Силовые и контрольные кабели

В городах подстанции глубокого ввода получают питание по маслонаполненным кабельным линиям 110-220 кВ. Питание потребителей от подстанций обычно осуществляется кабельными линиями 6-10 кВ. Вся силовая и осветительная проводка на подстанциях также выполняется силовыми кабелями, а цепей управления, сигнализации, защиты и блокировки - контрольными кабелями.

Внутри зданий и сооружений кабели прокладывают по специальным конструкциям, в коробах и шахтах. На территориях подстанции кабели прокладывают в земле, траншеях, туннелях, а при прокладке над землей - в лотках. Местом сосредоточения контрольных кабелей на подстанциях являются кабельные полуэтажи.

Конструктивными частями кабеля любого напряжения являются токоведущие жилы, изоляция, отделяющая токоведущие жилы друг от друга и от земли, защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции кабеля для защиты от внешних воздействий.

Рис. 4.13. Трехжильный кабель с поясной изоляцией из пропитанной бумаги:

1 - жилы; 2 - изоляция жил; 3 - заполнитель; 4 - поясная изоляция;

5 - защитная оболочка; 6 - бумага, пропитанная компаундом; 7 - защитный покров из пропитанной кабельной пряжи; 8 - ленточная броня; 9 - пропитанная кабельная пряжа

Токоведущие жилы изготовляются из медных или алюминиевых проволок. По числу жил силовые кабели бывают одно-, двух-, трех- и четырехжильные. Распространение получили одно- и трехжильные силовые кабели. Контрольные кабели изготовляются многожильными при небольшом сечении жил.

При сооружении кабельных линий отдельные отрезки кабелей соединяют между собой при помощи соединительных муфт. В РУ концы кабелей оконцовывают концевыми муфтами или заделками.

Изоляция кабелей выполняется из специальных сортов бумаги, пропитываемой вязким изоляционным составом (минеральное масло с канифолью). В эксплуатации находятся также кабели со сплошной полиэтиленовой изоляцией жил. Изоляция контрольных кабелей может быть бумажной, резиновой, поливинилхлоридной и полиэтиленовой.

Защитные оболочки накладываются поверх изоляции кабеля. Их изготовляют из свинца, алюминия и поливинилхлорида. Они защищают кабель от проникновения влаги и вредных веществ. От механических воздействий кабель защищают стальными лентами или проволоками, от коррозии - битумными покровами.

На рис. 4.13 показана конструкция трехжильного силового кабеля с изоляцией из пропитанной бумаги.

Кабели напряжением 110 кВ и выше выполняют маслонаполненными. Они не могут изготовляться с бумажной изоляцией, пропитанной маслокомпаундным составом, так как при существующей технологии изготовления кабелей велика опасность образования в изоляции газовых включений. При рабочем напряжении 110 кВ в таких включениях возникает ионизация, сопровождаемая повышением температуры изоляции. В результате этих процессов ускоряется местное старение изоляции и снижается ее электрическая прочность.

В маслонаполненных кабелях для пропитки бумажной изоляции при изготовлении применяется маловязкое дегазированное масло, а сушка и пропитка изоляции осуществляются по технологии, исключающей появление воздушных и других газовых включений.

Рис. 4.14. Расположение кабелей высокого давления в стальном трубопроводе:

1 - фаза кабеля; 2 - изоляционное масло; 3 - стальной трубопровод;

4 – защитные покровы трубопровода

В маслонаполненных кабелях заполняющее их масло на­хо­дится под избыточным давлением. Применяются кабели низ­кого давления (0,0245-0,294 МПа) в свинцовой оболочке с центральным маслопроводящим каналом и кабели высокого давления (1,08-1,57 МПа), три фазы которых находятся в сталь­ном трубопроводе с маслом. Кабели высокого давления изготовляются и транспортируются к месту прокладки заключенными во временную свинцовую оболочку. При прокладке временная свинцовая оболочка с кабеля снимается и три фазы кабеля затягиваются в стальной трубопровод. Расположение кабеля в стальном трубопроводе показано на рис. 4.14.

Поддержание соответствующих избыточных давлений в кабелях низкого давления обеспечивается маслом из баков давления, размещаемых в определенных расчетных точках кабельной линии, а в кабелях высокого давления и кабельной линии в целом - автоматическими маслоподпитывающими установками АПУ.

Эксплуатация маслонаполненных кабельных линий связана с необходимостью систематического наблюдения за работой маслоподпитывающих устройств, качеством заполняющих их масла и герметичностью всей масляной системы. Наблюдение ведется с помощью устройств сигнализации давления масла, обеспечивающей регистрацию и передачу оперативному персоналу сигналов о понижении и повышении давления масла сверх допустимых пределов.

Допустимые нагрузки. Нагрузка кабельных линий рассчитывается по условию допустимых температур нагрева токоведущих жил. Максимально допустимые температуры установлены в зависимости от рабочего напряжения и вида изоляции кабеля:

Для маслонаполненных кабельных линий 110 и 220 кВ длительно допустимая температура нагрева жил 70°С.

Проверка температуры нагрева жил силовых кабелей может производиться измерением температуры их металлических оболочек с учетом перепада температуры от металлических оболочек до жил. Однако на подстанциях температура жил кабелей, как правило, контролируется редко.

Длительно допустимые (эксплуатационные) нагрузки силовых кабелей определяются в зависимости от температуры среды, в которой проложен кабель, и условий прокладки (в земле, трубах, блоках и т.д.). Значения эксплуатационных нагрузок отмечаются на шкалах щитовых приборов, по которым ведется контроль за нагрузкой.

