Общая характеристика кабельных линий
Зарождение в начале XIX в. техники передачи электроэнергии по изолированным проводникам, получившим впоследствии общее название «кабели», было связано с необходимостью передачи электрических сигналов. Силовые кабели появились в конце XIX в. вместе с первыми электрическими генераторами и началом развития электроснабжения. В настоящее время силовые кабельные линии сооружаются в тех случаях, когда строительство воздушных линий нецелесообразно по причинам экономического, архитектурно-планировочного или экологического характера.
Совокупность этих причин в наибольшей степени проявляется при решении вопросов электроснабжения крупных городов и промышленных зон, где в большинстве случаев приходится считаться с необходимостью отчуждения достаточно больших территорий под трассы воздушных линий, а также с экологическими и эстетическими недостатками их сооружения в густонаселенных районах. Поэтому в последние десятилетия для электроснабжения таких районов все шире используются кабельные линии, а в крупнейших городах с целью высвобождения территории для жилищного строительства все чаще ранее сооруженные воздушные линии заменяются кабельными. Кроме того, кабельные линии в ряде случаев являются единственным средством передачи электроэнергии через большие водные пространства, на подходах к аэропортам, а также для обеспечения выдачи мощности гидроэлектростанций, если отсутствует возможность связи трансформаторов и распределительного устройства высшего напряжения по воздушным линиям.
Кабельные линии, прокладываемые по городским или промышленным территориям, в большинстве случаев являются закрытыми сооружениями, причем чаще всего подземными. Вследствие этого они защищены от воздействия ветра и гололедных нагрузок, однако подвержены другим отрицательным внешним воздействиям. При прокладке кабелей в грунте ими являются наличие влаги, химическая агрессивность почвы, наличие блуждающих токов, возможность механических повреждений механизмами при проведении земляных работ, дополнительный нагрев от проложенных вблизи теплотрасс или других источников теплоты и т.п. В связи с этим конструкции как собственно кабеля, так и кабельной линии в целом должны предусматривать защиту от указанных воздействий. Поэтому поверх электрической изоляции кабеля накладывается металлическая оболочка, которая, в свою очередь, имеет те или иные защитные покровы, в том числе в ряде случаев и металлическую броню для защиты от механических повреждений.
Кабельная линия (КЛ) как электроустановка состоит из следующих элементов: собственно силового кабеля (или кабелей), оборудования для соединения и секционирования участков кабеля и присоединения концов кабеля к аппаратуре и к шинам распределительных устройств (кабельная арматура), а также аппаратуры подпитки маслом или газом (для масло- и газонаполненных кабелей). Кабели могут прокладываться не только в земляных траншеях, но и в различных кабельных сооружениях — в коллекторах, туннелях, каналах, блоках, шахтах, в кабельных этажах и двойных полах, по эстакадам и в галереях. Кабельная арматура иногда вместе с аппаратурой подпитки может размещаться в кабельных колодцах или камерах. В специальных зданиях располагаются автоматические подпитывающие установки маслонаполненных кабельных линий высокого давления. Таким образом, кабельная линия, в особенности при номинальных напряжениях 110 кВ и более, представляет собой достаточно сложное техническое сооружение.
Классификация кабельных линий в основном соответствует классификации ее главных элементов, т.е. кабелей. Основными признаками этой классификации являются [10.2, 10.17]:
род тока;
значение номинального напряжения Uном;
число токоведущих элементов;
материал токоведущих элементов;
электроизоляционный материал (ЭИМ);
характер пропитки и способ увеличения электрической прочности бумажной изоляции;
материал оболочек.
Отметим, что данные признаки относятся лишь к кабелям, работающим в условиях естественного охлаждения. Рассмотрение кабельных линий с форсированным охлаждением водой или маслом, а также криогенных кабелей является предметом специального курса, поэтому здесь эти нетрадиционные типы кабельных линий не рассматриваются, равно как и кабельные линии, использующие в качестве основной изоляции сжатый газ [10.2].
Итак, по роду тока различаются силовые кабели переменного и постоянного тока. Кабели переменного тока по величине Uном делятся на кабели низкого (до 1 кВ), среднего (1—35 кВ) и высокого напряжения (110 кВ и выше). По числу токоведущих элементов различают кабели одно-, двух-, трех- и четырехжильные. Двух- и четырехжильные кабели используются в сетях с номинальным напряжением до 1 кВ. Последние применяются в четырехпроводных сетях переменного тока, поэтому четвертая жила выполняет функцию нулевого провода и ее сечение обычно меньше сечения фазных жил. Одножильные и преимущественно трехжильные кабели используются в сетях с Uном= 3-35 кВ. Кабели более высоких напряжений, как правило, одножильные.
