Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и задачи научного исследования 8
1.1 .Общая характеристика электроэнергетических сетей 8
1.2. Сущность проблемы. Постановка задачи научного исследования 10
2. Математическое моделирование модальных каналов 16
2.1.Исследование условий распространения электромагнитных волн по кабельным линиям (на основе применения модальной теории) 16
2.2. Разработка общей модели канала одномодального распространения 32
2.3.Модель одномодального канала с учетом спиральности жилы и градирования изоляции 36
2.4.Учет полупроводящих, металлических экранов и спиральности оболочки 48
2.5.Модель двухмодального канала распространения 58
2.6.Учет полупроводящих экранов при двухмодальном распространении волн 73
Выводы 75
3. Разработка методов расчета параметров ВЧ-тракта передачи информации по высоковольтным кабельным линиям 76
3.1. Исходные положения 76
3.2. Матричный метод расчета параметров ВЧ-тракта 80
3.3. Упрощенный метод расчета параметров однородной кабельной линии с одно-и двухмодальным распространением волн 84
3.4. Расчет параметров линейного ВЧ-тракта передачи по неоднородным кабельным линиям и сопоставление с результатами измерения 94
Выводы 106
4. Практическая реализация инженерной методики расчета волновых параметров высоковольтных кабелей 107
4.1. Расчет волновых параметров кабелей 6 кВ с поясной изоляцией 107
4.2. Расчет волновых параметров маслонаполненных кабелей 110, 220 кВ среднего и высокого давления 116
4.3. Сопоставление расчетных значений волновых параметров высоковольтных кабелей с результатами эксперимента 133
Выводы 146
Заключение 148
Библиографический список 150
Приложения 157
- Сущность проблемы. Постановка задачи научного исследования
- Разработка общей модели канала одномодального распространения
- Матричный метод расчета параметров ВЧ-тракта
- Расчет волновых параметров маслонаполненных кабелей 110, 220 кВ среднего и высокого давления
Введение к работе
Актуальность работы. Уровень развития систем передачи информации в значительной степени определяет надежность и эффективность работы любой отрасли народного хозяйства. Особую актуальность вопросы оперативного управления и передачи телеметрических сигналов имеют для действующих в стране систем электроснабжения. Наиболее распространенным видом связи в отечественных энергосистемах является в настоящее время высокочастотная (ВЧ) связь по воздушным линиям электропередач [8, 9, 10].
Менее исследованной остается область использования высоковольтных кабельных линий для каналов ВЧ-связи. Это обусловлено как недостаточной изученностью особенностей структуры и конструкции кабельных сетей для распространения ВЧ-сигналов, несущих информацию, так и отсутствием достаточно простых инженерных методов аналитического расчета параметров ВЧ-трактов передачи телеметрических сигналов по кабельным высоковольтным линиям. Вместе с тем большая распространенность кабельных линий представляет наибольший интерес для организации новых ВЧ-каналов передачи информации разного назначения. С появлением современных автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии это применение получает значительный экономический вес.
В связи с этим актуальна задача исследования условий распространения электромагнитных волн высокой частоты по кабельным линиям напряжением 6-500 кВ и научное обоснование методики расчета параметров линейных трактов передачи телеметрических сигналов по этим линиям.
Данная задача имеет важное технико-экономическое значение, определяемое снижением затрат на прокладку специальных линий связи, совершенствованием систем диспетчерского управления, телемеханики и автоматизации технологических процессов.
4 Целью работы явились исследования и разработка методов математического моделирования и расчета параметров высокочастотных трактов передачи информации по высоковольтным кабельным линиям.
Основными задачами научного исследования, решенными в работе, для достижения поставленной цели, явились:
Анализ современного состояния вопросов применения кабельных высоковольтных линий для передачи информации на уровне распределительных сетей.
Исследование условий распространения электромагнитных волн высокой частоты по кабельным линиям 6 — 500 кВ.
Разработка математических моделей каналов распространения электромагнитных волн по высоковольтным кабелям для расчета первичных и волновых параметров.
Обоснование алгоритмов и методов расчета параметров линейного ВЧ-тракта передачи информации по кабельным линиям.
Разработка инженерной методики определения параметров ВЧ-тракта передачи по однородным и неоднородным высоковольтным кабельным системам различной конфигурации.
