Выбор конструктивного устройства кабельных линий напряжением 10 кВ по критерию минимума приведенных затрат

В статье рассматривается вопрос выбора оптимальной конструкции кабельных линий напряжением 10 (20, 35) кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. Анализируются варианты использования трехили одножильных кабелей, прокладываемых треугольником или в плоскости. Методологической основой работы служит принцип минимизации приведенных затрат, учитывающий как капиталовложения, так и ежегодные издержки, включая потери электроэнергии в кабелях. В рамках исследования построена номограмма экономических интервалов, позволяющая определять оптимальные сечения жил кабелей и граничные условия применения трехи одножильных кабелей в зависимости от расчетной токовой нагрузки. Показано, что при существующей номенклатуре трехжильных кабелей с максимальным сечением жилы до 630 мм² одножильные кабели могут быть экономически целесообразны только при сечении жил 800 мм² и выше. Установлено, что приведенные затраты на прокладку одножильных кабелей в плоскости при двухстороннем заземлении экранов всегда оказываются больше, чем при прокладке треугольником. Этот эффект обусловлен увеличением как капитальных затрат, так и потерь электроэнергии в экранах кабелей. Для повышения экономичности кабельных линий в работе предлагается расширить номенклатуру трехжильных кабелей, включив в нее кабели с максимально возможным сечением жилы. Это позволит увеличить диапазон токовых нагрузок, в котором применение трехжильных кабелей будет экономически оправданным. Представленные в статье результаты могут использоваться при проектировании новых кабельных линий, анализе эффективности существующих, а также при модернизации и реконструкции городских кабельных сетей среднего напряжения.

1. Liu, C. Comparison and Selection of Three-Core Cable and Single-Core Cable / C. Liu // IOP conference series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 300, No. 4. Art. 042047. https://doi.org/10.1088/1755-1315/300/4/042047.

2. Дмитриев, М. В. Однофазные кабели КЛ 6–500 кВ. Выбор взаимного расположения / М. В. Дмитриев // Новости электротехники. 2018. № 5–6. С. 48–51.

3. The Effect of the Vertical Layout on Underground Cable Current Carrying Capacity / A. Ozyesil [et al.] // Energies. 2024. Vol. 17, Nо 3. P. 674. https://doi.org/10.3390/en17030674.

4. Cichy, A. Economic Optimization of an Underground Power Cable Installation / A. Cichy, B. Sakowicz, M. Kaminski // IEEE Transactions on Power Delivery. 2018. Vol. 33, Nо 3. P. 1124–1133. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2017.2728702.

5. Cichy, A. Detailed Model for Calculation of Life-Cycle Cost of Cable Ownership and Comparison with the IEC Formula / A. Cichy, B. Sakowicz, M. Kaminski // Electric Power Systems Research. 2018. Vol. 154. P. 463–473. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2017.09.009.

6. Multiobjective Optimization of Underground Power Cable Systems / P. Ocłoń [et al.] // Energy. 2021. Vol. 215. Art. 119089. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119089.

7. Optimization of Ampacity in High-Voltage Underground Cables with Thermal Backfill Using Dynamic PSO and Adaptive Strategies / B. A. Atoccsa [et al.] // Energies. 2024. Vol. 17, No 5. P. 1023. https://doi.org/10.3390/en17051023.

8. Czapp, S. Optimization of Thermal Backfill Configurations for Desired High-Voltage Power Cables Ampacity / S. Czapp, F. Ratkowski // Energies. 2021. Vol. 14, Nо 5. Art. 1452. https://doi.org/10.3390/en14051452.

9. Короткевич, М. А. О целесообразности прокладки вне населенных пунктов кабельных линий электропередачи напряжением 6–35 кВ вместо воздушных / М. А. Короткевич, С. И. Подгайский // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 5. С. 463–476. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-65-5-463-476.

10. Сазонов, П. А. Преимущетства применения трехжильного кабеля в сетях среднего напряжения / П. А. Сазонов, А. М. Короткевич // Энергетическая стратегия. 2023. № 6. С. 20–24.

11. Czapp, S. Safety Issues Referred to Induced Sheath Voltages in High-Voltage Power Cables–Case Study / S. Czapp, D. Krzysztof // Applied Sciences. 2020. Vol. 10, No 19. Art. 6706. https://doi.org/10.3390/app10196706.

