Кабельные линии

Кабельные линии стали основным способом передачи элек-троэнергии для промышленных предприятий и городов, что объясняется большей надежностью, отсутствием атмосферных воздействий и в тех случаях, когда имеет место стесненная территория. Кабели, предназначенные для передачи электрической энергии, для питания силовых и осветительных установок, называют силовыми, а кабели для присоединения к приборам и аппаратам распределительных устройств – контрольными.

Силовые кабели состоят из одной, двух, трех или четырех изолированных токопроводящих жил 1, находящихся в герметичной защитной оболочке 5 и броне 7 (рис. 3.6) [3, 5]. Токопроводящие жилы, медные или алюминиевые, могут быть однопроволочными и многопроволочными. Они изолируются друг от друга 2 и от оболочки 4. Изоляция жил выполняется из резины, пластмассы, из пропитанной кабельной бумаги, из сшитого полиэтилена. Защитная оболочка 5 защищает изоляцию жил кабеля от влаги и воздуха и выполняется из свинца, алюминия, поливинилхлорида и негорючей резины. Для предохранения оболочки от повреждений при наложении брони и изгибах кабеля на нее накладывается защитный покров 6, пропитанный антикоррозионным битумным составом. Броня 7, выполняемая из ленточной стали или оцинкованной проволоки, играет роль защиты оболочки от внешних механических воздействий. Снаружи кабель защищен защитным покровом 8 на синтетической или битумной основе.

а в

г

д

б е

Рис. 3.6. Силовые кабели:

а – четырехжильный напряжением 380 В; б – трехжильный с бумажной изоляцией напряжением 10 кВ; в – трехжильный напряжением 35 кВ; г – маслонаполненный высокого давления; д – одножильный с пластмассовой изоляцией;

1 – токопроводящие жилы; 2 – изоляция жилы относительно других жил;

3 – бумажный наполнитель; 4 – изоляция жил относительно оболочки;

5 – защитная оболочка; 6 – защитный покров оболочки, 7 – стальная броня,

8 – наружный защитный покров

Для обозначения силового кабеля указывают его маркировку, а также номинальное напряжение и сечение жил. Маркировка зависит от материала токопроводящих жил, герметической оболочки и типа наружного защитного покрова. Например, четырехжильный силовой электрический кабель с однопроволочными алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке с наружным покровом, позволяющим прокладку в земле, рассчитанный на напряжение до 1 кВ, сечением жил по 185 мм², имеет следующее обозначение: ААБШв(ож) 4×185-1.

Обозначения марок кабелей соответствуют их конструкции. Кабели с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами имеют марки: ААБАСБ, АСШв. Первая буква обозначает материал жил (А – алюминий, отсутствие впереди буквы А в маркировке означает наличие медной жилы), вторая буква – материал оболочки (А – алюминий, С – свинец) каждой из трех отдельно изолированных жил кабеля. Буква Б означает, что кабель бронирован стальными лентами, Шв – наружный покров выполнен в виде шланга из поливинилхлорида. ОЖ в конце марки кабеля означает кабель с однопроволочными жилами.

Широкое применение нашли кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые выпускаются трех- и одножильными. Силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (КСПЭ) получили распространение в США, странах Западной Европы и Японии. Применение КСПЭ обусловлено рядом их достоинств:

низкая повреждаемость, процент электрических пробоев КСПЭ на два – три порядка ниже, чем кабелей с бумажной изоляцией;

· допустимая температура нагрева в продолжительном режиме составляет 90⁰С, а в кратковременном режиме (при токе внешнего по отношению к кабелю КЗ) – 250⁰С. Благодаря этому при температуре жилы плюс 65⁰С существенно уменьшается износ изоляции по сравнению с кабелями с бумажной или иной изоляцией;

· небольшая масса, меньший диаметр и радиус изгиба, легкость прокладки;

· возможность прокладки на пересеченной местности, в вертикальных и наклонных коллекторах;

· прокладка и монтаж кабелей могут осуществляться при температуре до минус 15 … 20⁰С без предварительного подогрева с радиусом изгиба до 15 наружных диаметров;

· высокоэкологичны;

· большая строительная длина (2…4 км) при использовании однофазного кабеля.