Методика исследований основывалась на использовании методов теории линейных электрических цепей и электромагнитного поля, теории многополюсников, методов матричной алгебры, практики конформных отображений, теории подобия и моделирования.
Теоретические исследования сопровождались разработкой математических моделей и алгоритмов, реализованных в «Универсальной программе расчета волновых параметров модели высоковольтных кабелей», разработанной с участием автора. Сопоставление расчетных данных с результатами эксперимента произведено с использованием методов математической систематики и теории вероятностей.
5 Научная новизна работы:
Разработаны математические модели одно- и двухмодальных линейных трактов передачи информации по высоковольтным кабелям.
Выявлена зависимость параметров ВЧ-трактов по однородным и неоднородным кабельным линиям от особенностей их конструктивного исполнения. Обоснован алгоритм и предложены вычислительная схема и программа расчёта параметров передачи линейных ВЧ-трактов. Знание параметров позволит правильно выбрать диапазон рабочих частот при проектировании и организации ВЧ-каналов в каждом конкретном случае.
Практическая ценность работы заключается в разработке методов расчета параметров ВЧ-трактов передачи информации с учетом конструктивных особенностей кабельных линий; универсальной программы расчета первичных и волновых параметров высоковольтных кабелей, позволяющей достаточно полно учесть конструкцию кабелей; инженерной методики определения параметров ВЧ-трактов кабельных линий ориентированной на использование ЭВМ и позволяющей создавать эффективные системы передачи информации без дополнительных материально-технических затрат на организацию линий связи.
Реализация полученных результатов. Работа выполнялась в рамках госбюджетных НИР №№ государственной регистрации 01.9.20.000022, 01.86.0013280, 01.86.0013750, 01.940009028 «Автоматизация и электрификация процессов и установок металлургической и горнодобывающей промышленности» и в соответствии с договором о творческом содружестве с рудником «Заполярный» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» по теме: «Исследование способов образования каналов передачи информации по кабельным сетям электроснабжения промышленных предприятий и рудников». Опытная реализация систем ВЧ-связи по кабельным распределительным сетям 6-10 кВ промышленных предприятий (на заводе «Электросила» в Санкт-Петербурге, на Котласском ЦБК, на руднике «Заполярный» в г. Норильске) подтвердила их пригодность для организации достаточно надежных каналов передачи информации.
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 22 печатных работах. Результаты научно-исследовательских работ разработаны и изложены в 4 отчетах по НИР, в которых автор являлся ответственным исполнителем, получено 1 авторское свидетельство.
Основные положения, выносимые на защиту:
Комплекс исследований по теории распространения высокочастотных электромагнитных волн по кабельным линиям.
Математические модели модальных каналов распространения электромагнитных волн напряжения (тока) по высоковольтным кабелям.
Алгоритм и методы расчета параметров линейного ВЧ-тракта передачи информации.
Инженерную методику определения параметров ВЧ-тракта по однородным и неоднородным кабельным линиям различной конструкции.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы из 106 наименований и 5 приложений. Общий объем 172 страницы, 32 рисунка и18 таблиц.
Содержание работы В первой главе произведен анализ современного состояния проблемы передачи информации по уже существующим воздушным и кабельным линиям различного напряжения.
Во второй главе на основе применения теории моделирования к анализу условий распространения электромагнитных волн по высоковольтным трехжильным кабелям созданы математические модели каналов распространения. Через параметры этих моделей определяются параметры одно- и двухмодальных каналов распространения (коэффициент распространения у1)П и волновое сопротивление ZbijU ) В третьей главе обоснован алгоритм и предложены инженерные методы расчета параметров линейного ВЧ-тракта передачи информации по высоковольтным кабельным системам различной конфигурации.
7 В четвертой главе приведена практическая реализация инженерной методики расчета волновых параметров кабелей различной конфигурации. Для расчета использовалась программа, разработанная с участием автора. Теоретические расчетные значения сопоставлены с первичными и волновыми параметрами отдельных образцов кабелей 6кВ, определенных экспериментальным образом. В заключении перечислены основные результаты и выводы диссертационной работы.
