energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTUenergy-853Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGПРИМЕНЕНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В УСТАНОВКАХ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ И ДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬSUPER-CAPACITOR APPLICATION IN ELECTRICAL POWER CABLE TESTING FACILITIES IN THERMAL ENDURANCE AND MECHANICAL BRACING TESTSОлексюкИ. В.OleksyukI. V.

Аспирант

Graduate student

ilya.oleks@gmail.comБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201510062015022026Copyright © Олексюк И.В., 20152015Олексюк И.В.Oleksyuk I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/853

Токопроводящие жилы силовых электрических кабелей должны быть стойкими к воздействию токов короткого замыкания, значения которых зависят от материала жилы, площади ее поперечного сечения, свойств изоляции кабеля, температуры окружающей среды, а также времени протекания тока короткого замыкания (1 и 3–4 с при испытаниях на динамическую и термическую стойкость). Установки для испытания токами короткого  замыкания  кабелей  напряжением  10  кВ  с  алюминиевыми  жилами  должны обеспечивать ток динамической стойкости 56,82 кА, ток термической стойкости 11,16 кА. Такие значения испытательных токов наилучшим образом обеспечивают конденсаторы. Использование традиционных конденсаторных установок повлечет большие затраты на строительство и эксплуатацию отдельного помещения. В качестве источника питания испытательных установок, где требуются токи значениями десятки килоампер, целесообразно использовать конденсаторы с двойным электрическим слоем – суперконденсаторы.

При проведении испытаний токами короткого замыкания напряжение на изоляции не стандартизировано, поэтому силовые электрические кабели с изоляцией на 10 кВ токами термической и динамической стойкости не запрещено  испытывать при напряжении менее 10 кВ. График изменения напряжения суперконденсатора во времени состоит из двух участков: емкостного и резистивного. Емкостный участок представляет собой  изменение  напряжения  вследствие  изменения  энергии  в  суперконденсаторе. Резистивный участок демонстрирует изменение напряжения из-за наличия активного сопротивления суперконденсатора.

Предложен алгоритм определения необходимого числа суперконденсаторов для испытания силовых электрических кабелей на напряжение 10 кВ токами термической и  динамической  стойкости.  Показано,  что  при  использовании  суперконденсаторов в установках испытания кабелей токами короткого замыкания площадь помещения, занимаемого суперконденсаторами, более чем на порядок меньше площади, занимаемой традиционными конденсаторами.

The current-carrying cores of the electrical power cables should be resistant to effects of short-circuit currents whose values depend on the material of the core, its cross-sectional area, cable insulation properties, environment temperature, and the duration of the short-circuit current flow (1 and 3–4 sec. when tested for thermal endurance and mechanical bracing). The facilities for testing the 10 kV aluminum core cables with short-circuit current shall provide mechanical-bracing current 56,82 kA and thermal endurance current 11,16 kA. Although capacitors provide such values of the testing currents to the best advantage, utilizing conventional capacitor-units will involve large expenditures for erecting and  running a separate building. It is expedient to apply super-capacitors qua the electric power supply for testing facilities, as they are capacitors with double-electrical layer and involve the current values of tens of kilo-amperes.

The insulation voltage during short-circuit current testing being not-standardized, it is not banned to apply voltages less than 10 kV when performing short-circuit thermal endurance and mechanical bracing tests for electrical power cables of 10 kV. The super-capacitor voltage variation-in-time graph consists of two regions: capacitive and resistive. The capacitive part corresponds to the voltage change consequent on the energy change in the super-capacitors. The resistive part shows the voltage variation due to the active resistance presence in the super-capacitor.

The author offers the algorithm determining the number of super capacitors requisite for testing 10 kV-electrical power cables with short-circuit currents for thermal endurance and mechanical bracing. The paper shows that installation of super-capacitors in the facilities testing the cables with short-circuit currents reduces the area needed for the super-capacitors in comparison with conventional capacitors more than by one order of magnitude.

