ladydi9449: (Default)
Почитав комменты, я пришла к выводы, что данный пост нужно бы апгрейдить, так как народу не все понятно про токи Фуко, меня пытались грузануть сопротивлениями в кабеле, не все так ясно людям с экранировкой кабелей. Поэтому с 10 декабря я буду делать апгрейд текста данного поста.

Вроде бы закончила апгрейд, а там дальше видно будет.


Имеем пост от Димы Киселева:

На нем изображен чудокабель. Версий тут было много, что это за кабель, но никто толком ответить не смог - зато выдвинули пару идей и даже поспорили о степени моего интеллекта. Мне рассказали пару "парадоксов" о физике и природе и обвинили в незнании оной, вместо того, чтобы рассказать, что да как есть на самом деле. Так вот господа интернет философы и знатоки в любой области, я потратила свое драгоценное время и нашла, что это за кабель. Дальше будет многа букофф.

Зашла, значиццо, я на Википедию и почитала, как же называюццо кабели, которые прокладывают в воде. А называюццо они Submarine cable. Бывают 2 типов: Submarine communications cable и Submarine power cable.
Submarine communications cable это комуникационные кабели для передачи информации. Начали их использовать в 1850 годах для начала для телеграфа и с медным сердечником. Но то было давно... Современных кабели оптоволоконные и двух видов deep-sea (глубоководные) и shallow-water (мелководные) и выглядят примерно так (у глубоководных более толстая защита кабелей):

1. полиэтилен;
2. «майларовая» лента;
3. скрученная стальная проволока;
4. алюминиевая водоизолирующая перегородка;
5. поликарбонат;
6. медная или алюминиевая труба;
7. гидрофобный заполнитель;
8. оптические волокна.

Submarine power cable - это, собственно, кабели для передачи электрической энергии. В вике такая фотка:

Что не совсем то, что показал в своем посте Дима Киселев.

Ищем производителя кабеля Димы Киселева.
Нашла я общий сайт производителей Submarine Cable (http://www.submarinecablesystems.com/default.asp.pg-CableSuppliers).
Там нашла производителя нужного кабеля. Это немецкая фирма NSW.
Информация о кабеле взята на сайте производителя кабеля:
http://www.nsw.com/ProductsbrServices/Cable/PowerCables/SubmarinePowerCables.aspx
Итого:
фоточка с сайта производителя:

Ссылочка на брошюру с параметрами кабеля: http://www.nsw.com/Portals/0/Brosch%C3%BCren/NSW_Power-Broschu%CC%88re_05-2014_Screen.pdf
Коротко о главном (имею ввиду кабель Димы Киселева - на фотке с сайта произодителя не совсем его кабель):
1. Это таки высоковольтный кабель.
2. Рекомендуют для отвода энергии с ветрогенераторов, для подвода электроэнергии к газо и нефтевышкам расположенным в море, для подвода электроэнергии к островам.
3. Это High Voltage AC тип кабеля, то есть по нему следует проводить переменный ток (в брошюрке есть полное описание частей кабеля). Кстати оптоволокно там таки есть, так как в наше время в заграницах электричество и комуникации ложат вместе.
4. 3 х 1200mm² Cu 87 / 150kV.

В чем же обгадился Дима Киселев?
Это НЕМЕЦКИЙ кабель... а они под санкциями им его никто не продаст, да и власть имущие орки твердят, что кабель китайский... Не может Дима не приврать...

Но вот кабель этот в Крым, который официально якобы проложили, вызвал у меня нездоровое любопытство... как они его могли за 3 дня угробить, если проложили конечно... Кабелек то немаленький, но они ж и не его ложили, а китайский, а о китайском качестве думаю все в курсе...

Для начала, хотелось бы обратить внимание на то, что все нижеизложенное исходит из допущения, что проложенный между Крымом и континентальной Россией кабель - высоковольтный кабель переменного тока.

