СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ КАБЕЛИ РЕАЛЬНЫЕ ОЧЕРТАНИЯ БУДУЩЕЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Сверхпроводники – вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние при температурах ниже критической, – на протяжении последних лет находят всё большее применение в мировой электроэнергетике.
В предыдущих номерах журнала мы уже рассказывали о сверхпроводниковом оборудовании – высокотемпературных трансформаторах (№ 1(31) 2005) и токоограничителях (№3(33) 2005). Сегодня Павел Вячеславович Елагин подробно остановится на сверхпроводниковых кабелях различных классов напряжения.

Павел Елагин, инженер, ООО «Росполь-Электро»

К середине 80-х годов наметился явный разрыв между пропускной способностью обычных кабелей и растущей потребностью в передаваемых мощностях. Ученые всего мира работали над решением этой задачи и к тому времени достаточно большие успехи были достигнуты в области низкотемпературных сверхпроводниковых (НТСП) кабелей. В качестве примера можно привести кабель Всероссийского НИИ кабельной промышленности (ВНИИКП) на 3 ГВА (рис. 1). Однако огромным минусом, сдерживающим развитие и применение этих кабелей, было условие охлаждения жидким гелием, т.к. НТСП-кабели работали при температуре 4 К. Открытие в 1986 году Беднорцем и Мюллером высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), имеющих рабочую температуру 77 К, дало новый толчок развитию кабелей, основанных на эффекте сверхпроводимости.

Рис. 1. НТСП-кабель на 3 ГВА (ВНИИКП)


Преимущества
С полной уверенностью можно сказать, что ВТСП-кабели по сравнению с обычными обладают уменьшенными потерями, большей пропускной способностью даже при снижении класса напряжения.
При одинаковой мощности по сравнению с обычным кабелем ВТСП-кабель более компактен и имеет низкий вес, что облегчает транспортировку и монтаж, для него требуется меньшее количество муфт, соответственно уменьшается площадь прокладки. Особенность внутреннего охлаждения ВТСП-кабелей (с помощью жидкого азота) позволяет избежать нежелательного перегрева электрической изоляции. По сравнению с традиционно применяемыми кабелями ВТСП-кабели экологичны и пожаробезопасны, что также играет немаловажную роль.
Сравнительные технико-экономические расчеты Российского научного центра «Курчатовский институт» (РНЦ КИ), ВНИИКП, Всероссийского НИИ неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара (ВНИИНМ) и Всероссийского электротехнического института (ВЭИ) показали, что даже при сегодняшней достаточно высокой цене на ВТСП-материалы полные затраты (учитывая прокладку и эксплуатационные расходы) для обычного и ВТСП-кабеля примерно одинаковы. При этом следует учитывать, что 90% стоимости кабеля – это стоимость ВТСП-материала. Есть основания полагать, что в ближайшие годы разработчики и производители сверхпроводниковых материалов добьются снижения цены в несколько раз. Тогда и станет очевидной выгода разработки и применения ВТСП-кабелей.

Рис. 2
Конструкция ВТСП-кабеля с холодным диэлектриком



1. Жидкий азот
2. Жидкий азот
3. ВТСП-токопроводящая жила
4. Диэлектрик
5. ВТСП-экран
6. Криостат
7. Оболочка

Рис. 3
Конструкция ВТСП-кабеля с теплым диэлектриком



1. Жидкий азот
2. ВТСП-токопроводящая жила
3. Криостат
4. Оболочка
5. Экран

Рис. 4
Испытательный стенд компании Pirelli, Милан (Италия)



Рис. 5
ВТСП-кабельная установка Southwire в г. Карроллтон



Область применения
Перечислим наиболее важные предназначения ВТСП-кабелей:

• глубокие вводы в мегаполисы (например, Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург и т.д.) и крупные энергоемкие комплексы (металлургические, нефтеперерабатывающие и т.д.), что позволит не только увеличить передаваемую мощность, но и отказаться от подстанций высокого напряжения в пользу среднего;
• связи между энергетическими системами;
• ЛЭП постоянного тока;
• перемычки между воздушными ЛЭП при прохождении водных преград (изоляция обычных кабелей в данных условиях может перегреваться, что уменьшает их пропускную способность на 30–40%);
• сильноточные токопроводы на больших электростанциях.

Рис. 8. Концевые муфты ВТСП-кабеля (монтаж)

Рис. 9. Монтаж ВТСП-кабеля на подстанции АМК

Рис. 10. ВТСП-кабельная установка на подстанции АМК