суперконденсаторсиловой электрический кабельтермическая и динамическая стойкостьsuper capacitorelectrical power cablethermal endurance and mechanical bracingReferencesКабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией. Технические условия : ГОСТ 18410–73. – Введ. 01.01.1975. – М. : Изд-во стандартов, 1975. – 23 с.State Standards 18410–73. Power Cables with Impregnated Paper Insulation. Standard Specifications. Moscow, Publishing House of Standards, 1975. 23 p. (in Russian).Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия : ГОСТ 16442–80. – Введ. 01.01.1982. – М. : Изд-во стандартов, 2000. – 22 с.State Standards 16442–80. Power Cables with Plastic Insulation. Standard Specifications. Moscow: Publishing House of Standards, 2000. 22 p. (in Russian).Короткевич, М. А. Испытания кабельной продукции на термическую и динамическую стойкость / М. А. Короткевич, И. В. Олексюк // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2010. – № 1. – С. 25–32.Korotkevich, M. A., Oleksyuk, I. V. (2010) Testing of Cables on the Thermal and Dynamic Stability. Izvestiia Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii – Energetika [Proceedings of Higher Education Institutions and Power Engineering Associations – Power Engineering], 1, 25–32 (in Russian).Пичугина, М. Т. Мощная импульсная энергетика / М. Т. Пичугина. – Томск : Изд-во ТПУ, 2005. – 98 с.Pichugina, M. T. (2005) Powerful Pulsed Power Engineering. Tomsk: Publishing House of Tomsk Polytechnic University. 98 p. (in Russian).Накопители энергии : учеб. пособие для вузов / Д. А. Бут [и др.]; под ред. Д. А. Бута. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 400 с.But, D. A., Alievskii, B. L., Miziurin, S. R., Vasiukevich, P. V. (1991) Energy Storage Devices. Moscow, Energoatomizdat. 400 p. (in Russian).Конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы): разработка и производство [Электронный ресурс] / В. Кузнецов [и др.] // Компоненты и технологии. – 2005. – № 6. – Режим доступа: http://www.kit-e.ru/articles/condenser/2005_6_12.php. – Дата доступа: 28.12.2014.Kuznetsov, V., Pan'kina, O., Machkovskaia, N., Shuvalov, E., Vostrikov, I. (2005) Electric Double Layer Capacitors (Ultracapacitors): Development and Production. Komponenty i tekhnologii [Components and Technologies], ? 6. Available at: http://www.kit-e.ru/articles/ condenser/2005_6_12.php (Accessed 28.12.2014).Maxwell Technologies. Application Note. Boostcap Ultracapacitor. Cell Sizing. Document No 10073627, Rev 3 [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.maxwell.com/ products/ultracapacitors/docs/10073627.3_how_to_determine_the_appropriate_size.pdf. – Date of access: 20.12.2014.Maxwell Technologies. Application Note. Boostcap Ultracapacitor. Cell Sizing. Document No 10073627, Rev 3. Available at: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/docs / 10073627.3_how_to_determine_the_ appropriate_size.pdf. (Accessed 20 December 2014).Maxwell Technologies. Product Comparison Matrix [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/docs/maxwell_technologies_product_ comparison_matrix.pdf. – Date of access: 20.12.2014.Maxwell Technologies. Product Comparison Matrix [Digital Resourse]. Available at: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/docs/maxwell_technologies_product_comparis on_matrix.pdf. (Accessed 20 December 2014).Муфты для силовых кабелей на напряжение до 35 кВ включительно : ГОСТ 13781.0–86. – Введ. 24.06.1986. – М. : Изд-во стандартов, 1986. – 18 с.State Standards 13781.0–86. Boxes for Power Cables with Voltage Up to and Including 35 kV. Moscow, Publishing House of Standards, 1986. 18 p. (in Russian).Муфты термоусаживаемые для силовых кабелей на напряжение 10 кВ. Технические условия : ТУ РБ 500030832.001–2000. – Введ. 15.06.2000. – Минск : БГПА, 2000. – 25 с.Technical Specifications of the Republic of Belarus 500030832.001–2000. Heatshrinkable Boxes for Power Cables for a Voltage of 10 kV. Minsk: Belarusian State Polytechnic Academy, 2000. 25 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.