Эффективность и надежность высоковольтной кабельной линии (далее КЛ) во многом определяются ее тепловыми режимами. Любая КЛ в процессе эксплуатации неизбежно сталкивается с проблемой нагрева токопроводящих жил и изоляции, что напрямую влияет на срок ее службы, допустимую нагрузку и аварийную устойчивость. В условиях роста энергетических нагрузок в городах, усложнения кабельных трасс и внедрения новых материалов стандартные подходы к тепловому расчету КЛ, к сожалению, все чаще оказываются недостаточными.
Классические методы расчета теплового режима, основанные на методике IEC 60287 или IEEE 835, были разработаны десятилетия назад для типовых условий укладки кабелей. Эти подходы хорошо работают в случае простых трасс и типовых условий прокладки. Однако современные проекты КЛ часто предполагают прокладку в сложных городских условиях, пересечение и параллельное следование с другими инженерными коммуникациями, укладку в тоннелях, в трубах или бетонных лотках, использование современных материалов, а также эксплуатацию в условиях резких климатических колебаний.
Все эти факторы приводят к необходимости более точного и гибкого подхода к расчету тепловых режимов КЛ. При этом перегрев кабеля — это не только риск аварийного отключения. Это ускоренное старение изоляции, рост электрических потерь, увеличение расходов на обслуживание и сокращение ресурса оборудования.
Модернизация энергетической инфраструктуры сегодня является глобальной задачей. В условиях роста потребления электроэнергии, развития возобновляемых источников и повышения требований к надежности энергоснабжения, страны по всему миру сталкиваются с необходимостью обновления устаревших сетей передачи. Особенно остро эта проблема стоит в США, где, по данным U. S. Department of Energy, около 70 % инфраструктуры передачи энергии нуждается в модернизации. В условиях стремительного роста городов спрос на строительство новых КЛ постоянно увеличивается.
Цель данной статьи — представить результаты моих исследований и практического опыта на примере реальных объектов по применению современных методов теплового моделирования для проектирования и оптимизации высоковольтных КЛ.