К недостаткам КСПЭ относятся:

· невысокая термическая стойкость экранов кабелей при междуфазных КЗ, необходимость фиксации кабелей по всей трассе;

· повреждения оболочки кабелей при прокладке и монтаже способствуют развитию в изоляции водных триингов (древовидных полостей, заполняющихся водой), трудно обнаруживаемых при диагностировании.

Название «сшитый» полиэтилен получил из-за технологии изготовления. Однофазный КСПЭ состоит из следующих элементов (рис. 3.7) [3]:

· круглой медной или алюминиевой многопроволочной жилы 1;

· полупроводящего слоя 2;

· изоляции из сшитого полиэтилена 3;

· электропроводящего слоя по изоляции 4;

· электропроводящей ленты 5;

· экрана из медных проволок и медной ленты 6;

· разделительного слоя 7;

· полиэтиленовой оболочки из полиэтилена повышенной прочности или оболочки из поливинилхлоридного (ПВХ) пластификата пониженной горючести 8.

Рис. 3.7. Однофазный КСПЭ

Следует учитывать, что КСПЭ имеют повышенную, по сравнению с другими кабелями, емкость относительно земли, т.е. повышенный емкостный ток.

Кабели изготовляются отрезками ограниченной длины в зависимости от напряжения и сечения. При прокладке отрезки соединяют друг с другом посредством соединительных муфт, герметизирующих места соединения. Концы жил кабелей освобождают и заделывают в соединительные зажимы.

Для кабелей напряжением до 1 кВ применяют эпоксидные или чугунные соединительные муфты (рис. 3.8) [3 – 5].

Рис. 3.8. Чугунная соединительная муфта для трехжильных кабелей напряжением до 1 кВ:

1 – корпус; 2 – трехфазный кабель; 3 – фарфоровая распорка; 4 – соединительный зажим

Число соединительных муфт на 1 км вновь строящихся кабельных линий регламентируется в зависимости от питающего напряжения (например, должно быть не более 4 шт. для трехжильных кабелей 1-10 кВ сечением до 3×70 мм²).

Для кабелей с пластмассовой изоляцией применяют соединительные муфты из термоусаживаемых изоляционных трубок, число которых соответствует числу жил кабеля, и одной шланговой термоусаживаемой трубки (рис. 3.9) [3-5].

Рис. 3.9. Соединительная муфта для кабеля с пластмассовой изоляцией напряжением до 1 кВ

Изоляционные трубки изолируют токопроводящие жилы, а шланговая трубка восстанавливает оболочку в месте соединения. Для присоединения кабелей к электрическим аппаратам распределительных устройств служат концевые муфты и заделки. На рис. 3.10, а приведена мастиконаполненная трехфазная концевая муфта наружной установки с фарфоровыми изоляторами для кабелей напряжением 10 кВ. Для трехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией напряжением 10 кВ применяется концевая муфта, представленная на рис. 3.10, б). Она состоит из термоусаживаемой перчатки 1, стойкой к воздействию окружающей среды, и полупроводящих термоусаживаемых трубок 2, с помощью которых на конце трехжильного кабеля создаются три одножильных кабеля. На отдельные жилы надеваются изоляционные термоусаживаемые трубки 3. На них монтируется нужное количество термоусаживаемых изоляторов 4.

Рис. 3.10. Концевые муфты для трехжильных кабелей напряжением 10 кВ:

а – наружной установки с фарфоровыми изоляторами; б – наружной установки с пластмассовой изоляцией; в – внутренней установки с сухой разделкой

Металлические оболочки сопрягаемых кабелей соединяют в муфтах между собой и с корпусами муфт по всей длине линии. В концевых заделках эти оболочки присоединяют к общему контуру заземления объекта. Для кабелей напряжением 10 кВ и ниже с пластмассовой изоляцией во внутренних помещениях применяют сухую разделку (рис. 3.10, в). Разделанные концы кабеля с изоляцией обматывают липкой полихлорвиниловой лентой и лакируют, концы кабеля герметизируют кабельной массой.

