Влияние экстремально низких температур с их резкими перепадами на повреждаемость концевых кабельных муфт напряжением 110–220 кВ
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-1-12-22Ключевые слова:
ЛЭП, кабельная арматура, концевые и соединительные муфты, эластомерные элементы, монтаж, стресс-конус, электрический пробой изоляции, аварии, повреждения, Крайний Север, экстремальные условия, ЯкутияАннотация
В современных энергосистемах активно эксплуатируются кабельные и кабельно-воздушные линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 110–220 кВ. Критически важными элементами таких ЛЭП являются концевые кабельные муфты, отказ которых приводит к серьезным авариям. Ярким примером проблемной эксплуатации служит опыт Республики Саха (Якутия), где в 2021–2023 гг. было зафиксировано 19 повреждений концевых муфт на ЛЭП 110–220 кВ. Уникальность региона заключается в экстремальных климатических условиях, характеризующихся аномально низкими температурами (до –60 °C) и резкими суточными перепадами (например, от –60 до –35 ℃ за 3–4 часа). Результаты расследований аварий указывают на то, что существующие конструкции муфт не адаптированы к таким климатическим особенностям. Статья посвящена комплексному исследованию условий работы концевых кабельных муфт в условиях экстремальных и быстро меняющихся температур. Цель исследования – проанализировать влияние градиента температур окружающей среды на элементы кабельной арматуры и оценить недостатки типовых конструкций. На основе проведенного анализа предлагаются инженерные решения и рекомендации по модернизации муфт, направленные на обеспечение их надежности в регионах с суровым климатом, что имеет важное практическое значение для бесперебойного электроснабжения.
Библиографические ссылки
1. Киселев А.Ю., Львов А.П. Об опыте эксплуатации концевых кабельных муфт напряжением 110-220 кВ в условиях Крайнего Севера. – Электрические станции, 2025, № 5, с. 8–17.
2. Айгнер А., Маркелов И.А. Обзор cовременного состояния технологий измерения ЧР в высоковольтной кабельной арматуре на переменном токе. – КАБЕЛЬ-news, 2013, № 4, с. 30–38.
3. Грешняков Г.В. К вопросу о конструировании кабельных муфт высокого напряжения. – Силовая электроника, 2014, № 1, с. 76–79.
4. Li G., Wang Y., Xu X. Research on the Electric Field Intensity Distribution of High-Voltage Cable Terminal Improved by Non-Linear Material. – Manufacturing Review, 2021, vol. 8, DOI: 10.1051/mfreview/2021018.
5. Zachariades C. et al. Electric Field and Thermal Analysis of 132 kV Ceramic Oil-Filled Cable Sealing Ends. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, vol. 36, No. 1, DOI: 10.1109/TPWRD.2020.2977728.
6. Li S. et al. Partial Discharge Detection and Defect Location Method in GIS Cable Terminal. – Energies, 2023, vol. 16 (1), DOI: 10.3390/en16010413.
7. Zhou X. et al. Simulation of Electric Field Around Typical Defects in 110 kV XLPE Power Cable Joints. –International Conference on Circuits, Devices and Systems (ICCDS), 2017, pp. 21–24, DOI: 10.1109/ICCDS.2017.8120443.
8. Andrei L., Vlad I., Ciuprina F. Electric Field Distribution in Power Cable Insulation Affected by Various Defects. – International Symposium on Fundamentals of Electrical Engineering (ISFEE), 2014, DOI: 10.1109/ISFEE.2014.7050570.
9. Luo Y. et al. A Sophisticated Method of the Mechanical Design of Cable Accessories Focusing on Interface Contact Pressure. – Energies, 2020, vol. 13 (11), DOI: 10.3390/en13112976.
10. Wang R.-M., Zheng S.-R., Zheng Y. Other Properties of Polymer Composites. – Polymer Matrix Composites and Technology, 2011, pp. 513–548, DOI: 10.1533/9780857092229.3.513.
11. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974, 292 с.
