Системы охлаждения

Если кабель проложен в трубе, воздух в трубе создает дополнительное тепловое сопротивление, помимо стенок трубы, что может уменьшить пропускную способность кабеля. Излучение тепла в воздух производится путем радиации и конвекции, т.е. тепловое сопротивление – постоянно для труб разных диаметров.

Принудительное охлаждение

Излучение тепла, как описано выше, вызывает естественное охлаждение кабелей. Искусственный отбор тепла может значительно увеличить нагрузочную способность. Вообще действительно следующее: чем ближе отбор тепла производится к источнику тепла, тем больше будет улучшение пропускной способности. С другой стороны, должно быть ясно, что потери увеличиваются в функции квадрата тока проводника.

Непосредственное охлаждение

Кабели прокладываются в отдельных трубах, по которым пропускают охлаждающую среду (например, воду). Рассеяние тепловых потерь происходит с тепловым сопротивлением кабеля. Преимущества: Передаваемая мощность может быть увеличена в 2-3 раза. Низкие требования к качеству воды. Недостатки: Необходимо принимать специальные меры для охлаждения аксессуаров. Термомеханические движения кабеля в охлаждающей трубе.

Косвенное охлаждение

Охлаждающие трубы укладываются параллельно с кабелями. Часть тепловых потерь должна преодолеть тепловое сопротивление почвы. Преимущества: Увеличение передаваемой мощности в 1,5 – 1,8 раза по сравнению с естественным охлаждением кабелей. Кабели и аксессуары те же, что у кабелей с естественным охлаждением.

Водородное охлаждение

По сравнению с воздухом водородное охлаждение имеет преимущества в связи с особыми свойствами водорода, а именно: теплопроводность водорода в 7 раз превышает теплопроводность воздуха; водород легче воздуха в 14,3 раза, что способствует уменьшению вентиляционных потерь почти в 10 раз; в окружении водорода изоляция работает лучше, так как на нее не оказывает влияние кислород (озон); уменьшается опасность развития пожара, так как водород не поддерживает горение. Однако водородное охлаждение более сложно в обслуживании по сравнению с воздушным. Кроме того, водород в соединении с воздухом образует взрывоопасную смесь, в связи с чем кабели с водородным охлаждением должны быть газоплотными. Чтобы воздух не попал в корпус кабеля, в них постоянно должно поддерживаться избыточное давление водорода.

Искусственное охлаждение маслонаполненных кабелей

Для преодоления жестких ограничений по токовой нагрузочной способности кабелей, проложенных в земле, может применяться искусственное охлаждение кабелей. Возможны следующие варианты искусственного охлаждения:

Внешнее охлаждение с помощью труб

При этом обеспечивается протекание воды по пластмассовым трубам, проложенным вблизи от кабеля (рисунок 5). Общее термическое сопротивление кабеля в схеме замещения шунтируется термическим сопротивлением между кабелем и охлаждающей водой. Температура воды увеличивается при движении по трубам, и, таким образом, имеется ограничение по длине кабеля, который может быть охлажден таким способом.

Рис 5. Внешнее охлаждение кабелей с помощью труб с водой.

Где Т – трубы с водой, К – кабель, 1 – обратный трубопровод, 2 – прямой трубопровод.

Способ поверхностного искусственного охлаждения

Также известен как способ непосредственного охлаждения оболочки (рисунок 6). При непосредственном охлаждении кабелей возникают проблемы, связанные с возможным перемещением кабелей в трубопроводе из-за электромеханических усилий. Из-за значительной стоимости схем поверхностного охлаждения схема внешнего охлаждения является более предпочтительной, и установки поверхностного непосредственного охлаждения применяются лишь в тех случаях, когда требуемая нагрузочная способность кабелей не может быть достигнута другим способом.

Рис 6. Поверхностное искусственное охлаждение

Внутреннее охлаждение.

При этом циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается в каждой жиле кабеля. Охлаждающей жидкостью может быть: изоляционное масло, которое является частью масла в бумажно-масляной изоляции кабеля, вода, которая имеет большую способность поглощать теплоту, чем масло. Однако вода должна быть включена в водонепроницаемые трубки внутри канала в жиле кабеля, как показано на рисунке 7.

Рис 6. Внутреннее охлаждение

Где 1 - канал для воды диаметром d, 2 - водонепроницаемая трубка, 3 - токопроводящая жила диаметром d, скрученная из отдельных проволок, 4 - полупроводящая бумага, 5 – изоляция, 6 - экранирующие ленты, 7 - гофрированная алюминиевая оболочка, 8 - антикоррозийная защита, 9 - оболочка из поливинилхлорида.

Такую схему можно применить для кабелей со сплошной экструдированной изоляцией, которые применяются для соединения генераторов при относительно низком напряжении. Напряжение на охлаждающей жидкости должно снижаться до потенциала земли прежде, чем она попадет в перекачивающий насос. В схемах с водяным охлаждением применяют специальные концевые устройства для кабелей, внутри которых охлаждающая жидкость протекает через спиральный канал, обеспечивающий необходимую электрическую изоляцию при рабочем напряжении кабельной линии.