По материалу токоведущих элементов различают кабели с медными, алюминиевыми и натриевыми жилами. В последнее время в связи с дефицитностью и высокой стоимостью меди при Uном < 35 кВ преимущественно изготовляются кабели с алюминиевыми жилами. Кабели с натриевыми жилами на сегодня еще не получили широкого распространения, и их ограниченное количество находится в стадии экспериментальных исследований и опытной эксплуатации.
Электрическая изоляция токопроводящих жил (ТПЖ) рассматриваемых традиционных конструкций кабелей может быть реализована с использованием различных электроизоляционных материалов (ЭИМ). В настоящее время промышленность выпускает кабели с бумажной пропитанной, пластмассовой и резиновой изоляцией. Последние изготовляются в ограниченном количестве на напряжения до 1 кВ. Производство кабелей с пластмассовой изоляцией в настоящее время расширяется, поскольку они имеют ряд преимуществ по сравнению с кабелями с бумажной пропитанной изоляцией, основными из которых являются простота изготовления, большее удобство монтажа и эксплуатации, а также большие допустимые температуры нагрева в стационарных режимах, при перегрузках и коротких замыканиях.
Бумажная электрическая изоляция кабелей с номинальным напряжением до 35 кВ для увеличения электрической прочности пропитывается составами различной вязкости. При этом различают кабели, пропитанные нормально, обедненно и нестекающим составом. При Uном > 110 кВ вязкая пропитка не обеспечивает требуемой электрической прочности изоляции при экономически приемлемых габаритах кабеля. Поэтому для таких кабелей увеличение электрической прочности достигается заполнением бумажной изоляции маслом или газом под давлением. В первом случае кабели получили название маслонаполненных, во втором — газонаполненных.
Как уже упоминалось, защита бумажной электрической изоляции кабелей от увлажнения при хранении и в процессе монтажа и дальнейшей эксплуатации линии обеспечивается наложением металлических оболочек. Кабели с такой изоляцией в нашей стране изготовляют в свинцовых и алюминиевых оболочках. В последнем случае оболочка может выполняться гладкой или гофрированной (для обеспечения требуемой гибкости). Неметаллические оболочки (из пластмассы или резины) применяются для кабелей с синтетической или резиновой изоляцией.
Из перечисленных выше разновидностей кабелей далее основное внимание будет уделено кабелям переменного тока среднего и высокого напряжений с бумажно-масляной изоляцией, как нашедшим сегодня наиболее широкое применение при построении систем электроснабжения крупных городов и промышленных предприятий, а также тем элементам, которые в совокупности с названными кабелями образуют кабельную линию электропередачи.
Надежность работы всей кабельной линии во многом определяется надежностью ее арматуры, т.е. муфт различного типа и назначения. Кабельные муфты высокого напряжения можно классифицировать по трем основным признакам [10.18].
По назначению муфты делятся на три основные группы — концевые, соединительные и стопорные, причем среди концевых выделяют открытые муфты и кабельные вводы в трансформаторы и аппараты высокого напряжения, а среди соединительных — собственно соединительные, ответвительные и соединительно-разветвительные муфты.
По виду электрической изоляции муфты делятся на две группы: со слоистой и с монолитной изоляцией. Слоистая изоляция выполняется путем намотки лент из кабельной бумаги, синтетической пленки или их композиции и заполняется той или иной изолирующей средой (маслом, газом) под избыточным давлением или без него. Монолитная изоляция образуется методом экструзии или спеканием ЭИМ в подогреваемых пресс-формах.
По роду тока различают муфты для кабелей переменного, постоянного и импульсного тока. Муфты кабелей переменного тока могут выполняться однофазными и трехфазными.
Конструкция муфт силовых кабелей высокого напряжения в первую очередь определяется типом кабеля, для которого они предназначены. Последний же из основных элементов кабельной линии — аппаратура подпитки — будет рассмотрен в § 10.9, где описываются маслонаполненные кабельные линии.
Дата добавления: 2014-12-21; просмотров: 2375;