12. Ratna D. Thermal Properties of Thermosets. – Thermosets. Structure, Properties and Applications. Woodhead Publishing, 2012, pp. 62–91, DOI: 10.1533/9780857097637.
13. Chrysochoos A. Thermomechanical Analysis of the Cyclic Behavior of Materials. – Procedia Iutam, 2012, vol. 4, pp. 15–26, DOI: 10.1016/j.piutam.2012.05.003.
14. Hale A. Thermosets. – Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry, 2002, vol. 3, chapter 9, pp. 295–394, DOI: 10.1016/S1573-4374(02)80012-7
15. ГОСТ 32618.2-2014. Пластмассы. Термомеханический анализ (ТМА). Часть 2. Определение коэффициента линейного теплового расширения и температуры стеклования. М.: Стандартинформ, 2014, 14 с.
16. Meola C. et al. Cross-Linked Polyethylene. – Encyclopedia of Chemical Processing, 2005, vol. 1, pp. 577–588, DOI: 10.1081/E-ECHP- 120007720.
17. Aljoumaa K., Allaf A.W. Morphology, structure, properties and applications of XLPE. – Crosslinkable Polyethylene: Manufacture, Properties, Recycling and Applications, 2021, pp. 125–166, DOI: 10.1007/978-981-16-0514-7_6.
18. Saba N., Jawaid M. A Review on Thermomechanical Properties of Polymers and Fibers Reinforced Polymer Composites. – Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2018, vol. 67, DOI: 10.1016/j.jiec.2018.06.018.
19. Pinto R. V. et al. Analysis on the Effect of the Geometry and the Boundary Conditions Applied to the Thermoelastic Analysis of Umbilical Cables. – Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2025, vol. 150, pp. 7995–8013, DOI:10.1007/s10973-025-14248-y.
20. Gupta S., Ramamurthy P.C., Madras G. Synthesis and Characterization of Silicone Polymer/Functionalized Mesostructured Silica Composites. – Polymer Chemistry, 2011, vol. 2, No. 11, pp. 2643–2650, DOI: 10.1039/C1PY00316J.
21. Zhou W. et al. Novel Heat‐Conductive Composite Silicone Rubber. – Journal of Applied Polymer Science, 2007, vol. 104, No. 4, pp. 2478–2483, DOI: 10.1002/app.25479.
22. Jaunich M., Wolff D., Stark W. Investigating Low-temperature Properties of Rubber Seals – 13020. – Proceedings of the WM2013, 2013, pp. 24–28.
23. Liang H. et al. EPDM Recycled Rubber Powder Characterization: Thermal and Thermogravimetric Analysis. – Rubber Chemistry and Technology, 2014, vol. 87, No. 3, pp. 538–556, DOI: 10.5254/rct.14.87988.
24. Rashid R.Z.A. et al. Temperature Dependent on Mechanical and Rheological Properties of EPDM-Based Magnetorheological Elastomers Using Silica Nanoparticles. – Materials, 2022, vol. 15, No. 7, pp. 25–56, DOI: 10.3390/ma15072556.
25. Xie Z. et al. Influence of Temperature on Hyperelastic Mechanical Behavior of Accelerated Aged EPDM Rubber. – Polymers, 2025, vol. 17, No. 12, pp. 16–26, DOI: 10.3390/polym17121626.
26. Bianchi M. et al. Thermo-Mechanical Behavior of Novel EPDM Foams Containing a Phase Change Material for Thermal Energy Storage Applications. – Polymers, 2022, vol. 14, No. 19, pp. 40–58, DOI: 10.3390/polym14194058.
27. Larson K. Low Temperature Characteristics of Silicones [Электрон. ресурс], URL: https://www.electronics.org/system/files/technical_resource/E14%26S05-04.pdf (дата обращения 05.10.2025).
28. Mower T.M. Thermomechanical Behavior of Aerospace-Grade RTV (Silicone Adhesive). – International Journal of Adhesion and Adhesives, 2018, vol. 87, pp. 64–72, DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2018.08.009.
29. Bosq N. et al. Melt and Glass Crystallization of PDMS and PDMS Silica Nanocomposites. – Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, vol. 16, No. 17, pp. 7830–7840, DOI: 10.1039/c4cp00164h.