Так значиццо... Submarine power cable бывают 2 типов: для постоянного и переменного тока.
Вопрос: какой из них при каких условиях применяется? Порывшись по интернетам я нашла вот эту презентацию:
http://www.e-highway2050.eu/fileadmin/documents/Workshop4/7b_Europacable_for_WP3_Workshop_Technology_Presentation_15_April_2014_c.pdf
Докладчик Ernesto Zaccone, Chairman Europacable High Voltage Systems Group.
Так вот дядя Эрнесто утверждает что:
AC transmission
– is suitable for relatively short distances
– allows to realise meshed networks
DC transmission
– allows to carry high power over long distances practically without limits
– still used in point-to-point connections only; introduction of meshed / multiterminal
transmission networks will depend on availability of switchgear technology
– requires conversion back into AC.
Дальше он останавливается на XLPE AC типе кабеля и делает для него спецификацию типичных условий использования:
– Voltages up to 550 kV
– Maximum power 1.5 GVA per circuit
– Copper conductor 2500mm2
– Joints every 700 – 1000 m (on land) directly buried into the ground or installed in underground joint bays
– 400kV cable systems carrying 5000 MVA usually comprise up to 12 cables
– Length of AC underground sections is limited up to around 20km. Beyond that, compensation may be required
Потом он дает спецификацию типичных условий использования для XLPE DC:
– Up to now, XLPE DC cables are installed up to ± 200kV with a capacity of 500 MW
– Some projects have reached voltages of ± 320 kV with a capacity of 800 – 1000 MW
– System approach is mandatory to ensure that joints and terminations are suitable for cable installation
– Cable length is defined by logistical constraints
• On land: up to 1000 meters, then connected by joints
• Subsea: length up to 100 km typical (Spain – Mallorca: 242 km cable length)
– Subsea cable laying requires special installation vessel and precision laying tools
Главное из цитируемого:
-кабели переменного тока рекомендуют использовать в ПОДЗЕМНЫХ электросетях... Насколько я понимаю подобные кабели переменного тока призваны заменить привычные для нас воздушные ЛЭП.
-кабели постоянного тока можно использовать и В ПОДЗЕМНЫХ И В ПОДВОДНЫХ электросетях.

Привет Диме Киселеву с его кабелем переменного тока... а еще привет всем крымчанам... если вам кабель переменного тока проложили.

А теперь жеж любопытно, почему используют кабель с постоянным током а не с переменным в подводных электросетях с физической точки зрения. Начнем сначала :-) Для начала, ну чтобы народу понятно было о чем я, введем НУЖНЫЕ ПОНЯТИЯ ДЛЯ ОБЪЯСНЕНИЯ процессов, происходящих в высоковольтном кабеле для общего случая. Чтобы не грузить данными из спецкниг, опять воспользуемся Википедией.
ВИКИ пишет:

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Электрический ток имеет следующие проявления:
-нагревание проводников (не происходит в сверхпроводниках);
-изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);
-создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников).
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным. Постоя́нный ток — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. То есть переменный ток вызывает переменное магнитное поле.

Вихревые токи или токи Фуко́ — вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры. В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии.

Электри́ческое сопротивле́ние (оно же активное сопротивление) — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему: R=U\I.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦЕПЕЙ ДЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса (оно же: комплексное сопротивление или полное сопротивление) и волнового сопротивления. То есть импеданс это: Z = R + jX, где Z — (полное сопротивление) импеданс, R — величина активного сопротивления, X — величина реактивного сопротивления, j — мнимая единица.
Активное сопротивление — сопротивление электрической цепи или её участка, обуславливающее превращение электрической энергии в другие виды энергии, например, в механическую энергию (в электродвигателях), в химическую энергию (при электролизе, заряде аккумуляторов), в тепловую энергию (нагрев проводников, диэлектриков). Реакти́вное сопротивле́ние — электрическое сопротивление, обусловленное передачей энергии переменным током электрическому или магнитным полем (и обратно). В зависимости от знака величины X, какого-либо элемента электрической цепи говорят о трёх случаях:
X > 0 , — элемент проявляет свойства индуктивности.
X = 0 , — элемент имеет чисто активное сопротивление.
X < 0 , — элемент проявляет ёмкостные свойства.
Величина реактивного сопротивления может быть выражена через величины индуктивного и ёмкостного сопротивлений: X = X_L - X_C
Индуктивное сопротивление (X_L) обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи. Изменение тока и, как следствие, изменение его магнитного поля вызывает препятствующую изменению этого тока ЭДС самоиндукции. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности L, элемента и цикличной частоты omega, протекающего тока:
X_L = omega*L = 2*pi*f*L.
Ёмкостное сопротивление (X_C). Величина ёмкостного сопротивления зависит от ёмкости элемента C, и также частоты протекающего тока f:
X_C = 1\(omega*C) = 1\(2*pi*f*C).
Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур: Ф=L*I, где Ф — магнитный поток, I — сила тока в контуре, L — индуктивность.
Для длинного прямого провода кругового сечения индуктивность выражается приближённой формулой:
L = мю_0\(2*пи)*l((мю_е*ln(l\r))+(мю_i\4)),
где мю_0 − магнитная постоянная, мю_e — относительная магнитная проницаемость внешней среды (которой заполнено пространство вокруг провода (для вакуума мю_e = 1), мю_i — относительная магнитная проницаемость материала проводника, l — длина провода, r — радиус его сечения. Формула верна для случая r << l.
Электри́ческая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками.
Для коаксиального кабеля:
С=(2*пи*эпсилон*l)/ln(R2/R1), где эпсилон диэлектрическая проницаемость, l- длина кабеля, R1 и R2 радиусы. (Есть еще формула для электрической емкости тонкой длинной проволки, но она большая и мне ее сюда лень перепечатывать. Зависит от длины проволоки, ее радиуса и электрической проницаемости.)
Для плоского конденсатора ёмкость равна:
C = эпсилон_0*эпсилон_r*S\d,
где S — площадь одной обкладки (подразумевается, что обкладки одинаковы), d — расстояние между обкладками, эпсилон_r — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, эпсилон_0 электрическая постоянная.