Проектирование и сооружение кабельных линий (KЛ) должны производиться с учетом развития сети, ответственности и назначения линий, характера трассы, способа прокладки, конструкций кабелей. Трассы кабельных линий следует прокладывать по возможности в грунтах, не агрессивных по отношению к металлическим оболочкам кабелей. При выборе трассы KЛ стараются достичь наименьшего расхода кабеля и обеспечить его защиту от механических повреждений, коррозии и вибрации, повреждения электрической дугой при замыкании в соседнем кабеле.

Кабели при подземной прокладке располагают в траншеях, блоках, каналах, туннелях и коллекторах; выше нулевой отметки (с учетом проходов и проездов) – на эстакадах и в галереях, на тро-сах, конструкциях, стенах. Внутри помещений кабели прокладывают на специальных стальных конструкциях либо по конструкциям зданий в лотках, коробах, трубах или открыто (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Способы прокладки кабелей и кабельные сооружения:

а – земляная траншея; б – коллектор; в – туннель; г – канал;

д – эстакада; е – блок

В целях удешевления необходимо рассматривать возможность прокладки силовых и контрольных кабелей совместно с кабелями связи, водо-, тепло- и воздухопроводами в общих коллекторах. Кабельные сооружения необходимо рассчитывать на дополнительную прокладку не менее 15% кабелей сверх предусмотренных проектом для всех очередей строительства (резерв для подсоединения дополнительных потребителей во время эксплуатации). При прокладке в помещениях с агрессивной средой следует применять кабели, стойкие к воздействию этой среды.

Наиболее простой и дешевой является прокладка кабелей в траншеях (рис. 3.11, а) [4, 5]. Она экономична и по расходу цветного металла, так как допустимые токи на кабели больше (примерно в 1,3 раза) при прокладке в земле, чем в воздухе.

Прокладка в траншеях не применяется:

· на участках с большим числом кабелей;

· при большой насыщенности территории подземными и наземными технологическими и транспортными коммуникациями и другими сооружениями;

· на участках, где возможно растекание горячего металла или жидкостей, разрушающе действующих на оболочку кабелей;

· в местах, где возможны блуждающие токи опасных значений, большие механические нагрузки, размытие почвы и т.п.

Для прокладки в земле следует применять преимущественно бронированные кабели, металлические оболочки которых должны иметь внешний покров для защиты от химических воздействий. В одной траншее с силовыми допускается прокладка трех-четырех контрольных кабелей. При определении длины прокладываемого кабеля необходимо учитывать, что для компенсации температурных деформаций и возможных смещений почвы (механических напряжений) кабели в траншеях укладываются волнообразно (змейкой), что увеличивает длину на 1…2%.

Опыт эксплуатации кабелей, проложенных в земляных траншеях, показал, что при всяких разрытиях кабели часто повреждаются. Поэтому не следует прокладывать в одной траншее более шести кабелей. В последнее время получила распространение бестраншейная прокладка кабеля в земле, которая допускается для одиночного бронированного кабеля напряжением до 10 кВ со свинцовой или алюминиевой оболочкой на участках открытой местности и на участках кабельных трасс, удаленных от подземных инженерных сооружений. В городских электросетях и на территориях промышленных предприятий, на участках, имеющих подземные коммуникации и пересечения с инженерными сооружениями, бестраншейная прокладка кабелей запрещается.

Прокладка кабелей в блоках (рис. 3.11, е) рекомендуется в местах пересечения с железными и автомобильными дорогами; в условиях стесненности по трассе (при большом числе других подземных коммуникаций и сооружений), когда не рекомендуется прокладка в траншеях. В местах изменения направления трассы или глубины заложения блоков, а также на прямолинейных участках большой длины выполняют кабельные колодцы. Число колодцев на прямых участках блока должно быть минимальным.

Внутри кабельных сооружений (помещений) кабели прокладывают на стальных конструкцияхразличного исполнения. Кабельным сооружением называется помещение, специально предназначенное для размещения в нем кабелей, кабельных муфт, а также маслоподпитывающих аппаратов и другого оборудования, предназначенного для обеспечения нормальной работы маслонаполненных кабелей. К кабельным сооружениям относятся: кабельные туннели, каналы, короба, блоки, шахты, этажи, двойные полы, кабельные эстакады (рис. 3.11, д), галереи, камеры, подпитывающие пункты. Кабельные сооружения должны отделяться от других помещений и соседних кабельных сооружений несгораемыми перегородками и перекрытиями.

