Ключові слова
classification
criteria and requirements for NPP cables
power unshielded cables of the turbine compartment
sector conductive cores
electrostatic field
insulating gaps
electrical capacitance атомні електричні станції
класифікація
критерії та вимоги до кабелів АЕС
силові неекрановані кабелі турбінного відсіку
секторні струмопровідні жили
електростатичне поле
ізоляційні проміжки
електрична ємність
Як цитувати
Анотація
Вступ. Атомна енергетика є незаперечним компонентом у складі зеленої енергетики і визначає вагомий внесок у досягнення цілей сталого розвитку та підвищення енергетичної безпеки країни. Це надійне та передбачуване прогнозоване джерело електроенергії до 60 років з середньою вартістю виробленої енергії 0,4 євро/кВт∙год. Проблема. Атомні електростанції складаються з різних зон, які відрізняються температурою навколишнього середовища, рівнем радіації, вимогами щодо перевірки стійкості до аварій. Кабелі для атомних електричних станцій знаходяться під постійним впливом складних умов протягом усього терміну експлуатації і повинні забезпечувати надійне енергопостачання, відповідати вимогам екологічної безпеки та економічній ефек-тивності. Впровадження сучасних інноваційних полімерних композицій потребує всебічного аналізу впливу електричної ізоляції на електричні параметри кабелів різного конструктивного виконання на стадії їх проєктування та виробництва щодо забезпечення високого рівня експлуатаційної функціональності на АЕС. Мета роботи полягає в аналізі розподілення електростатичного поля навколо ізольованих струмопровідних жил різної конфігурації з визначенням їх електричної ємності у силових неекранованих кабелях систем локального живлення турбінного відсіку атомних електричних станцій. Методика ґрунтується на визначенні густини електричного заряду методом вторинних джерел на підставі інтегральних рівнянь Фредгольма першого та другого роду в моделях неекранованих силових кабелів з секторними та круглими струмопро-відними жилами. Наукова новизна. Визначено розподілення плоско-паралельного електростатичного поля в неекранованих силових кабелях в залежності від схеми прикладання електричного потенціалу (нульового і ненульового, рівного 1000 В) до струмопровідних жил різної конфігурації. Доведено, що у силовому кабелі з жилами однакової конфігурації за умови створення дипольного розподілення електростатичного поля електричні ємності між жилами мають найбільші значення. Експериментально підтверджено коректність отриманих теоретичних положень, що узгоджується співпадінням розрахункових значень електричної ємності з експериментальними значеннями з різницею у 8,5%. Практична значимість. Визначено напру-женість електричного поля на поверхні електричної ізоляції жил в залежності від схеми обстеження під час прикладання робочої та підвищеної випробувальної напруги. Задля зменшення напруженості електроста-тичного поля у 2 рази в повітряних проміжках запропоновано заповнення міжфазного простору діелектричним матеріалом з діелектричною проникністю ε1=2,0 на технологічній стадії виготовлення кабелів. Представлена методологія визначення розподілу електростатичного поля навколо ізольованих струмо-провідних жил різної конфігурації може використовуватися для оцінки електричної ємності ізоляційних проміжків як довідкової для контролю кабелів на технологічній стадії виготовлення під час приймальних випробувань і в експлуатаційних умовах. Бібл. 27, рис. 7.
Посилання
Legal frameworks for long-term operation of nuclear power reactors. Nuclear Energy Agency (NEA), 2019. No 7504. 180 р.
Tanarro Colodron J., Wastin F., Alvarez-Sarandés Lavandera R., Simola K., Renda G. Long-Term Horizon Scanning for Nuclear Technologies Yearly. Report. Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2024. 24 p. DOI: https://doi.org/10.2760/292671. JRC136139.
International Atomic Energy Agency. Ageing Management for Nuclear Power Plants: International Generic Ageing Lessons Learned (IGALL). Safety Reports Series. N. 82 (Rev. 1). Vienna: IAEA, 2020. 120 p.
Advancing the Robustness of Electrical Power Systems of Nuclear Power Plants. Nuclear Energy Agency. Nuclear energy agency committee on the safety of nuclear installations. NEA/CSNI/R(2020)8. 2023. 38 p.
Aszódi A., Biró B., Adorján L., Csaba Dobos A., Illés G., Tóth N.K., Zagyi D., Zsiborás Z.T. The effect of the future of nuclear energy on the decarbonization pathways and continuous supply of electricity in the European Union. Nuclear Engineering and Design. 2023. Vol. 415. No 15. P. 112688. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2023.112688.
Bezprozvannych G.V., Moskvitin Y. S. Strategy for managing the aging of nuclear power plant cables. Energy saving. Energozberezhennia. Energetyka. Energoauditt. 2022. No 11-12. Pp. 177-178. DOI: https://doi.org/10.20998/2313-8890.2022.11.02. (Ukr)
Liu F. Chapter 9. Nuclear Power Station Cables. The Global Cable Industry: Materials, Markets, Products. 2021. Pp. 249-289. DOI: https://doi.org/10.1002/9783527822263.ch9.
