Почему материалы и стандарты на кабели имеют большое значение для мировых энергетических систем

Некоторые из нас живут в таких странах, где доступ к надёжным источникам электроэнергии считается само собой разумеющимся. Однако аварии в силовых сетях, непостоянство напряжения и локальные аварии усложняют эксплуатацию этих сетей. Стареющая инфраструктура, возрастающие потребности в электроэнергии, природные катастрофы, ввод в эксплуатацию новых типов источников возобновляемой электроэнергии и их интеграция в существующие силовые сети вносят свой вклад в перечень проблем, стоящих перед развивающейся электроэнергетикой.

Для каждой страны обеспечение надёжного электроснабжения представляет первоочередной интерес, по этой причине вышеуказанные проблемы необходимо принимать во внимание. На последнем Всемирном экономическом форуме взаимосвязь между состоянием энергетики и ростом экономики рассматривалась как ключевой аспект развития современного общества. Исполнительный директор компании Royal Dutch Shell и председатель организации 2011 Energy Community Питер Возер (Peter Voser) обратились к участникам форума: «Без тепла, света и энергии вы не можете управлять работой предприятий и больших городов, где производятся товары, создаются рабочие места, строятся дома, не можете наслаждаться различными удобствами, которые делают жизнь более комфортной и радостной. Энергия является кислородом экономики и источником жизненной силы развития, в особенности в фазе массовой индустриализации, когда гиганты развивающихся экономик обеспечивают сегодня ВВП на душу населения в диапазоне от 5 до 15 тыс. долларов».

В большие города, где электроэнергия обеспечивает развитие экономики, и в отдалённые деревни, где освещение школы зависит от одной-единственной ветровой турбины, электроэнергия из различных источников поступает в электрические сети, которые должны обеспечивать потребителей электричеством в соответствии с их запросами и ожиданиями. Причём доступ к электроэнергии осуществляется поворотом выключателя, нажатием кнопки или подключением кабеля питания в доме, на рабочем месте, на ферме, на промышленном предприятии, в школе, в медицинском учреждении.

В связи с тем, что старые силовые сети постоянно обновляются и вводятся в эксплуатацию новые, рассмотрим роль силового кабеля в этих процессах и ответим на вопрос: почему строгое соблюдение требований промышленных стандартов к качеству и конструкции кабеля является критически важным условием для того, чтобы энергосистема была надёжной и имела продолжительный срок службы? Энергокомпании и независимые энергопровайдеры (IPPs) должны уделять больше внимания рассмотрению вопроса: насколько кабели, которые они приобретают и устанавливают, соответствуют стандартам, определяющим требования к их качеству и характеристикам? Для того чтобы быть уверенным в том, что обновляемые и строящиеся вновь системы будут работать в течение нескольких десятилетий, необходимо соблюдение требований к качеству, перечень которых начинается с требований к материалам, которые используются в конструкции кабелей, а также следует принимать во внимание, что не все кабели одинаковы.

ПРОБЛЕМА ВЫБОРА МАТЕРИАЛА С НЕОБХОДИМЫМ КАЧЕСТВОМ

На отрасль электроэнергетики работает множество поставщиков, и выбор материалов от определённого поставщика осуществляется на основе анализа требований к конструкции кабеля, к его характеристикам, условиям его прокладки и монтажа. Изготовителям кабеля необходимы материалы, которые легко перерабатываются в процессе производства, в результате чего минимизируются связанные с материалом изоляции механические напряжения в кабеле. При монтаже прежде всего оцениваются гибкость, сопротивление возникновению повреждений при механических нагрузках, лёгкость снятия оболочки, что снижает вероятность возникновения проблем при соединении отрезков кабеля и при его оконцовывании в процессе прокладки и монтажа кабельной линии. Инженеры генерирующих предприятий обеспокоены обеспечением большой электрической прочности, которая гарантирует безаварийную работу, и небольших величин электрических потерь на протяжении всего срока эксплуатации кабеля.

