Кабельные линии электропередачи

В электроэнергетических системах применяются почти все извест­ные виды кабельной продукции, однако базовыми, которые и будут рас­смотрены ниже, являются силовые кабели.

Кабелем– называется провод, заключенный в герметическую обо­лочку, который можно прокладывать в воде, земле и на воздухе. Это гото­вое заво­дское изделие, состоящее из изолированных токоведущих жил, заклю­чен­ных в защитную герметичную оболочку, поверх которой в зави­симости от условий прокладки может находиться защитный покров.

Силовые кабели состоят из следующих элементов: токопроводящих жил, изоляции, оболочек и защитных покровов. Помимо этого в конст­рукции кабеля могут присутствовать экраны, нулевые жилы, жилы за­щитного зазем­ления и заполнители.

Силовые кабели различают по:

- роду металла токопроводящих жил – кабели с алюминиевыми и мед­ными жилами;

- роду изоляционного материала токоведущих жил – кабели с бумаж­ной, пластмассовой и резиновой изоляцией;

- роду защиты изоляции жил кабелей от влияния внешней среды – ка­бели в металлической, пластмассовой и резиновой оболочке;

- способу защиты от механических повреждений – бронированные и небронированные;

- количеству жил – одно-, двух, трех- и четырехжильные.

Рис. 3.20

На Рис.3.20 а показаны сечения двухжильных кабелей с круглыми и сег­ментными жилами; на рис.3.20 б – трехжильные кабели с поясной изоляцией и отдель­ными оболочками; на рис.3.20 в – четырехжильные кабели а нулевой жилой круглой, секторной и треугольной формы.

Цифрами на рис.3.20 обозначены: 1 - токопроводящая жила; 2 – нуле­вая жила; 3 – изоляция жилы; 4 – экран на токопроводящей жилы; 5 – по­ясная изоляция; 6 – заполнитель; 7 – экран на изоляции жилы; 8 – обо­лочка; 9 – бронепокров; 10 – наружный защитный покров.

Токопроводящие жилы предназначены для прохождения тока. Разли­чают основные и нулевые жилы кабелей. Жилы защитного заземления яв­ля­ются вспомогательными и предназначены для соединения не находя­щихся под рабочим напряжением металлических частей электроустановок с конту­рами защитных заземлений.

Силовые кабели на напряжение до 35 кВ имеют от одной до четырех медных или алюминиевых жил. Жилы сечением до 16 мм² - однопроволоч­ные, свыше многопроволочные. По форме сечения жилы одножильных ка­белей - круглые, а многожильных - сегментные. Преимущественно приме­няются кабели с алюминиевыми жилами. Кабели с медными жилами при­ме­няются для перемещающихся механизмов и во взрывоопасных помеще­ниях.

На переменном токе до 1кВ применяют четырех жильные кабели, се­че­ние четвертой, нулевой жилы меньше, чем основных. Кабели в сетях пе­ре­менного тока до 35 кВ – трехжильные, кабели 110 кВ и выше – одно­жильные.

Изоляцияслужит для обеспечения необходимой электрической проч­но­сти жил кабеля по отношению друг к другу и к заземленной оболочке.

Для силовых кабелей применяется бумажная пропитанная, резиновая или пластмассовая изоляция. Изоляция, наложенная непосредственно на жилу, называется изоляцией жилы. Изоляция, наложенная поверх всех жил, называется поясной.

Бумажная изоляция выполняется в виде нескольких слоев из лент ка­бельной бумаги, пропитанной специальным составом. Кабели с пластмассо­вой изоляцией имеют изоляцию в виде сплошного слоя из по­ливинилхлорид­ного (ПВХ) пластиката или композиционного полиэтилена. При этом пояс­ная изоляция может быть выполнена в виде прессованного ПВХ шланга, не­скольких слоев полиэтилентерефталатной пленки или со­четания бумаги и ПВХ пленки.

Для выравнивания электрического поля силовых кабелей напряже­нием 6-10 кВ применяются электропроводящие экраны. В кабелях с бу­мажной изоляцией экраны располагают на поясной изоляции, В качестве экранов ис­пользуется электропроводящая кабельная бумага. Допускается выполнять экран из полупроводящей металлизированной бумаги, поверх которой нало­жена алюминиевая фольга. В кабелях с пластмассовой изоля­цией 6 кВ эк­раны выполняются на жилах и поясной изоляции из электро­проводящего по­лиэтилена.

Защитная герметичная оболочкапредохраняет изоляцию от вредного воздействия влаги, света, газов, кислот и механических повреждений. Обо­лочки выполняются из свинца, алюминия, резины и пластмассы. Лучшими оболочками для кабелей с бумажной изоляцией являются алюминий и сви­нец. Кабели с невлагоемкой пластмассовой изоляцией не нуждаются в ме­тал­лической оболочке, поэтому изготовляются в пластмассовой оболочке.