В приложениях приведены материалы: вычислительная схема расчета параметров ВЧ-тракта по однородной кабельной линии; решение системы матричных уравнений; результаты расчета волновых параметров кабелей 110 и 220кВ; методика экспериментального определения параметров кабеля.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре «Электробезопасность и надежность эксплуатации электрооборудования» (г.Калининград - Светлогорск, 1991 г.), Всероссийской научно-технической конференции МЭИ (г. Москва, 1995 г., г. Новомосковск, 2000 г.), Научно-технической конференции Норильского индустриального института (г. Норильск, 1996 г), VI Всероссийском семинаре «Энергосбережение, сертификация и лицензирование - 2000» (г. Чебоксары, 2000 г.), Научно-технической конференции «НПР: образование, наука, технологии, производство» (г. Норильск, 2001 г.).
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 22 печатных работах. Результаты научно-исследовательских разработок изложены в 4 отчетах по НИР и авторском свидетельстве.
Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность Владимировой Галине Игнатьевне за более чем десятилетнюю совместную работу по данной тематике и большую помощь в подготовке научных материалов для диссертации.
Сущность проблемы. Постановка задачи научного исследования
Основным звеном системы управления производством, распределением и реализацией энергии является энергетическое объединение, включающее электростанции и сети, расположенные на определенной территории и связанные единым технологическим процессом [7]. Для управления работой энергообъединения требуется обмен информацией как внутри каждого уровня, так и между ними. Используется обычные виды информации (разговор, передача данных и т.п.), так и специфические (сигналы релейной защиты, противоаварийной автоматики, автоматики управления нормальными режимами, телемеханики и т.п.). Отличительной особенностью процесса производства и потребления электроэнергии является одновременность этих процессов, невозможность складирования производимого продукта. Эта особенность накладывает отпечаток на требования к управлению работой энергосистем и их объединений [10]. При этом требования к передаче информации
достаточно жесткие. Сигналы релейной защиты и приборной автоматики, которые используются для принятия решения при аварийных ситуациях в энергосистеме, должны передаваться в реальном времени (допустимая задержка не более десятков миллисекунд, для сигналов телемеханики задержка не должна превышать десятков секунд).
При построении сети связи электроэнергетики используется общепринятые виды сред передачи - эфир (радиолинейные линии, УКВ радиосвязь, спутниковая связь), проводная связь с использованием кабелей связи, связь по волоконно-оптическим кабелям. Кроме этого в электроэнергетике используется особый вид связи - высокочастотная (ВЧ) связь по проводам линий электропередач и кабельным линиям, в которой направляющей системой служит пучок проводов ЛЭП или жилы кабеля. Этот вид связи обладает преимуществами перед другими видами проводной связи: используется уже готовая линия, соединяющая объекты, между которыми необходимо передавать информацию; механическая надежность линии повышает надежность передачи информации. Общая протяженность каналов в ведомственной связи составляет более 3 млн. км. При этом доля ВЧ-каналов по ЛЭП в сети связи электроэнергетике России составляет около 4 млн. км. [10].
По этим каналам передаются практически все виды информации. Первый ВЧ-канал был создан в России в 1922 году на высоковольтной линии напряжением ПО кВ. В обозримом будущем этот способ передачи информации сохранит свои позиции из-за своей высокой надежности, относительной дешевизны и удобства использования. За рубежом ВЧ связь по ЛЭП также широко используется (в Австрии - 46 %, в Испании - 40 %, в Пакистане - 69,3 %, США - 33,3%, Португалии - 37,9 % и т.д.). Диапазон частот, в котором назначаются рабочие частоты каналов ВЧ связи по ЛЭП, в России и странах СНГ располагаются в пределах от 24 до 1000 кГц. За рубежом этот диапазон ограничен сверху частотой 50 кГц из-за устройств присоединения.
Все типы отечественной ВЧ аппаратуры выпускаются на фиксированные частоты (полосы частот), которые задаются заводу-изготовителю в соответствии с проектом ВЧ канала преимущественно в рабочем диапазоне частот 36 4-400 кГц, реже 500-600 кГц. Рассмотренные ВЧ каналы по ЛЭП образуются на воздушных линиях электропередачи напряжением 110, 220, 330, 500 и 750 кВ [22, 23].