Достижение всех этих целей возможно лишь при использовании высококачественных материалов, которые прошли испытания на соответствие техническим требованиям отрасли. Изготовители кабелей, разработчики систем, представители генерирующих компаний и IPPs должны интересоваться, какие технологии, методы чистого производства и упаковки, испытаний и проверки используются при производстве материалов для изготовления кабелей. Необходимо оценить выгоду, которую высококачественные материалы обеспечивают при их использовании в конструкции кабеля и при строительно-монтажных работах.

Рассмотрим растущее доминирование сшитого полиэтилена, устойчивого к образованию водных триингов (TR-XLPE), используемого при изготовлении кабелей на средние напряжения (MV) для подземной прокладки. Сшитый полиэтилен появился в 1970-х годах как наиболее предпочтительный тип изоляции силовых кабелей на средние напряжения в связи с его хорошим качеством, конкурентоспособной стоимостью и пониженными затратами на длительную эксплуатацию.

Тщательные исследования поведения XLPE во влажной почве привели к созданию сшитого полиэтилена TR-XLPE, устойчивого к образованию водных триингов (дендритов), используемого в качестве изоляции в кабелях, прокладываемых в подземных распределительных кабельных силовых сетях. Таким кабелям в настоящее время отдаётся предпочтение по сравнению с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена и этиленпропиленового каучука. Исследования выявили реальную картину старения кабелей, проложенных в грунте 17 лет назад (рис.). Эти исследования показали, что электрическая прочность диэлектрика прекрасно сохранилась. Анализ результатов вместе с результатами испытаний на ускоренное старение в условиях повышенной влажности показал, что срок службы кабелей, изготовленных с применением TR-XLPE, может составлять не менее 40 лет.

Рис. Сравнение диэлектрической прочности кабелей с изоляцией из TR-XLPE, XLPE и EPR

РОЛЬ СТАНДАРТОВ НА КАБЕЛЬНУЮ ПРОДУКЦИЮ

Поставщики материалов и производители кабелей в течение многих лет руководствовались следующим — кабели часто рассматриваются как товарная продукция, и многие люди предполагают, что стандартные кабели могут прекрасно работать в любых системах. Такая точка зрения иногда позволяет ограничиваться краткосрочным финансированием, а не долгосрочными инвестициями, направленными на реализацию надёжных, ориентированных на длительный срок службы проектов, которые могут снизить общие затраты инвестора в течение всего срока эксплуатации системы. Прочное финансовое положение провайдеров электроэнергии зависит от того, как долго подземные, подводные или воздушные линии передачи могут работать без аварий. Кабели, изготовленные с применением материалов, характеристики которых превосходят требования промышленности, обеспечивают надёжность эксплуатации для конечных пользователей и финансовую устойчивость для всей стоимостной цепочки.

Основываясь на вышеизложенном, компания Dow Electrical & Telecommunications (Dow E&T) в 2009 г. начала реализовывать свою внутреннюю программу Dow Inside initiative по разработке совместно с производителями технологии, позволяющей изготавливать кабели с характеристиками, превосходящими требования мировых промышленных стандартов. В соответствии с этой программой определённые производители кабелей получат возможность стать обладателями лицензий на изготовление кабелей, характеристики которых превышают требования мировых промышленных стандартов. Со своей стороны, компания Dow E&T оказывает поддержку производителям кабелей в вопросах развития технологий, обеспечения хорошо зарекомендовавшими себя продуктами, расширенными услугами технического сервиса в качестве креативного и ответственного партнёра. К настоящему времени компания подписала соглашения с 11 партнёрами из разных стран в Северной Америке, Европе, Индии и Азии. Эти производители кабелей используют продукты компании ряда DOW ENDURANCE™ для изготовления силовых кабелей на средние (MV), высокие (HV) и сверхвысокие напряжения (EXV).