383-2003, IEEE Standard for Qualifying Class 1E Electric Cables and Field Splices for Nuclear Power Generating Stations. DOI: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2004.94567.
UL Standard, UL 2196. Fire Test for Circuit Integrity of Fire-Resistive Power, Instrumentation, Control and Data Cables. 2017.
383-2003, IEEE Standard for Qualifying Class 1E Electric Cables and Field Splices for Nuclear Power Generating Stations. DOI: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2004.94567.
Brown J., Bernstein R., Glover S., Neely J., Pena G., Williamson K., Zutavern F., Gelbard F. Submerged Medium Voltage Cable Systems at Nuclear Power Plants: A Review of Research Efforts Relevant to Aging Mechanisms and Condition Monitoring. SANDIA REPORT, 2015. 144 р. DOI: https://doi.org/10.2172/1177756.
Hongru Zhao, Jiejuan Tong, Jun Zhao, Jing Wu Failure characteristic of class 1E electrical cable used in the nuclear power plant exposed to fire. Progress in Nuclear Energy. 2022. Vol. 150. Pp. 104292. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2022.104292.
Bezprozvannych G.V., Grynishina M.V., Moskvitin Y.S. Requirements for cables as a category of construction products and thermal resistance of power cables. Electrical Engineering & Electromechanics. 2024. No 1. Pp. 61-68. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2024.1.08. (Ukr)
Yan Li, Leijie Qi, Yifan Liu, Junjie Qiao, Maotao Wang, Xinyue Liu, Shasha Li Recent Advances in Halogen-Free Flame Retardants for Polyolefin Cable Sheath Materials. Polymers. 2022. No 14(14). Pp. 2876. DOI: https://doi.org/10.3390/polym14142876.
IEC 60502-1: 2021 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 1: Cables for rated voltages of 1 kV (Um = 1,2 kV) and 3 kV (Um = 3,6 kV). 2021. 55 p.
Ramy S. A. Afia, Ehtasham Mustafa, Zoltán Ádám Tamus Aging Mechanisms and Non-Destructive Aging Indicators of XLPE/CSPE Unshielded LV Nuclear Power Cables Subjected to Simultaneous Radiation-Mechanical Aging Polymers. 2021. Vol. 13(18). Pp. 3033. DOI: https://doi.org/10.3390/polym13183033.
Bezprozvannych G.V. Dielectric scanning of the transverse structure of stranded cables by the method of cumulative measurements. Tekhnichna elektrodynamika. 2008. No 3. Pp. 30–36. (Rus)
Akihiro Ametani, Teruo Ohno, Naoto Nagaoka. Cable System Transients: Theory, Modeling and Simulation Impedance and Admittance Formulas. John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd., 2015. 390 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9781118702154.ch2.
Shafieipour M., Chen Z., Menshov A., De Silva J., Okhmatovski V. Efficiently computing the electrical parameters of cables with arbitrary cross-sections using the method-of-moments. Electric Power Systems Research. 2018. Vol. 162. Pp. 37-49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.04.013.
Gustavsen B.A., Bruaset A., Bremnes J.J., Hassel A. A Finite-Element Approach for Calculating Electrical Parameters of Umbilical Cables. IEEE Transactions on Power Delivery. 2009. Vol. 24(4). Pp. 2375-2384. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2028481.
Popa I. Numerical Modeling of Power Cables. International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies (SIELA). 2016. Bourgas, Bulgaria. DOI: https://doi.org/10.1109/SIELA.2016.7543035.
Antoniou D., Tzimas A., Rowland S. M. Electric fields in LVDC cables. Proceedings of IEEE International Conference on Solid Dielectrics, ICSD.2013. Bologna, Italy. Pp. 484-487. DOI: https://doi.org/10.1109/ICSD.2013.6619680.
Murglat M., Ulbig A., Krahl S. Impedance modeling of low-voltage cables considering capacitances and parameter uncertainty using finite-element method. Electric Power Systems Research. 2024. Vol. 235. P. 110794. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2024.110794
Geis-Schroer J., Hubschneider S., Held L., Gielnik F., Armbruster M., Suriyah M., Leibfried T. Modeling of German Low Voltage Cables with Ground Return Path. Energies. 2021. Vol. 14(5). P. 1265. DOI: https://doi.org/10.3390/en14051265.
Bezprozvannych G.V., Pushkar O.A. Constructing a model of the influence of structural and technological inhomogeneities on electromagnetic energy losses in cables based on a twisted pair. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023. Vol. 3. No 5 (123). Pp. 52-61. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.281013.
Besprozvannych A.V., Naboka B.G., Moskvitin E.S. Inspection of the insulation of three-phase cables in a metal sheath. Elektrichestvo. 2010. No 1. Pp. 48-54. (Rus).
Florkowski M. Influence of insulating material properties on partial discharges at DC voltage. Energies. 2020. No 13. P. 4305. DOI: https://doi.org/10.3390/en13174305.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2025 Array