Городские электросети характеризуются большей протяженностью, чем сети промышленных предприятий, и являются преимущественно кабельными. Это обусловливает разнообразие типов каналов связи. Однако основным способом передачи сигналов, несущих информацию, является использование прямых телефонных линий, абонируемых у городской телефонной сети. В городских сетях используют также линии электропередач для создания ВЧ каналов телемеханики [10]. Особенно перспективны работы по созданию упрощенных элементов ВЧ обработки, что ведет к снижению стоимости ВЧ передачи по кабельным и воздушным линиям 6ч-10 кВ.
Существенные трудности возникают при организации каналов связи в сельских распределительных сетях напряжением 6ч-10 кВ, Большая разветвлен-ность и протяженность этих сетей, отсутствие достаточного количества телефонных каналов приводят к необходимости создания ВЧ каналов связи по сельским линиям 6-И0 кВ.
Использование кабельных линий электроснабжения для передачи телемеханических сигналов позволяет экономить значительные средства на прокладку специальных линий связи. С каждым годом применение распределительных сетей электроснабжения для систем телемеханики и связи [21] расширяется.
Изучению условий распространения электромагнитных волн (сигналов) вдоль проводов линий электропередачи посвящено много отечественных и зарубежных публикаций. Первой в мировой практике монографией по этой тематике является книга М.В. Костенко, Л.С. Перельмана и Ю.П. Шка-рина [8], в которой подытожены многолетние исследования по изучению особенностей передачи сигналов по воздушным многопроводным линиям вблизи поверхности земли. Позже была опубликована монография Г.В. Ми-куцкого и Ю.П. Шкарина о линейных трактах каналов ВЧ связи по линиям электропередачи [9]. В ней изложены основные теоретические положения передачи электрических сигналов по воздушным линиям электропередачи и приведены результаты исследования каналов связи по системо-образующим линиям сверхвысоких напряжений (500, 750 кВ) с использованием изолированных проводов расщепленных фаз и грозозащитных тросов. В дальнейшем теория получила развитие в работах Микуцкого Г.В. [14, 15, 78], Скитальцева B.C. [57], Ишкина В.Х. [80, 83], Шкарина Ю.Щ10, 16], Книжника Р.Г. [23], Цитвера И.И. [74], Брауде Л.И. [90]. Эффективные методы передачи информации разрабатываются в Красноярском государственном техническом университете Шайдуровым Г.Я. Однако в этих публикациях не исследуются каналы связи по высоковольтным кабелям, используемым в качестве вставок в магистральных линиях электропередачи (220, 330, 500 кВ), в качестве глубоких вводов на территории крупных населенных пунктов и энергоемких промышленных предприятий (35, ПО, 220 кВ) и в качестве линий электроснабжения в распределительной городской (6-И 0, 20, 35 кВ), а также в промышленной электросети (6+10 кВ).
Разработка общей модели канала одномодального распространения
Несмотря на особенности конструкции кабелей 6 -5ООкВ между ними есть много общего: изолированная токопроводящая жила и металлическая (свинцовая или алюминиевая) оболочка в первом приближении напоминают коаксиальную пару. Следовательно, приближенная модель одномодального канала распространения волн по этим кабелям может быть представлена в виде сплошной однопроволочной изолированной жилы, помещенной в монолитную металлическую оболочку. Изоляция в такой модели считается однородной сплошной [25, 26, 27]. Однако, если не пренебрегать конструктивными особенностями каждого из рассмотренных типов кабелей, то в общей приближенной модели необходимо учесть следующие факторы: - спиральную намотку проволок верхнего повива жилы; - градированную изоляцию; - наличие полупроводящих экранов на жиле и под металлической обо лочкой; - наличие металлических экранов под оболочкой; - спиральную конструкцию металлической оболочки (в том числе спиральную намотку проволок скольжения). На рис. 2.3 показано поперечное сечение общей модели канала одномо-дального распространения волн по кабелям 6-ь500кВ. Общая модель представляется однородной однопроводной коаксиальной линией (кабелем), для которой справедливы в общем случае дифференциальные уравнения электрического состояния [25]: При составлении уравнений (2.48) предполагается неизменность распределенных первичных параметров модели (R, L, С и G) во времени.