Все кабели, изготовленные с использованием продуктов компании группы MV, прошли жёсткие испытания, и они либо соответствуют требованиям международных стандартов, либо их характеристики превосходят эти требования:

• Северная Америка — ANSI/ICEA S-94-649, ANSI/ ICEA S-97-682;
• Европа — CENELEC HD620, IEC 60502, 60840, German DIN VDE 0207, 0276;
• Китай — требования энергетической отрасли DL/T 1070.

Характеристики кабелей на высокое или сверхвысокое напряжение, изготовленных с применением материалов компании, соответствуют всем признанным в мире требованиям или превосходят их, включая требования IEC 60840/62067 и других эквивалентных международных стандартов.

Кроме того, многие организации сотрудничают с такими компаниями, как Dow E&T, и их заказчиками — производителями кабелей, чтобы получить материалы с гарантированным качеством, применение которых при изготовлении кабелей позволяет производить продукцию, соответствующую признанным национальным и международным стандартам. К таким организациям относятся Национальный электроэнергетический центр испытаний, разработок и применения (NEETRAC) и Исследовательский институт высоких напряжений (WHVRI), г. Ухань; а также фирмы, разрабатывающие стандарты, — Association of Edison Illuminating Companies (AEIC) и Insulated Cable Engineers Association (ICEA).

ИНВЕСТИЦИИ

Подумаем о том, что жизнь коротка и каждый день происходят важные события, и о роли электричества в этих событиях: неотложная хирургическая помощь тем, кого мы любим, освещение стадионов во время футбольных матчей, приготовление завтрака для ваших детей, подготовка к следующему шагу в большом бизнесе, общение через Skype с другом, который находится на огромном расстоянии от вас, накачивание насосом чистой питьевой воды в деревню из локального источника. Эффективность чего из перечисленного мы хотели бы повысить, пересмотрев тенденцию рассматривать материалы и кабели для электрических сетей только на ближайшую перспективу?

Стоимость кабелей составляет несколько процентов от общей стоимости энергетической системы, а уровень стоимости материалов, из которых производятся изоляция и оболочки кабелей, ещё меньше. Возникает вопрос: нет ли смысла рискнуть пойти на компромисс между надёжностью системы в долговременном плане и её общей стоимостью, не вкладывая средства в использование лучших кабелей, изготовленных с применением лучших материалов, ориентируясь только на ближайшее будущее?

Потребность в надёжном энергообеспечении будет продолжать расти в мировом масштабе. Независимо от того, будут ли использоваться традиционные энергоресурсы или ресурсы возобновляемой энергетики, во всех силовых системах необходимы кабели для передачи и распределения электроэнергии. Кабель должен быть надёжным в течение длительного периода времени для того, чтобы обеспечить положительный финансовый результат от вложения средств каждой энергетической компанией, для регулирования стоимости электроэнергии и укрепления доверия со стороны конечных потребителей. Сотрудничество поставщиков материалов, производителей кабелей и энергетических компаний имеет первостепенное значение для устойчивой работы энергетической системы и её развития. Поставщики материалов должны взаимодействовать с производителями кабелей и совместно убеждать энергетические компании в том, что именно использование высококачественных материалов и наиболее совершенных технологических процессов является важнейшим фактором в производстве высококачественных кабелей.

Энергетические компании должны быть в курсе состояния разработок новых материалов для того, чтобы обоснованно требовать соответствия характеристик кабелей самым жёстким стандартам для обеспечения устойчивой и надёжной работы систем передачи и распределения электроэнергии в долговременной перспективе. Все заинтересованные стороны должны принимать во внимание внешние факторы, которые влияют на экономические показатели так, чтобы вся стоимостная цепочка непрерывно оставалась финансово устойчивой для продолжения процесса внедрения инноваций. Применение в кабелях лучших материалов, соответствующих требованиям мировых стандартов, является эффективным способом долговременных инвестиций любой энергетической компании. Качество материалов и кабельные стандарты имеют огромное значение.

Источник: D. Polansky. Why Matrials, Cable Standards Matter in Reliable Global Power Systems.
PowerGrid International, Nov. 2012.

Перевод Святослава Юрьева