Закон Био-Савара-Лапласа описывает вектор индукции магнитного поля В ВАКУУМЕ, порождаемого постоянным электрическим током в зависимости от расстояния от проводника. Кому нужна формула погуглите или повикипедьте - она длинная. Смысл формулы: если записать в общем виде, то зависимость от тока в проводнике под контурным интегралом... Ну то есть если ток постоянный (тот самый закон Био-Савар-Лапласа) то она просто выносится, а вот если нет, то возможны варианты. Ну и убывает поле обратно пропорционально квадрату расстояния. Магнитная индукция линейно зависит от магнитной проницаемости среды и если это не вакуум... то все хуже, а если среда еще и проводящаяя... вообще плохо.

Читателям, с опытом работы или высшим профильным образованием, которым вышеприведенное описание, само собой, покажеться через чур примитивным и не точным рекомендую ознакомиться с мануальчиком от производилетя высоковольтных кабелей - там расчеты произведены точно:
http://nepa-ru.com/brugg_files/02_hv_cable_xlpe/03_web_xlpe_guide_en.pdf


Там же в мануальчике, есть пунктик Losses in cables, то бишь Потери в кабеле. Итак производитель кабелей ожидает такие потери:
1. Voltage-dependent power losses are caused by polarization effects within the main insulation.
2. The current-dependent losses consist of the following components:
- Ohmic conductor losses
- Losses through skin effect
- Losses through proximity effect
- Losses in the metal sheath
Все эти потери ожидаюццо производителем от кабеля проложенного в земле.

К чему это я:
1. Сопротивление проводника по которому течет переменный ток и сопротивление проводника с постоянным током могут очень сильно отличаться. При этом сопротивление кабеля с постоянным током обусловлено только превращением электрической энергии в тепловую (нагрев кабеля). Разница между сопротивлением проводника с постоянным и переменным током обусловлена электромагнитными свойствами кабеля и окружающей его среды, а также геометрией кабеля (длинной и радиусом).
А это значит, что проводник с переменным током нагревается сильнее чем с постоянным из-за реактивного сопротивления, которого нет при постоянном токе.
2. Скин-эффект в проводнике с переменным током причина того, максимальный постоянный ток через один и тот же проводник больше чем переменный через тот же проводник, потому что при постоянном токе скин-эффекта нет.
3. Для кабелей проложенных в ЗЕМЛЕ производители кабелей ожидают потери из-за токов Фуко порядко 10%.

Итого: кабель с переменным током греется сильнее, чем с постоянным. Кабель с переменным током помещенный в непроводящую среду имеет большие потери в токе из-за скин-эффекта и токов Фуко чем кабель с постоянным током.

Все то, что я написала выше - классическая теория (то есть кабель в непроводящей среде: вакуум, воздух), а у нас брутальная реальность крымнаша с проводом в воде... а вода то проводящая среда (Морская вода представляет из себя раствор солей. В случае Азовского моря соленость составляет 10-14 промилле. Это сравнимо с соленостью океана в северных широтах.). А теория утверждает, что ток в кабеле порождает магнитное поле пронизывающее окружающую среду. У нас ток переменный, значит и поле будет переменным. Один из постулатов электродинамики гласит, что магнитное поле порождает электрическое поле (и наоборот), а электрическое поле в свою очередь ток зарядов в окружающей кабель среде, в случае, если среда проводящая. И электрическое поле, и наведенный им ток будут тоже переменными в данном случае. А так как среда проводящая то электромагнитное поле будет затухать хуже, чем в вакууме, значит ток будет наводиться на большем расстоянии.
Это паразитический эффект и производители кабелей пытаются его минимизировать ставя различные экраны. Полностью этот эффект удалить невозможно. Последствиям влияния данного эффекта на окрущающую среду посвящено пару слайдов в презентации Эрнесто (кому интересно гляньте). Немецкий производитель кабелей для укладки в воду с фотки Димы пишет, что у них есть спецоборудование, на котором они проверяют экранировку кабелей. Но все равно полностью экранировать не получается.