30. Пат. RU 2676531 C1. Кабельная арматура для соединения высоковольтного кабеля с высоковольтным компонентом или другим высоковольтным кабелем / Я. Чизевский и др., 2019.
31. Пат. RU 236769 U1. Концевая кабельная муфта наружной установки / В.Г. Скорик, А.Ю. Киселев, 2025
32. Куштапин А.В. и др. Повышение надежности магистральных энергетических объектов на Дальнем Востоке в условиях Крайнего Севера. – Энергия единой сети, 2025, № 2 (77), с. 74–78.
33. Подковальников С.В. Смена парадигмы управления электроэнергетическими системами. – Электричество, 2024, № 3, с. 4–15.
34. Корявин А.Р. Методы математической статистики при анализе вероятностных характеристик внешней изоляции. – Электричество, 2024, № 3, с. 26–34.
#
1. Kiselev A.Yu., L’vov A.P. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Stations), 2025, No. 5, pp. 8–17.
2. Aygner A., Markelov I.A. KABEL’-news – in Russ. (CABLE-News), 2013, No. 4, pp. 30–38.
3. Greshnyakov G.V. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Elec-tronics), 2014, No. 1, pp. 76–79.
4. Li G., Wang Y., Xu X. Research on the Electric Field Intensity Distribution of High-Voltage Cable Terminal Improved by Non-Linear Material. – Manufacturing Review, 2021, vol. 8, DOI: 10.1051/mfreview/2021018.
5. Zachariades C. et al. Electric Field and Thermal Analysis of 132 kV Ceramic Oil-Filled Cable Sealing Ends. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, vol. 36, No. 1, DOI: 10.1109/TPWRD.2020.2977728.
6. Li S. et al. Partial Discharge Detection and Defect Location Method in GIS Cable Terminal. – Energies, 2023, vol. 16 (1), DOI: 10.3390/en16010413.
7. Zhou X. et al. Simulation of Electric Field Around Typical Defects in 110 kV XLPE Power Cable Joints. –International Confe-rence on Circuits, Devices and Systems (ICCDS), 2017, pp. 21–24, DOI: 10.1109/ICCDS.2017.8120443.
8. Andrei L., Vlad I., Ciuprina F. Electric Field Distribution in Power Cable Insulation Affected by Various Defects. – International Symposium on Fundamentals of Electrical Engineering (ISFEE), 2014, DOI: 10.1109/ISFEE.2014.7050570.
9. Luo Y. et al. A Sophisticated Method of the Mechanical Design of Cable Accessories Focusing on Interface Contact Pressure. – Energies, 2020, vol. 13 (11), DOI: 10.3390/en13112976.
10. Wang R.-M., Zheng S.-R., Zheng Y. Other Properties of Polymer Composites. – Polymer Matrix Composites and Technology, 2011, pp. 513–548, DOI: 10.1533/9780857092229.3.513.
11. Novikova S.I. Teplovoe rasshirenie tverdyh tel (Thermal Expansion of Solids). M.: Nauka, 1974, 292 p.
12. Ratna D. Thermosets. Structure, Properties and Applications. Woodhead Publishing, 2012, pp. 62–91, DOI: 10.1533/9780857097637.
13. Chrysochoos A. Procedia Iutam, 2012, vol. 4, pp. 15–26, DOI: 10.1016/j.piutam.2012.05.003.
14. Hale A. Thermosets. – Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry, 2002, vol. 3, chapter 9, pp. 295–394, DOI: 10.1016/S1573-4374(02)80012-7
15. GOST 32618.2-2014. Plastmassy. Termomekhanicheskiy ana-liz (TMA). Chast’ 2. Opredelenie koeffitsienta lineynogo teplovogo rasshireniya i temperatury steklovaniya (Plastics. Thermomechanical Analysis (TMA). Part 2. Determination of Coefficient of Linear Thermal Expansion and Glass Transition Temperatur). M.: Standartinform, 2014, 14 p.
