности и экологичности нашей электрической инфраструктуры.От первых подключаемых систем в 1966 году до современных сухих клемм на 550 кВ, аксессуары для кабелей ГИС прошли долгий путь, и этот путь еще далек от завершения.