Для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, несущих нагрузки меньше номинальных, может допускаться кратковременная перегрузка. Так, для кабелей, проложенных в земле, при коэффициенте предварительной нагрузки не более 0,6 допускается:

На время ликвидации послеаварийного режима для указанных кабелей допускается перегрузка в течение 5 суток в следующих пределах:

На время ликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10%, а для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией до 15% номинальной продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 суток, если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышала номинальной.

Для маслонаполненных кабельных линий 110-220 кВ, проложенных в земле и засыпанных естественным грунтом, вынутым из траншеи, разрешается перегрузка при условии, что температура жил не превышает 80°С, при этом длительность непрерывной перегрузки не должна быть более 100 ч.

Осмотры. При осмотрах открыто проложенных кабелей проверяют отсутствие механических повреждений брони, вмятин, крутых изгибов, вспучиваний оболочек, следов вытекания мастики, наличие антикоррозионных покрытий брони, защищенность соединительных муфт стальными или асбоцементными трубами (соединительные муфты на контрольно-сигнальных кабелях трубами не защищают), правильность раскладки кабелей на опорных конструкциях и состояние самих конструкций, состояние концевых муфт и заделок, отсутствие нагрева наконечников жил и выплавлений алюминиевых шин в местах контактных соединений с наконечниками. При осмотрах кабелей в кабельных полуэтажах подстанции проверяют также исправность цепей освещения и вентиляции, наличие и достаточность средств пожаротушения, состояние несгораемых перегородок и уплотнений кабелей в местах прохода их в другие помещения, отсутствие посторонних предметов и особенно горючих материалов, наличие маркировки кабелей. При осмотрах концевых муфт маслонаполненных кабелей обращают внимание на отсутствие подтеков масла через места уплотнений, а также подтеков на питающих маслопроводах, отсутствие трещин в местах паек, трещин и сколов фарфоровых покрышек, целость заземляющих спусков. Исправность концевых муфт определяется на слух. В случае обнаружения звуков разряда или перекрытий в концевой муфте кабельная линия должна выводиться в ремонт в возможно короткий срок. Проверяют уровень масла в маслоподпитывающих баках, исправность вентилей, отсутствие утечек масла из баков, правильность установки стрелок на электроконтактных манометрах - датчиках сигнализации о падении давления в кабеле в случае утечки масла. Снижение уровня масла в баках и отклонение стрелок манометров в сторону уменьшения давления при отсутствии повреждений концевых устройств свидетельствуют о появлении утечек масла из кабеля на его трассе. Об этом необходимо немедленно сообщить главному инженеру предприятия электросетей, так как это угрожает аварийным выходом кабеля из строя.

Маслонаполненные кабельные линии оборудуются установками катодной поляризации для защиты брони и оболочек кабеля от разрушающего действия блуждающих токов и агрессивных почв. От установок катодной защиты оболочкам кабелей сообщается отрицательный потенциал, что предотвращает их электролитическую и электрохимическую коррозию.

Внешний осмотр установок катодной защиты должен производиться не реже 1 раза в месяц, при этом проверяют исправность проводки от источника питания, плотность подсоединения дренажных кабелей, отсутствие нагрева контактов полупроводниковых выпрямителей, загрязнений установки.

Профилактические испытания позволяют выявить и своевременно устранить слабые места в изоляции кабелей. Основным методом является испытание повышенным напряжением постоянного тока. Испытание переменным током требует применения мощных испытательных установок, поскольку кабели обладают большой зарядной реактивной мощностью.

Подчеркнем, что повышенное напряжение постоянного тока не оказывает вредного воздействия на хорошую изоляцию, так как при этом не появляется опасная начальная ионизация, в то же время ослабленные места в изоляции доводятся до пробоя энергией, развивающейся в месте повреждения.

Наибольшее распространение получил метод испытания отключенных от сети кабельных линий при помощи имеющихся на подстанциях стационарных испытательных установок (рис. 4.15). Для испытаний линию отключают и заземляют. Затем с одной из фаз снимают заземление и к ней подключают испытательную установку. Две другие жилы в это время остаются заземленными. По такой схеме поочередно испытывают изоляцию всех жил.

Значения испытательных напряжений и время выдержки под напряжением для кабелей разных номинальных напряжений с бумажной пропитанной изоляцией следующие:

Рис. 4.15. Схема испытания кабеля:

1 - выпрямительная установка повышенного напряжения; 2 - испытуемый кабель

Состояние изоляции оценивается не только значением тока утечки, но главным образом характером его изменения и асимметрией тока по фазам. При удовлетворительном состоянии изоляции ток утечки в момент подъема напряжения резко возрастает за счет заряда емкости кабеля, а потом быстро спадает: у кабелей 6-10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией до значения менее 300 мкА, у кабелей 20-35 кВ до 800 мкА. При наличии дефекта ток утечки спадает медленно и даже может возрасти. Запись тока утечки производится на последней минуте испытаний. Абсолютное его значение не может рассматриваться как браковочный показатель, так как оно зависит от длины кабельной линии, температуры кабеля, состояния концевых муфт и других условий.

Асимметрия, т.е. разница значений токов утечки по фазам кабелей с неповрежденной изоляцией, должна быть не более 50%. Дефектная изоляция обычно пробивается в момент подъема напряжения, при этом от броска тока автоматически отключается испытательная установка.