Ключові слова
силові кабелі середньої напруги
експлуатаційні характеристики кабелів
товщина ізоляції
коефіцієнт нерівномірності електростатичного поля
однофазне замикання
часткові розряди в ізоляції
електрична ємність та струм зарядки кабелю
Як цитувати
Анотація
У статті розглянуто стратегічний напрямок розвитку електроенергетичної галузі України, пов’язаний з реновацією та модернізацією електричних мереж середньої напруги шляхом трансформації з рівнів напруги 6/10 кВ на напругу 20 кВ з одночасним об'єднанням з локальними джерелами розподіленої генерації. Аргументовано стійкість до потенційних загроз підземних кабелів середньої напруги з ефективною інтеграцією в сучасні архітектури кільцевих та петльових розподільних мереж. Наголошено на наслідках інтеграції з перетворенням пасивних мереж на активні з процесами двостороннього обміну електричною енергією. Проаналізовано виникнення підвищених рівнів напруги та небезпечних однофазних замикань, які безпосередньо впливають на експлуатаційні характеристики та технічний стан силових підземних кабелів. Визначено конструктивні напрямки для пом’якшення впливу розподіленої генерації на силові кабелі середньої напруги зі зменшеними рівнями ризику в мережі. Доведено, що систематичне зростання робочої напруги на 20 % через неконтрольовану генерацію в години мінімального навантаження підвищує напруженість електричного поля в однорідній ізоляції кабелів. Наголошено на ефективності більшої товщині зшитої поліетиленової ізоляції у кабелях з більшим перерізом струмопровідних жил. Показано, що за умови однофазних замикань підвищена напруга може стати каталізатором розвитку часткових розрядів в мікропорожнинах меншого розміру в зшитій поліетиленовій ізоляції силових кабелів напруги 20 кВ. Акцентовано на необхідності проведення вимірювань часткових розрядів за декількох значень випробувальної напруги для оцінки діапазону розмірів активованих повітряних включень в товщі зшитої поліетиленової ізоляції. Обґрунтовано ефективність збільшення товщини зшитої поліетиленової ізоляції щодо зменшення електричної ємності та ємнісного струму зарядки силових кабелів більшого перерізу.
Посилання
Intel Market Research, “Medium voltage underground power cable market growth analysis, dynamics, key players and innovations, outlook and forecast 2026-2032,” 24WT-22281, Jan. 2026. [Online]. Available: https://www.intelmarketresearch.com/medium-voltage-underground-power-cable-market-22281
International Energy Agency, “Renewables 2025. Analysis and forecasts to 2030,” IEA, Paris, France, Oct. 2025. [Online]. Available: https://iea.blob.core.windows.net/assets/76ad6eac-2aa6-4c55-9a55-b8dc0dba9f9e/Renewables2025.pdf
D. Gielen, F. Boshell, D. Saygin, M. D. Bazilian, N. Wagner, and R. Gorini, “The role of renewable energy in the global energy transformation,” Energy Strategy Reviews, vol. 24, pp. 38–50, Apr. 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.01.006
V. Bertsch, M. Hall, C. Weinhardt, and W. Fichtner, “Public acceptance and preferences related to renewable energy and grid expansion policy: Empirical insights for Germany,” Energy, vol. 114, pp. 465–477, Nov. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.08.022
C. E. Mueller, S. I. Keil, and C. Bauer, Underground Cables vs. Overhead Lines: Quasi-Experimental Evidence for the Effects on Public Perceptions and Opposition. To be published, doi: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29785.21606
K. M. Yavor, V. Bach, and M. Finkbeiner, “Resource assessment of renewable energy systems—a review,” Sustainability, vol. 13, no. 11, May 2021, Art. no. 6107, doi: https://doi.org/10.3390/su13116107
International Energy Agency, “Electricity Grids and Secure Energy Transitions. Enhancing the foundations of resilient, sustainable and affordable power systems,” Paris, France, Sep. 2023. [Online]. Available: https://iea.blob.core.windows.net/assets/ea2ff609-8180-4312-8de9-494bcf21696d/ElectricityGridsandSecureEnergyTransitions.pdf
M. Stoessl, E. Schweiger, D. Helbig, and O. Dohnke, “Concepts for considering environmental needs and personal safety for substation design and increasing the resilience of the grid,” e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, vol. 140, no. 1, pp. 185–192, Feb. 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s00502-022-01096-z
Ye. O. Zaitsev, V. V. Kuchanskyi, and I. O. Hunko, Pidvyshchennia ekspluatatsiinoi nadiinosti ta efektyvnosti roboty elektrychnykh merezh ta elektroustakovannia [Increasing the operational reliability and efficiency of electrical networks and electrical equipment]. Vinnytsia: NGO Eur. Scientific Platform, 2021, doi: https://doi.org/10.36074/penereme-monograph.2021 (in Ukrainian)