Это допущение правомерно при анализе волновых процессов, поскольку их изменение (например, сопротивления R от температуры) происходит несоизмеримо медленнее протекания электромагнитных процессов. Поэтому схема замещения, отве чающая данным уравнениям, представляет собой Г-образную цепь с постоянными параметрами, аналогичную схеме, приведенной на рис. 2.1,6, где продольное погонное сопротивление z = R +jcoL и погонная поперечная проводимость у - G +jcoC являются комплексными величинами первичных параметров модели на единицу длины при синусоидальных гармонических колебаниях тока и напряжения. Уравнения (2.48) для модели в этом случае принимают вид: и после разделения переменных получаются телеграфные уравнения вида (2.3). Их решение приводилось ранее в виде уравнений (2.9), там же были определены вторичные (волновые) параметры распространения волн тока и напряжения по однородной однопроводной линии (2.10) и (2.11). После подстановки в (2.10) и в (2.11) комплексных величин продольного сопротивления Z и поперечной проводимости у модели получим комплексные величины коэффициента затухания у и волнового сопротивления Z0 модели в виде: Для установления соответствия общей модели каналу одномодального распространения волн и определения критериев подобия уравнений (2.49), справедливых для модели, приведем эти уравнения к безразмерному виду: Из уравнений (2.51) получаются два критерия подобия, которые с учетом правила интегральных аналогов [25] могут быть выражены следующим образом:
Однако, для поставленной задачи моделирования сходственных волновых каналов распространения лучше использовать другую пару критериев, по лученных с учетом выражений (2.50) и (2.52), содержащих вторичные (волновые) параметры: Согласно к -теореме о подобии [25] два из полученных критериев (жгя ж2) можно считать не определяющими, поскольку они зависят от двух других (лг3 и 7Г4). Выражения (2.53) позволяют получить соотношения, необходимые для определения масштабов модели: где mi, т7, mz0, ти, ті - масштабы длины, коэффициента распространения, волнового сопротивления, напряжения и тока. Масштабы независимых параметров ті, ти и ті можно выбирать произвольно. Положим Поскольку устанавливаем подобие на переменном токе, то согласно второму дополнительному положению подобия [25] кроме полученных выше критериев необходимо соблюсти критерий гомохронности ж5 cot — 2 ж ft. Масштабы частот и времени должны находиться в следующей зависимости: При соблюдении масштабов mt=I(m/ 1) и mL= 1, что означает равенство частот синусоидальных колебаний тока и напряжения в одномодальном канале и в модели при равенстве длин, следует ожидать совпадения частотных характеристик. При соблюдении масштабов (2.54), (2.55) и (2.56) волновое сопротивление Z# и коэффициент распространения одномодального канала у могут быть определены через параметры модели: Таким образом, задача определения волновых параметров одно-модального канала распространения напряжения и тока по рассматриваемым в этой главе типам высоковольтных кабелей сводится к определению первичных параметров (R, L, С и G) модели (2.58). Эта модель должна учитывать особенности спиральной многопроволочной конструкции жилы и градирование изоляции маслонаполненных кабелей 110-4-220 кВ низкого и среднего давления (МСС и МНС).
