Электротехническими фирмами Швейцарии, Японии, США и других стран интенсивно ведутся работы по созданию газонаполненных кабелей. В 1969 г. в Нью-Йорке построена первая линия с таким кабелем.
Авторы ряда работ [11, 24, 90—94] отмечают следующие преимущества газонаполненных кабелей по сравнению с маслонаполненными и возможные области их применения.
В этих кабелях практически отсутствуют диэлектрические потери, они имеют малую электростатическую емкость, что дает возможность создавать длинные линии. Кабели обладают большой пропускной способностью вследствие лучших условий охлаждения токопровода, просты по конструкции и ожидается, что они будут недороги в изготовлении.
Применение этих кабелей исключает такие серьезные проблемы, как грозозащита, гололед и ветровые нагрузки, загрязнения проводов и изоляторов, радиопомехи и др.
Предполагается широкое использование газонаполненных кабелей для электроснабжения городов. В сочетании с ГРУ они наилучшим образом решают проблему глубоких вводов в крупных городах и промышленных центрах, не портящих их архитектуру и внешний облик. Весьма перспективным решением проблемы канализации потоков энергии на дальние расстояния является, по-видимому, передача электроэнергии по газонаполненным кабелям сверхвысокого напряжения.
Кроме того, такие кабели могут использоваться в качестве главных шин на подстанциях, поскольку они имеют большую пропускную способность. В США интенсивно ведутся работы по созданию кабелей с газовой изоляцией на напряжения 138— 750 кв.
Разработка газонаполненных кабелей потребовала решения ряда серьезных вопросов, таких, как выбор надлежащей конструкции поддерживающего изолятора, позволяющей наиболее полно использовать газовую изоляцию, обеспечение уплотнения и локализация повреждений, соединение между собой отдельных секций, обеспечение компенсации термического расширения, создание элементов, позволяющих изменять направление трассы и осуществлять ответвления и др.
Опытный участок кабельной линии длиной 180 м, разработанный швейцарской фирмой «Шпрехер и Шу» по заказу США, рассчитан на передачу мощности 2000 Мва при токе I= 3350 а. Оболочка этого кабеля выполнена из алюминиевого сплава. Ее диаметр равен 460 мм. Трубчатый токопровод, изготовленный из того же материала, расположен соосно с оболочкой кабеля и удерживается в таком положении посредством дисковых изоляторов из эпоксидной смолы. Изоляцией служит элегаз при Риз=2,2 кГ/см2. Одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты равно 555 кв. Кабель имеет несколько пониженную импульсную прочность, его импульсное испытательное напряжение принято равным 1050 кв.
Изготовленные заводом и испытанные секции кабеля длиною 12 м на месте монтажа соединяются между собой методом сварки, причем свариваются и токопроводы, и оболочки.
В Японии секции опытного образца кабеля соединены болтами. Газонепроницаемость соединения обеспечивается кольцевыми уплотнениями. В случае сравнительно короткого кабеля температурные расширения воспринимает колено на его сгибе. В середине кабель разделен на два несообщающихся друг с другом участка. Давление на каждом участке контролируется отдельной системой. Для обеспечения равномерного распределения напряжения кабельная муфта снабжена экранами и внутренним заземленным электродом.
Поддерживающий изолятор должен выдерживать значительные механические усилия, которые возникают при протекании токов короткого замыкания. Разрядное напряжение по поверхности диэлектрика может оказаться значительно меньше электрической прочности чисто газового промежутка, вследствие чего изоляционная способность газа будет использоваться не в полной мере. Основными причинами, снижающими разрядное напряжение по сравнению с пробивным, являются следующие: искажение электрического поля при внесении твердого изолятора в газообразную среду и неплотность прилегания его к электродам.
Исследованиями советских и зарубежных авторов была показана малая целесообразность применения ребристых изоляторов.
Японские исследователи [24] забраковали также конусные изоляторы, так как считают, что они не обладают достаточной механической прочностью. Из дисковых изоляторов, имеющих сечение тавра, двутавра и прямоугольника, последняя форма была признана наиболее целесообразной, так как она проста в изготовлении, а ее разрядное напряжение при обеспечении хорошего прилегания достигает 90% пробивного.
Влияние зазора между изолятором и электродом существенно уменьшается, если поверхности изолятора, обращенные к электродам, покрыть проводящей краской. Но если изоляторы армируются металлическими электродами в процессе их отливки, то зазор, как правило, не образуется вообще. Для повышения разрядного напряжения и исключения влияния случайных зазоров внутренний электрод целесообразно снабдить кольцевым экраном, который входит в изолятор.
Отмечается, что секции кабеля необходимо соединять между собой в атмосфере, свободной от пыли, так как в случае ее попадания во внутреннюю полость кабеля пробивное и разрядное напряжение существенно снижается. Для этого при монтаже над местом стыка устанавливается парусиновая камера, продуваемая перед соединением секций профильтрованным воздухом. Необходима также чистка деталей соединения до монтажа. В случае коротких секций стоимость таких работ при соблюдении требуемой технологии может быть довольно большой.
Расходы на монтаж газонаполненного кабеля существенно сократятся в случае успешной разработки гибкого кабеля, который можно наматывать на барабан. Разработка таких кабелей ведется. Предполагаемая конструкция гибкого кабеля приводится ниже.
Токопроводом является многожильный алюминиевый проводник, в котором не возникает опасных продольных усилий при термическом расширении. В качестве оболочки предполагается применить сильфон из нержавеющей стали. Несмотря на то, что гофрировка несколько снижает пробивное напряжение газового промежутка, его прочность остается все же выше разрядного напряжения по изолятору. Отмечаются трудности, связанные с разработкой гибкого кабеля. Для обеспечения большей его гибкости необходимо предпринять все меры для уменьшения его диаметра. С этой целью идут на применение давления элегаза р=14 к Г/см2. Ожидается, что при этом давлении диаметр оболочки кабеля на 275 кВбудет равен 150 мм, а кабеля на 400 кв—200 мм.
При столь высоком давлении газа чистота атмосферы, в которой производится сборка, приобретает еще более важное значение. Так, например, при необеспечении надлежащей ее чистоты средний градиент импульсного разрядного напряжения по изолятору снижается с 63 до 38 кв/мм.