Алюминиевые оболочки из-за хороших механических характеристик (прочность, стойкость к вибрациям и т.д.) не требуют бронирования. Вы­сокая электрическая проводимость алюминия обусловливает отсутствие экранов и возможность использования оболочки в качестве нулевой жилы. Свинцовые оболочки обладают рядом недостатков: менее прочны по срав­нению с алю­миниевыми; при воздействии вибраций и растягивающих усилий образу­ются трещины; из-за ползучести свинца на наклонных и вертикальных трас­сах наблюдаются необратимые процессы растяжения оболочек в нижних час­тях; свинцовые оболочки подвержены воздействию почвенной и электрохи­мической коррозии.

Пластмассовые оболочки отличаются от изоляционного состава до­бав­кой пластификаторов и стабилизаторов, обеспечивающих повышенную стой­кость против светового старения. Полиэтиленовые и поливинилхло­ридные оболочки более стойки к агрессивным средам по сравнению с алюми­ниевыми и свинцовыми. Оболочки из ПВХ - пластиката обладают боль­шим недостатком − хрупкостью при низких температурах.

Защитные покровы используются для защиты оболочек кабелей от внешних воздействий и в зависимости от конструкции могут состоять из по­душки, бронепокрова и наружного покрова. В зависимости от конструк­ции могут отсутствовать один или два компонента. Подушка накладыва­ется на оболочку и предназначена для ее предохранения от механических поврежде­ний лентами или проволоками брони. Бронепокров предохраняет кабель от внешних механических воздействий и состоит из металлических лент или проволок. Ленты бывают стальные, покрытые битумным соста­вом или оцин­кованные. Проволоки используют стальные оцинкованные диаметром от 1,4 до 6 мм. Наружный покров предназначен для защиты брони от коррозии и выполняется в виде шланга из пластмассы или волок­нистых материалов.

Заполнители предназначены для устранения свободных промежутков между конструктивными элементами кабеля в целях герметизации, прида­ния кабелю необходимой формы и механической устойчивости.

Трехжильные кабели 20-35 кВсостоят из отдельно освинцованных или экранированных жил. Свинцовая оболочка или экран служит для вы­равнива­ния электрических и тепловых полей каждой из фаз. Промежутки между ос­винцованными жилами заполняют пропитанной кабельной пря­жей. Все три жилы скручивают друг с другом и покрывают стальной бро­ней. В качестве защитного покрова брони от коррозии используют кабель­ную пряжу, пропи­танную битумным составом.

Кабели переменного тока 110 кВ и выше изготовляют одножиль­ными, маслонаполненными. Кабели выполняются с полой токоведущей жилой и с бумажной изоляцией, пустоты изоляции и жилы заполнены мас­лом под по­стоянным избыточным давлением. Для поддержания давления масла в кабеле используются специальные насосные станции, устанавли­ваемые по концам кабеля и по трассе.

Марки кабеля состоят из начальных букв слов, характеризующих их конструкцию. Рядом с маркой кабеля указывают число и сечение токо­веду­щих жил.

Кабельная арматурапредназначена для соединения отдельных от­рез­ков (строительных длин) кабеля, а также для присоединения концов ка­белей к аппаратуре или шинам распределительных устройств. Арматура для соеди­нения отрезков кабеля – соединительные муфты. Арматура для оконцевания кабелей на открытом воздухе и внутри помещений – конце­вые муфты и кон­цевые заделки. Основное назначение всех муфт и заделок - герметизация ка­белей в местах соединений и оконцеваний.

В системах электроснабжения применяются различные способы про­кладки кабельных линий:в траншеях, в трубах, в каналах, в блоках, в тунне­лях и коллекторах, на лотках, на эстакадах и в галереях, на тро­сах.

При выборе способа прокладки кабелей необходимо помнить о требо­ва­ниях надежности работы того оборудования, которое получает пи­тание от кабеля. В частности, необходимо помнить, что прокладка кабелей в тран­шеях, являясь самой дешевой, одновременно является самой нена­дежной. Известно, что около 80% всех отказов кабелей разных напряжений и спосо­бов прокладки приходится именно на кабели, проложенные в траншеях. Наи­более надежными являются прокладки на эстакадах и в тун­нелях.

Рис.3.21

Прокладка кабельных линий в траншеях. Вне помещений кабели обычно прокладываются в земляных траншеях. Это наиболее простой и эко­номич­ный способ прокладки, рис.3.21. Допустимые токи на кабели, проложенные в земле, при­мерно в 1,3 раза больше, чем при прокладке на воздухе. Однако он явля­ется и са­мым не­надежным. В траншее может быть проложено от 1 до 6 ка­белей на­пряжением до 10 кВ. При большем количестве ухудшаются усло­вия их охла­ждения. Глубина прокладки кабеля должна быть не менее 0,7м. Кабели ук­ладывается на подушку в один ряд на дне траншее «змейкой», для компенсации температурных де­формаций и устранения влияния смещения почвы. Сверху кабели засыпают грунтом. Для защиты КЛ от механических повреждений ее по всей длине поверх верхней подсыпки покры­вают бетонными плитами или кирпичом.