P. D. Lezhniuk, O. Ye. Rubanenko, and I. O. Hunko, Optymizatsiia rezhymiv elektrychnykh merezh z vidnovliuvanymy dzherelamy elektroenerhii [Optimization of electrical network modes with renewable sources of electricity]. Vinnytsia: VNTU, 2018. (in Ukrainian)
V. V. Kyryk, B. V. Tsyhanenko, and O. S. Yandulskyi, Rozpodilni elektrychni merezhi napruhoiu 20 kV ta efektyvnist yikh roboty [Distribution electric networks with a voltage of 20 kV and their efficiency]. Kyiv: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2018. (in Ukrainian)
V. Kyryk and O. Bohomolova, “Efficiency of power supply to consumers at the 20 kV voltage level,” POWER ENGINEERING: Economics, Technique, Ecology, no. 3, pp. 11–17, Oct. 2025, doi: https://doi.org/10.20535/1813-5420.3.2025.339752 (in Ukrainian)
G. V. Bezprozvannych, V. M. Zolotaryov, and Y. A. Antonets, “High voltage cable systems with integrated optical fiber for monitoring cable lines,” in 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, Oct. 5–10, 2020. IEEE, 2020, pp. 407–410, doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek51551.2020.9250174
NKT, “Annual report 2025,” Feb. 2025. [Online]. Available: https://investors.nkt.com/files/Main/23044/4312549/nkt-annual-report-2025.pdf
M. Meskin, A. Domijan, and I. Grinberg, “Impact of distributed generation on the protection systems of distribution networks: Analysis and remedies – review paper,” IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 14, no. 24, pp. 5944–5960, Dec. 2020, doi: https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2019.1652
“Power cables with XLPE insulation 6-35 kV.” PJSC "Odeskabel." [Online]. Available: https://odeskabel.com/en/products/kabeli-silovye/kabeli-silovye-s-xlpe-izolyatsiej-6-35-kv.html
“XLPE-insulated power cables for voltage from 6 to 35 kV.” PJSC “Yuzhcable Works” Production Guide. [Online]. Available: https://www.yuzhcable.info/cat/10lang/en
D. Ćetković, J. Žutolija, and V. Komen, “Voltage rise mitigation in medium-voltage networks with long underground cables and low power demand,” Energies, vol. 17, no. 13, Jun. 2024, Art. no. 3174, doi: https://doi.org/10.3390/en17133174
C. D. Iweh, S. Gyamfi, E. Tanyi, and E. Effah-Donyina, “Distributed generation and renewable energy integration into the grid: Prerequisites, push factors, practical options, issues and merits,” Energies, vol. 14, no. 17, Aug. 2021, Art. no. 5375, doi: https://doi.org/10.3390/en14175375
O. Gandhi, D. S. Kumar, C. D. Rodríguez-Gallegos, and D. Srinivasan, “Review of power system impacts at high PV penetration Part I: Factors limiting PV penetration,” Solar Energy, vol. 210, pp. 181–201, Nov. 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.06.097
J. L. M. Pereira, A. F. R. Leal, G. O. d. Almeida, and M. E. d. L. Tostes, “Harmonic effects due to the high penetration of photovoltaic generation into a distribution system,” Energies, vol. 14, no. 13, Jul. 2021, Art. no. 4021, doi: https://doi.org/10.3390/en14134021
G. V. Bezprozvannych and I. A. Kostiukov, “A calculation model for determination of impedance of power high voltage single-core cables with polymer insulation,” Electrical Engineering & Electromechanics, no. 3, pp. 47–51, Jun. 2021, doi: https://doi.org/10.20998/2074-272x.2021.3.08
G. V. Bezprozvannych and M. V. Grynyshyna, “A generalized approach to deduce the wave parameters of high-voltage single-core power cables,” in 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, Oct. 2–6, 2023. IEEE, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek61412.2023.10312805
M. S. Seheda, O. M. Ravlyk, Z. M. Bakhor, and A. Y. Yatseyko, “Overvoltage during arc single-phase earth failures in 35 kV electrical networks,” Proceedings of the Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, vol. 2021, no. 60, pp. 38–43, Dec. 2021, doi: https://doi.org/10.15407/publishing2021.60.038 (in Ukrainian)
M. Fesefeldt, M. Capezzali, M. Bozorg, and R. Karjalainen, “Impact of heat pump and cogeneration integration on power distribution grids based on transition scenarios for heating in urban areas,” Sustainability, vol. 15, no. 6, Mar. 2023, Art. no. 4985, doi: https://doi.org/10.3390/su15064985
“N2XS(FL)H 12/20 (24)kV Cable Technical Datasheet.” Eland Cables. [Online]. Available: https://www.elandcables.com/media/1mxhkcts/n2xs-fl-h-12-20-24-kv-cable-datasheet.pdf
Voltage Characteristics of Electricity Supplied by Public Electricity Networks, EN 50160:2022CEN/CENELEC.