16. Meola C. et al. Cross-Linked Polyethylene. – Encyclopedia of Chemical Processing, 2005, vol. 1, pp. 577–588, DOI: 10.1081/E- ECHP-120007720.
17. Aljoumaa K., Allaf A.W. Morphology, structure, properties and applications of XLPE. – Crosslinkable Polyethylene: Manufacture, Properties, Recycling and Applications, 2021, pp. 125–166, DOI: 10.1007/978-981-16-0514-7_6.
18. Saba N., Jawaid M. A Review on Thermomechanical Properties of Polymers and Fibers Reinforced Polymer Composi-tes. – Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2018, vol. 67, DOI: 10.1016/j.jiec.2018.06.018.
19. Pinto R. V. et al. Analysis on the Effect of the Geometry and the Boundary Conditions Applied to the Thermoelastic Analysis of Umbilical Cables. – Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2025, vol. 150, pp. 7995–8013, DOI:10.1007/s10973-025-14248-y.
20. Gupta S., Ramamurthy P.C., Madras G. Synthesis and Characterization of Silicone Polymer/Functionalized Mesostructured Silica Composites. – Polymer Chemistry, 2011, vol. 2, No. 11, pp. 2643–2650, DOI: 10.1039/C1PY00316J.
21. Zhou W. et al. Novel Heat‐Conductive Composite Silicone Rubber. – Journal of Applied Polymer Science, 2007, vol. 104, No. 4, pp. 2478–2483, DOI: 10.1002/app.25479.
22. Jaunich M., Wolff D., Stark W. Investigating Low-temperature Properties of Rubber Seals – 13020. – Proceedings of the WM2013, 2013, pp. 24–28.
23. Liang H. et al. EPDM Recycled Rubber Powder Characterization: Thermal and Thermogravimetric Analysis. – Rubber Chemistry and Technology, 2014, vol. 87, No. 3, pp. 538–556, DOI: 10.52 54/rct.14.87988.
24. Rashid R.Z.A. et al. Temperature Dependent on Mechanical and Rheological Properties of EPDM-Based Magnetorheological Elastomers Using Silica Nanoparticles. – Materials, 2022, vol. 15, No. 7, pp. 25–56, DOI: 10.3390/ma15072556.
25. Xie Z. et al. Influence of Temperature on Hyperelastic Mechanical Behavior of Accelerated Aged EPDM Rubber. – Polymers, 2025, vol. 17, No. 12, pp. 16–26, DOI: 10.3390/polym17121626.
26. Bianchi M. et al. Thermo-Mechanical Behavior of Novel EPDM Foams Containing a Phase Change Material for Thermal Energy Storage Applications. – Polymers, 2022, vol. 14, No. 19, pp. 40–58, DOI: 10.3390/polym14194058.
27. Larson K. Low Temperature Characteristics of Silicones [Electron. resource], URL: https://www.electronics.org/system/files/technical_resource/E14%26S05-04.pdf (Accessed on 05.10.2025).
28. Mower T.M. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2018, vol. 87, pp. 64–72, DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2018.08.009.
29. Bosq N. et al. Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, vol. 16, No. 17, pp. 7830–7840, DOI: 10.1039/c4cp00164h.
30. Pat. RU 2676531 C1. Kabel’naya armatura dlya soedineniya vysokovol’tnogo kabelya s vysokovol’tnym komponentom ili drugim vysokovol’tnym kabelem (Cable Fittings for Connecting a High-Voltage Cable to a High-Voltage Component Or Other High-Voltage Cable) / Ya. Chizevskiy et al., 2019.
31. Pat. RU 236769 U1. Kontsevaya kabel’naya mufta naruzhnoy ustanovki (Outdoor End Cable Coupling) / V.G. Skorik, A.Yu. Kiselev, 2025
32. Kushtapin A.V. et al. Energiya edinoy seti – in Russ. (Energy of Unified Grid), 2025, No. 2 (77), pp. 74–78.
33. Podkoval’nikov S.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 3, pp. 4–15.
34. Koryavin A.R. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 3, pp. 26–34