12. Подгайский, С. И. Силовые электрические кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.02 / С. И. Подгайский; Белорусский национальный технический университет. Минск, 2022. 154 с.

13. Дмитриев, М. В. Кабельные линии высокого напряжения / М. В. Дмитриев. СПб.: Политех-пресс, 2021. 688 с.

14. Gouda, O. E. Factors Affecting the Sheath Losses in Single-Core Underground Power Cables with Two-Points Bonding Method / O. E. Gouda, A. A. Farag // International Journal of Electrical & Computer Engineering. 2012. Vol. 2, Nо 1. https://doi.org/10.11591/ijece.v2i1.115.

15. Высоцкий, М. Э. Длительно допустимые токи нагрузки одножильных кабелей напряжением 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена различного конструктивного исполнения / М. Э. Высоцкий // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024. Т. 67, № 4. С. 300–314. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-4-300-314.

16. Поспелов, Г. Е. Электрические системы и сети: учеб. / Г. Е. Поспелов, В. Т. Федин, П. В. Лы-чев. Минск: УП «Технопринт», 2004. 720 с.

17. Блок, В. М. Электрические сети и системы / В. М. Блок. М.: Высш. шк., 1986. 430 с.

18. Герасименко, А. А. Электрические системы и сети: учеб. пособие / А. А. Герасименко, В. Т. Федин. Ростов-на-Дону: Феникс, 2023. 473 с.

19. Calculation of the Current Rating. Part 3–2: Section on Operating Conditions – Economic Optimization of Power Cable Size: IEC 60287-3-2:2012 [Electronic Resource]. Mode of access: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/22c648b0-31da-4b8b-a73c-90355e4d7914/iec-60287-3-2-2012.

20. Козлов, В. А. Электроснабжение городов / В. А. Козлов. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. 264 с.

21. Короткевич, М. А. Эксплуатация электрических сетей: учеб. / М. А. Короткевич. 2-е изд., испр. и доп. Минск: Вышэйш. шк., 2014. 350 с.

22. Короткевич, М. А, Монтаж электрических сетей: учеб. пособие / М. А. Короткевич. Минск: Вышэйш. шк., 2012. 512 с.

23. Кабели силовые РОСКАБ [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://rscable.ru/catalog/kabeli_silovye/. Дата доступа: 06.08.2024.

24. Альбом материалов для проектирования и рабочие чертежи № 1.105.03тм. Прокладка силовых кабелей напряжением до 10 кВ в траншеях [Электронный ресурс]. Введ. 26.09.2019. Минск: ГПО «Белэнерго», 2019. Режим доступа: https://energodoc.by/js/pdfjs/web/viewer.html?file=/file/fulltext-view/7167.pdf.

25. Единые нормы и расценки [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://belenir.com/enir/sbor. Дата доступа: 23.05.2024.

26. Передача и распределение электрической энергии: учеб. пособие / А. А. Герасименко, В. Т. Федин. 4-е изд., стер. М.: Кнорус, 2014. 648 с.

27. Ефентьев, С. Н. Развитие методики технико-экономического анализа при выборе основных параметров электрических сетей с учетом неопределенности исходной информации: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.02 / С. Н. Ефентьев. М., 2004. 205 с.

28. Electric cables – Calculation of the Current Rating. Part 1–1: Current Rating Equations (100 % Load Factor) and Calculation of Losses General: IEC 60287-1-1:2023 [Electronic Resource]. Mode of access: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/164f72dc-b67a-496b-af43-97e28a944a7b/iec-60287-1-1-2023.

29. Calculation of the Current Rating. Part 2–1: Thermal Resistance – Calculation of Thermal Resistance: IEC 60287-2-1:2023 [Electronic Resource]. Mode of access: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/9a2a6795-afb1-4194-97ae-9eef8d36e808/iec-60287-2-1-2023.

30. Power Cables with Extruded Insulation and their Accessories for Rated Voltages from 1 kV (Um = 1,2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV). Part 2: Cables for Rated Voltages from 6 kV (Um = = 7,2 kV) up to 30 kV (Um=36 kV): IEC 60502-2:2014 [Electronic Resource]. Mode of access: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/822b961a-7509-42d8-907a-9fbbb79baad9/iec-60502-2-2014.