Давайте остановимся на экранировке кабелей поподробнее:

Профильные специалисты и люди с опытом работы могут ознакомиться с очень подробным мануальчиком в котором хорошо описаны все потери вызываемые экраном кабеля:
http://www.news.elteh.ru/osk6_500.pdf


Для обычных обывателей, кратко:
1. Переменный ток в проводнике (жиле) наводит вокруг себя электромагнитное поле, порождающие переменный ток в экране.
2.Эффективность экранирования связана с частотой наведенного тока, так как именно от частоты зависит глубина проникновения переменного тока в экран.
3. Так как наведенный ток в экране тоже порождает электромагнитное поле, то эффективность экранирования зависит еще и от соотношения частот наведенных полей и геометрических размеров ячеек экрана.
4. Токи и поля жилы и экрана взаимодействуют.
5. Чем ниже частота электромагнитного поля, тем менее эффективно экранирование.
6. Экран не приводит к 100% экранированию электромагнитных полей.

Уточняю: В случае крымнашей токи Фуко наводятся уже в воде вокруг кабеля и воду вокруг кабеля греют (то есть вода выплоняет роль массивного проводника... для тех кто в танке - типо как масивный сердечник у трансформатора).

Значиццо крымнашовский кабелек еще и ущерб окружающей среде оказывает... не хорошо...

Потом, я еще помню что-то о пробоях изоляции высоковольтных кабелей и что если между двумя проводниками с током есть диэлектрик, то это простейший тип конденсатора и еще, что для конденсатора не хорошо перегреваться, а еще в голове всплывает пробой конденсатора.

Так вот, что есть конденсатор в первом приближении с точки зрения теории (из вики):
В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов, называемых обкладками, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. У нас один электрод вода, другой металл в кабеле, диэлектрик это изоляция кабеля. Принципиально для конденсатора, что диэлектрик должен быть тонким.
Защита кабеля с фотки Димы состоит из:
2 Inner semi-conductive layer
3 XLPE insulation
4 Outer semi-conductive layer
5 Swelling tape
6 Lead sheath
7 Outer sheath semi-conductive PE
8 Filler
9 Fibre-optic element
10 Bedding layer
11 Galvanized steel wires filled with bitumen compound
12 PP yarn cladding
Как видно здесь использованы проводящие, полупроводящие и непроводящие ток материалы. Ну то есть аналогия с конденсатором усиливается.

Теперь насчет пробоев изоляции кабеля. Как отмечалось выше, высоковольтные кабели переменного тока, проложенные в воде, используют для подключения к электросети нефте и газо-добывающих платформ. Вот туда мы и полезем, кому как не им лучше знать о проблемах возникающих в данном случае. Итак, в Большой Энциклопедии Нефти Газа, расположенной в домене ru, есть подробная статья о пробоях высоковольтных кабелей:
http://www.ngpedia.ru/id325056p1.html
В данной статье одними из основных причин пробоя изоляции кабеля указывается перегрев кабеля или деффекты изоляции. Что совпадает с тем, что пишут производители кабелей.

Итого:
Если в Крым проложили высоковольтный кабель переменного тока, как утверждает Дима Киселев, то выйти из строя он мог в результате пробоя изоляции, вызванной перегревом из-за токов Фуко. Использование высковольтного кабеля переменного тока, объясняло бы и малую величину объявленой мощности в 100МВ переданной в Крым "для начала". Попытка ее увеличения до 200МВ привела к перегреву и повреждению кабеля. Ремонтировать они его будут дольше, чем прокладывать - в море ведь лежит.


П.С.:Так как некоторые "выпускники" ВУЗов несут откровенную пургу, будем объединяться в кружки "по интересам"...

Originally posted by [livejournal.com profile] radonezhskij at Фуко отомстил Путину за Крым?
токи Фуко

    С удивлением обнаружил, что в победных реляциях про энергомост в Крым нет ни слова о преобразовании в постоянный ток.

    Любой образованный иженер (а их оказалось мало, пруф на обсуждение) знает, что в подводных кабелях линии переменного тока неэффективны по причине потерь на токи Фуко.
В окружающей кабель солёной воде при прохождении по нему переменного тока образуются вихревые (замкнутые) токи, которые в итоге её греют.
(дополнительный пруф)

    Для линии на 100 МВт потери могут составлять 3 кВт/м, длина же подводного участка составляет 13500 метров!!!
Поэтому системы передачи мощности под водой могут быть только на основе HVDC и стоят миллиарды долларов.

Пруфы:    HVDC          энергомост Россия-Япония ($7 млрд)            энергомост в Крым ($0,7 млрд)      кое-что о проекте

Profile

ladydi9449: (Default)
ladydi9449

September 2017

S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

Syndicate

RSS Atom

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Sep. 24th, 2017 04:57 am
Powered by Dreamwidth Studios