Прокладка кабелей в трубах. При необходимо­сти прокладки кабелей на глу­бине менее 0,7м, в местах пересечения с же­лезно­дорожными путями, автодо­рогами, в тех случаях, когда необходимо защищать ка­бели от воздействия аг­рессивных грунтов и блуждающих токов, их необ­ходимо прокладывать в трубах. Для этой цели применяют стальные, чу­гунные, асбо­цементные, кера­мические и пластмассовые трубы. Внутрен­ний диаметр труб для прокладки кабеля должен быть не менее двукрат­ного наружного диа­метра кабеля. Прокладка кабелей в каналах. Кабельные каналы следует использо­вать при внутрицеховой и внецеховой прокладках, рис 3.22. Каналы выпол­няют из унифициро­ванных железобетонных лот­ков с перекры­тиями, из железобетонных плит с основаниями и перекрытиями из монолитного железобе­тона, а также из

Рис. 3.22

кирпича. Этот способ про­кладки по­зволяет обеспечить осмотры и ре­монты ка­бельных линий в процессе эксплуата­ции без производства земляных работ, кроме того, обеспечивается защита кабелей от механи­че­ских повреждений, блуждающих токов и аг­рессивности грунта. Располо­жение кабелей на каналах на конструкциях мо­жет быть различным в зависи­мости от размеров канала: на одной стенке на подвесах, на одной стенке на полках, на двух стенках на подвесах, по дну ка­нала. В кабельном канале мо­жет быть проложено от 6 до 35 кабелей.

Прокладка кабелей в блоках. Этот вид прокладки рекомендуется в местах пересечений с железными и автомо­бильными дорогами, в условиях стес­ненности по трассе, при возможности пролива расплавленного металла, при агрессивных средах, при необходимости защиты от блуждающих токов, рис.3.23.

Рис. 3.23

Кабельный блок представляет со­бой сооруже­ние из асбоцементных, бе­тонных или керамических труб для про­кладки в них кабелей. Трубы уклады­вают в несколько рядов на бетонное ос­нование. По­сле стыковки трубы скрепляют бетоном в общий блок. В местах соединений и ответвлений кабелей, а также на прямых участках длиной бо­лее 150м устраивают кабельные колодцы, облегчающие протяжку кабелей через от­ветвления блоков.

Прокладка кабелей в туннелях и коллекторах. Кабельным туннелем назы­вается закрытое сооружение (коридор) вы­сотой до 2,5м, с расположенными в нем опорными конст­рукциями для размещения на них кабелей, со свободным проходом по всей длине. Туннели обору­дуют по­жарной сигнализа

Рис. 3.24

цией, обеспечивают на­дежной гидроизоляцией от грунтовых вод и вентиляцией для сни­же­ния температуры нагрева кабеля, рис.3.24. Туннельная канализация электро­энергии целесообразна при совмест­ной прокладке более 30 кабелей.

Коллектором называется подземное сооружение круглого или прямо­угольного профиля, предназначен­ное для совместного размещения кабель­ных линий, во­допровода и теплопровода.

Прокладка кабелей на лотках.Лотки предназначены для открытой про­кладки кабе­лей. На лотках разрешается производить ук­ладку неброниро­ванных кабелей напряже­нием до 1к В и сечением не более 16 мм².

Рис. 3.25

Рис. 3.26

Лотки представляют собой металличе­ские конструкции корытообраз­ного сечения, сплошные, перфорированные или решетчатые и не являются защитой от механических по­вреждений, рис.3.25. Лотки устанавливаются на опорных конструкциях, по стенам и по перекрытиям на высоте не менее 2 м от уровня пола. В электро­технических помещениях, обслуживаемых специ­ально обученным персона­лом, высота не нормируется.

Прокладка кабелей на эстакадах и в галереях. Прокладка кабелей в за­крытых галереях и на открытых эстакадах применяется на территории, за­груженной подземными коммуникациями, при большой агрессивности почвы, коррозии, затрудняющих прокладку кабелей другими способами, рис.3.26.

Прокладки кабелей на тросах. Прокладка кабелей напряжением до 1 кВ допускается как внутри, так и вне помещений. Монтаж кабелей на тросах применяется в особых случаях, когда другие способы прокладки неприме­нимы по каким-либо соображениям. Кабели, прокладываемые вне помеще­ний, должны иметь защитное негорючее наружное покрытие. Выбор троса определяется нагрузкой. В качестве тросов применяются сплетенные из стальных оцинкованных проволок канаты или круглая стальная проволока.