При построении модели допускается [30, 31], что - из-за внутреннего избыточного давления масла проводники верхнего повива жилы (рис.2.4) изолированы друг относительно друга; ток протекает по спиралям, образованным отдельными проводниками жилы; подавляющая часть тока проходит по наружному повиву жилы; с увеличением частоты поверхностный эффект усиливается; - полупроводящие и металлические экраны отсутствуют; - изоляция градирована и состоит из двух слоев с разной диэлектрической проницаемостью: - на частотах рассматриваемого для ВЧ связи диапазона 50-ь500 кГц электромагнитное поле за пределами металлической оболочки и на незначительной глубине в жиле ( 0,4 мм) практически отсутствует; носителем высокочастотной электромагнитной энергии является среда между жилой и металлической оболочкой. Из перечисленных допущений следует, что жила в модели рассматривается в виде однослойной витой многопроволочной системы [30]. Условия передачи электромагнитных волн по коаксиальному кабелю определяются электромагнитным полем в нем, которое описывается уравнениями Максвелла [40,72,73]
Матричный метод расчета параметров ВЧ-тракта
Связь между напряжениями и токами в начале (н) и в конце (к) семиполюс-ника может быть представлена следующими зависимостями типа Z, Y, А, Н, G: Матрицы в круглых скобках - столбцевые матрицы напряжений и токов 6-го порядка в начале и в конце семиполюсника. Матрицы Z , Y , А, Н и G - квадратные матрицы 6-го порядка, определяющие зависимости между напряжениями и токами в начале и в конце семиполюсника. Для удобства преобразований перечисленные матрицы разбиваются на блоки, каждый из которых представляет собой квадратную матрицу 3-го порядка: Взаимосвязь между блоками матриц показана в табл. 3.1. Известно, что для определения параметров параллельного включения многополюсников (рис. 3.5, а) удобно применять матричную зависимость типа Y , для цепочечного включения (рис.3.5, в) - типа А, для этажного включения (рис. 3.5, б) - типа Z . При ЭТОМ для параллельного и этажного включения многополюсников матрица соединения определяется как сумма матриц Y или Z всех соединяемых многополюсников. Для цепочечного включения матрица соединения будут равна произведению матриц соединяемых элементов А. При рассмотрении параметров высокочастотного тракта, образованного по параллельным кабелям, целесообразно использовать матрицы передачи типа Y для отдельных участков. Однако, для определения параметров сложного высокочастотного тракта необходимо использовать матричные зависимости типа
А, так как тракт в целом можно представить цепочечным соединением однофазных участков кабельных линий и многополюсников, представляющих неоднородности. Связь между напряжениями и токами в начале высокочастотного тракта Uг, 1г и в конце его Un, In определяются в виде: квадратные матрицы 6-го порядка, соответствующие одному элементу тракта; m - число элементов тракта. Все параметры высокочастотного тракта могут быть рассчитаны, если известны напряжения и токи полюсов начала и конца тракта. Матричную зависимость напряжения и токов в начале от напряжения и токов в конце кабельной линии [55] можно представить в следующем виде: Равенство матриц An и А22 объясняется тем, что однородный трехжиль-ный кабель является симметричным многополюсником. Полная матрица передачи такого многополюсника Ак определяется блочными матрицами: А„ =А = Ац А-12 21 а уравнения напряжения и тока в жилах кабеля представляются через матрицу передачи в виде одного уравнения: Матрица передачи по однородному трехжильному кабелю Ак - является квадратной матрицей 6-го порядка. Элементы блочных матриц (3.5) для трехжильного кабеля с поясной изоляцией выражаются через следующие функции волновых параметров
Расчет волновых параметров маслонаполненных кабелей 110, 220 кВ среднего и высокого давления
Для маслонаполненного кабеля типа МВДТ характерна одножильная конструкция с временной свинцовой оболочкой, которая при затягивании кабеля в трубопровод разрезается и снимается. Благодаря проволокам скольжения обеспечивается сохранность тонкого медного экрана и размещение фаз кабельной линии в трубопроводе на некотором расстоянии друг от друга. Последнее обстоятельство облегчает циркуляцию масла между ними. Медный экран и проволоки скольжения электрически соединяются со стальной трубой и заземляются, поэтому их рассматриваем как сложную спиральную оболочку (в диапазоне частот от 50 до 500 кГц).
Расчет первичных и волновых параметров кабелей МВДТ 220 кВ был выполнен для сечения жил 550 и 625 мм . Жила состоит в этих кабелях из нескольких повивов медной проволоки. Конструктивные данные жил приведены в табл. 4.7.
Экран по жиле выполнен из четырех лент полупроводящей бумаги: три ленты КП-080 (толщина 0,08 мм), одна лента КПДУ-080 (толщина 0,08 мм).