“Okoguard-Okoseal Type MV-105 15kV Shielded Power Cable.” The Okonite Company. [Online]. Available: https://www.okonite.com/media/catalog/product/files/2-59.pdf?v=1743428498
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 2: Cables for Rated Voltages From 6 kV (Um = 7,2 kV) Up to 30 kV (Um = 36 kV), IEC 60502- 2:2014, TC 20 Electric cables, 2014.
G. V. Bezprozvannych and M. V. Grynyshyna, “Electrophysical processes in composite semiconductor screens and their influence on the dielectric parameters of high voltage power cables,” Tekhnichna Elektrodynamika, no. 2 (2024), pp. 12–22, Apr. 2024, doi: https://doi.org/10.15407/techned2024.02.012 (in Ukrainian)
G. V. Bezprozvannych and M. V. Grynyshyna, “Effective parameters of dielectric absorption of polymeric insulation with semiconductor coatings of power high voltage cables,” Electrical Engineering & Electromechanics, no. 3, pp. 39–45, May 2022, doi: https://doi.org/10.20998/2074-272x.2022.3.06
J. Z. Hansen, “Failure statistic for medium voltage cable systems in Denmark,” in 27th International Conference on Electricity Distribution (CIRED 2023), Rome, Italy, Jun. 12–15, 2023. Institution Eng. Technol., 2023, pp. 2208–2212, doi: https://doi.org/10.1049/icp.2023.1207
H. Eroğlu, E. Cuce, P. Mert Cuce, F. Gul, and A. Iskenderoğlu, “Harmonic problems in renewable and sustainable energy systems: A comprehensive review,” Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 48, Dec. 2021, Art. no. 101566, doi: https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101566
High-Voltage Test Techniques – Charge-Based Measurement of Partial Discharges, IEC 60270:2025, TC 42 High-voltage and high-current test techniques, 2025.
G. V. Bezprozvannych, “Silnoe elektricheskoe pole i chastichnye razriady v mnogozhilnykh kabeliakh [Strong electric fields and partial discharges in multi-core cables],” Tekhnichna Elektrodynamika, no. 1, pp. 23–29, 2010. (in Russian)
G. V. Bezprozvannych, Y. G. Gontar, and I. A. Pushkar, “Electrostatic field in unshielded power cables with different configurations of core,” Tekhnichna Elektrodynamika, no. 4 (2025), pp. 29–41, Jun. 2025, doi: https://doi.org/10.15407/techned2025.04.029 (in Ukrainian)
G. V. Bezprozvannych, B. G. Naboka, and Е. S. Moscvitin, “Substantiation of electrophysical characteristics of high-voltage power cable semiconducting screens with stitched insulation,” Electrical Engineering & Electromechanics, no. 3, pp. 44–47, 2010. (in Russian)
G. V. Bezprozvannych, “Ways of representation of differential peak spectra of pulses of partial disharges in solid insulation,” Tekhnichna Elektrodynamika, no. 4, pp. 12–19, 2011. (in Russian)
S. Mishra, P. P. Singh, I. Kiitam, M. Shafiq, I. Palu, and C. Bordin, “Diagnostics analysis of partial discharge events of the power cables at various voltage levels using ramping behavior analysis method,” Electric Power Systems Research, vol. 227, B, Feb. 2024, Art. no. 109988, doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.109988
H. Kumar, M. Shafiq, K. Kauhaniemi, and M. Elmusrati, “A review on the classification of partial discharges in medium-voltage cables: Detection, feature extraction, artificial intelligence-based classification, and optimization techniques,” Energies, vol. 17, no. 5, Feb. 2024, Art. no. 1142, doi: https://doi.org/10.3390/en17051142
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 Ганна Вікторівна Безпрозванних, Денис Олегович Сіятовський