Соединение высоковольтных силовых кабелей с комплектными распределительными устройствами с элегазовой изоляцией (КРУЭ, GIS) за последние пятьдесят лет претерпело значительные изменения. Громоздкие маслонаполненные конструкции, требовавшие большого объёма монтажных работ непосредственно на объекте, постепенно уступили место компактным сухим штепсельным (plug-in) системам, которые отличаются более высокой скоростью монтажа, безопасностью и надёжностью. В данной статье рассматривается эволюция кабельных муфт для КРУЭ — от первых жидкостных решений до современных сухих технологий.
До появления компактных сухих штепсельных муфт подключения трансформаторов и распределительных устройств выполнялись при помощи воздушно- или маслонаполненных концевых муфт. В конце 1970-х годов появились первые конструкции с кабельными отсеками, содержащими маслонаполненные концевые муфты для КРУЭ или трансформаторов с предварительно формованными конусами выравнивания электрического поля.
Традиционная жидкостная концевая муфта состояла из опорного изолятора (фарфорового либо композитного), заполненного маслом или элегазом (SF₆). На подготовленный кабель устанавливался предварительно формованный резиновый конус выравнивания поля, а пространство между кабелем с конусом и опорным изолятором заполнялось диэлектрической жидкостью (маслом) либо SF₆.
Подобная конструкция успешно эксплуатировалась на протяжении многих лет, однако имела ряд существенных недостатков.
Кабельный отсек КРУЭ необходимо было открывать непосредственно на месте установки. Монтажник высоковольтного кабеля устанавливал эпоксидный изолятор, после чего вводил кабель с заранее установленными конусом выравнивания поля и соединительным контактом. Затем изолятор вакуумировался и заполнялся маслом.
При подключении трансформаторов процедура была ещё сложнее: требовалось сначала удалить трансформаторное масло из кабельного отсека, а затем снова заполнить его после завершения монтажа.
Использование жидкого диэлектрика предъявляло чрезвычайно высокие требования к герметичности конструкции. Любая утечка могла привести к электрическому пробою.
Наиболее критичным являлось место соединения кабеля с основанием муфты, где система уплотнений должна была обеспечивать герметичность при различных диаметрах кабелей. Поэтому требовался регулярный контроль уровня масла или давления газа.
При возникновении внутренней электрической дуги жидкостные муфты, особенно маслонаполненные, могли стать причиной серьёзных повреждений оборудования и представлять опасность для обслуживающего персонала.
Поэтому герметизация всей конструкции должна была сохраняться безупречной на протяжении всего срока службы изделия.
Несмотря на перечисленные недостатки, внутренние подключения позволяли размещать оборудование внутри зданий, защищая его от воздействия окружающей среды. Однако подобные решения занимали значительное пространство.
Настоящим переломным моментом стало развитие новых изоляционных материалов.
За последние десятилетия основным материалом изоляции высоковольтных кабелей вместо пропитанной бумаги и масла стал сшитый полиэтилен (XLPE).
Одновременно материалы кабельной арматуры также изменились. Вместо жидких диэлектриков начали широко применяться твёрдые эластомерные материалы, прежде всего силиконовая резина (SIR).
Этот переход полностью изменил подход к проектированию кабельных муфт.
Для кабелей с полимерной изоляцией необходимость использования масла практически исчезла, поэтому промышленность начала активно разрабатывать полностью безжидкостные конструкции.
Полностью сухие концевые муфты (dry-type terminations) появились сравнительно недавно, однако сегодня широко применяются при оконцевании высоковольтных кабелей с экструдированной изоляцией.
Сухие концевые муфты уже многие годы успешно используются для подключения КРУЭ напряжением вплоть до 550 кВ и постепенно становятся отраслевым стандартом.
Для внутренних соединений КРУЭ и силовых трансформаторов преимущества сухих технологий значительно превосходят традиционные жидкостные решения.
Одним из наиболее значительных достижений стало создание сухих штепсельных (plug-in) систем подключения.
Подобные решения используются с 1966 года для подключения трансформаторов, соединительных коробок и КРУЭ.
Эпоксидный ввод (bushing) устанавливается производителем КРУЭ ещё на заводе.
Это обеспечивает:
В соответствии со стандартами IEC оборудование поставляется с уже установленным вводом.
На объекте монтажнику остаётся лишь:
Отсутствие жидких диэлектриков значительно уменьшает продолжительность монтажных работ.
Кроме того, кабель можно быстро отсоединить при необходимости ремонта оборудования.
По сравнению с традиционными конструкциями длина установки сокращается примерно на 50 %.
Поскольку используются исключительно твёрдые изоляционные материалы, оборудование может монтироваться практически в любом положении:
Использование полностью изготовленных и испытанных на заводе компонентов существенно повышает надёжность и практически исключает ошибки монтажа.
Сегодня во всём мире эксплуатируется более 2000 подобных систем на напряжениях до 145 кВ.
По мере развития сухих штепсельных технологий сформировались два основных типа конструкций:
Конус выравнивания поля располагается внутри эпоксидного изолятора.
Преимущества:
Конус располагается снаружи эпоксидного изолятора.
Особенности:
Обе системы продолжают совершенствоваться и используются различными производителями.
Развитие технологий сопровождалось появлением международных стандартов.
Первая редакция стандарта описывала соединения кабелей с КРУЭ при использовании жидкостных концевых муфт.
Стандарт был расширен и стал распространяться как на жидкостные, так и на сухие конструкции.
Современный стандарт определяет:
Технический отчёт содержит рекомендации по проектированию унифицированного сухого штепсельного интерфейса для КРУЭ и силовых кабелей напряжением до 145 кВ.
Сегодня сухие технологии полностью доминируют при подключении кабелей к КРУЭ и силовым трансформаторам напряжением до 550 кВ.
Стандартные plug-in системы уже выпускаются:
В последние годы технология распространилась и на наружные концевые муфты сверхвысокого напряжения до 550 кВ.
Современное направление развития связано с экологической безопасностью.
Хотя SF₆ обладает превосходными электроизоляционными свойствами, он является одним из наиболее сильных парниковых газов.
Поэтому производители активно разрабатывают КРУЭ без применения SF₆.
История развития кабельных концевых муфт для КРУЭ отражает общую эволюцию современной электроэнергетики — от сложных жидкостных конструкций 1970-х годов к современным сухим штепсельным системам, которые изготавливаются на заводе, устанавливаются на объекте всего за несколько часов и способны десятилетиями работать без обслуживания.
Основными движущими силами этого развития стали:
Сегодня сухие plug-in муфты стали отраслевым стандартом. По мере перехода энергетики к экологически безопасным технологиям без SF₆ и ещё более высоким уровням напряжения их развитие продолжается. От первых штепсельных соединений, появившихся в 1966 году, до современных систем 550 кВ кабельная арматура для КРУЭ прошла огромный путь — и эта эволюция ещё далека от завершения.