Полупроводящая бумага КП-080 имеет удельное сопротивление р = 105-ь107 Ом-см, что соответствует проводимости стПпэ = Ю 3 -г- 10" См/м. Бумага КПДУ-080 состоит из двух слоев кабельной и полупроводящей бумаги (обращенной к жиле). Изоляция - градированная из трех слоев: а) лента кабельной бумаги КВУ-080 или КВМУ-120; толщина слоя со-ставляет для сечения 550 мм - 3,4 мм; для 625 мм - 3,7 мм. Относительная диэлектрическая проницаемость Єї = 4 -ь 4,3; б) ленты кабельной бумаги KB-120 или КВМ-120; толщина слоя со ставляет для сечения 550 мм2 и 625 мм2 - 3,5 мм; Є2 = 3 4- 3,7. в) ленты кабельной бумаги KB-170 или КВМ-170; толщина слоя со ставляет для сечения 550 мм - 11,2 мм, 625 мм - 10,5 мм; Єз = 3 4- 3,7. Экран по изоляции состоит из трех лент полупроводящей бумаги: а) одна лента на кабельной основе КПД-120 накладывается полупрово дящим слоем к оболочке (толщина 0,12 мм); б) две ленты КП-120 (толщина 0,12 мм).
Поверх накладывается одна лента металлизированной перфорированной бумаги на полупроводящей основе МГШ-140 (металлом к оболочке). Толщина ленты 0,14 мм (полупроводящая бумага составляет 0,12 мм, металлическая лента - 0,02 мм). Металлический (медный) экран состоит из медной отожженной перфорированной ленты (толщиной 0,15 мм) с прокладкой из полупроводящей бумаги (толщиной 0,12 мм) и накладывается спирально с шагом 200 мм с перекрытием.
Проволоки скольжения - две полукруглые медные проволоки (толщиной 2,5 мм, шириной - 5 мм) накладываются спирально с шагом 200 мм (ho6 = 200 мм). Таким образом, при расчете необходимо было учитывать спираль-ность медного экрана и проволок скольжения, наличие полупроводящих и металлического экранов и градирование изоляции Для расчета первичных и волновых параметров была разработана с участием автора универсальная программа (рис 4.5). Программа состоит из модулей, позволяющих учитывать (или не учитывать) отдельные конструктивные факторы и выяснить степень их влияния на параметры кабеля. Модуль разработан на основе модели (2.91). Для выполнения расчета необходимо задать следующие параметры: начальную и конечную частоты, шаг изменения частоты, электрические параметры кабеля (удельная проводимость материала жилы, оболочки, металлического, полупроводящего экранов, относительные диэлектрические проницаемости всех слоев изоляции и тангенс угла диэлектрических потерь), геометрические параметры кабеля (внешний и внутренний радиусы жилы и оболочки, толщина экранов, шаг повива). Предусмотрено выполнение двух вариантов расчета: точный и приближенный. На первом этапе рассчитываются первичные и волновые параметры кабеля без учета спиральности оболочки и наличия экранов. На следующем этапе расчета учитывается спиральность оболочки или другого конструктивного фактора. Можно рассчитать с учетом всех параметров. На печать выводятся:: суммарное активное сопротивление, ёмкость, проводимость, внешняя, внутренняя и полная индуктивности, модуль и аргумент волнового сопротивления, коэффициент затухания, коэффициент фазы и поправочные коэффициенты. Так как величины основных электрических характеристик некоторых материалов конструкции кабеля гостированы с определенным диапазоном отклонения, то рассчитывалось несколько вариантов с различными значениями. Например, для кабеля МВДТ 220 кВ с сечением жилы 1x550 мм2 выполнен расчет параметров для трех значений удельной проводимости полу-проводящего экрана: аэ = 0,1-10" См/м; 0,1-10" См/м; 0,1-10" Ом/м. Для кабеля МВДТ 220 с сечением жилы 1x625 мм2 проведен расчет параметров для аэ = 0,1-10" См/м. Результаты расчета приведены в табл. 4.11 и 4.12. Анализ полученных результатов показывает, что на волновые параметры кабеля типа МВДТ существенное влияние оказывают спиральность оболочки и наличие полупроводящих экранов. Металлический экран сказывается слабее. Учет спиральности оболочки приводит к увеличению (по сравнению с соответствующими параметрами коаксиального кабеля со сплошной оболочкой) таких первичных параметров, как суммарного активного сопротивления R в 8,6 9 раз, индуктивности L - в 1,3-г1,4 раза, а также волновых параметров: Z0 - в 1,2 раза, а0 - в 2,4 3,8 раза, 30 - в1,2 раза. Сравнительные величины параметров для коаксиального кабеля со сплошной оболочкой и со спиральной оболочкой приведены в табл. 4.11,а и 4.11,6.