Кабели больших сечений (алюминиевые 25 мм² и более, медные 16 мм² и более) укладывают непосредственно на конструкциях. Силовые кабели меньших сечений и контрольные кабели прокладывают в лотках (сварных или перфорированных) или в коробах, которые крепят на кабельных конструкциях или стенах. Прокладка в лотках более надежна и имеет лучший внешний вид, чем открытая прокладка на конструкциях.

Кабельные сооружения, за исключением эстакад, колодцев для соединительных муфт, каналов и камер, должны обеспечиваться естественной или искусственной вентиляцией. Кабельные туннели (рис. 3.12) и коллекторы (рис. 3.11, б) рекомендуется сооружать в городах и на предприятиях с уплотненной застройкой территории или при большом насыщении территории подземными инженерными коммуникациями, а также на территориях боль-ших металлургических, машиностроительных и других предприя-тий. Кабельные туннели сооружают, как правило, при числе прокладываемых кабелей от 20. Туннели обычно выполняют роль ма-гистральных. Кабельные туннели прямоугольного сечения предназначены для двусторонней и односторонней укладки кабелей.

При двустороннем расположении кабельных конструкций контрольные кабели следует размещать по возможности на противоположной стороне от силовых кабелей. При одностороннем расположении конструкций контрольные кабели следует размещать под силовыми кабелями и разделять их горизонтальной перегородкой. Широкое применение находит прокладки кабелей в кабельных каналах (рис. 3.11, г). Кабельные каналы изготовляют типовыми из сборных железобетонных элементов или монолитного железобетона. В производственных помещениях каналы перекрывают плитами на уровне пола. Кабели в каналах прокладывают на конструкциях различного исполнения, возможно также и по дну канала. Число кабелей в канале может колебаться в широких пределах и зависит от диаметров кабелей и марки типового канала; в каналах максимальных размеров можно положить до 50…60 силовых кабелей. В электромашинных помещениях каналы можно перекрывать рифленым железом, а в помещениях щитов управления с паркетными полами – деревянными щитами с паркетом. Кабельные каналы следует рассчитывать с учетом возможности дополнительной прокладки кабелей не менее 10% от проложенных. Для прокладки в каналах применяют кабели с оболочками, не распространяющими горение.

Рис. 3.12. Размещение кабелей в туннелях и коллекторах

прямоугольного сечения:

а – проходной с двусторонним расположением полок; б – проходной с односторонним расположением полок; в – проходной трехстенный с четырехсторонним расположением кабелей; г – проходной с односторонним расположением кабелей; 1 – блок туннеля; 2 – стойка; 3 – полка; 4, 14 – подвеска; 5 – перегородка огнестойкая; 6 – лоток сварной; 7 – зона пожароизвещателей и трубопроводов механизированной уборки пыли и пожаротушения; 8 – светильник;

9, 10 – силовые кабели выше 1 кВ (9) и до 1 кВ (10); 11 – контрольные кабели; 12 – муфта соединительная в защитном кожухе;

13 – полка для укладки соединительных муфт

Эстакады и галереи (рис. 3.13) являются альтернативой туннелям и блокам. Прокладка кабелей напряжением до 10 кВ сечением до 240 мм² на эстакадах и в галереях применяется для магистральных и межцеховых электрических сетей по территориям промышленных предприятий. Применение специальных кабельных эстакад рекомендуется в качестве основного вида прокладки по территориям химических и нефтехимических предприятий. Допускается использовать технологические эстакады для совмещенной прокладки трубопроводов и кабелей. На рис. 3.13 представлены галереи и кабельные эстакады различных исполнений из унифицированных элементов.

Рис. 3.13. Прокладка кабелей на эстакадах и галереях:

а – эстакада проходная железобетонная; б – эстакада проходная металлическая; в – галерея односторонняя; г – галерея двухстороння металлическая; 1 – железобетонное основание; 2 – железобетонная колонна; 3 – кабели; 4 – кабельная конструкция (стойка и полки); 5 – железобетонная балка; 6 – солнезащитный козырек; 7 – съемные защитные панели; 8 – стационарные солнезащитные панели; 9 – металлический настил; 10 – металлическая траверса; 11 – основная траверса; 12 – металлическая колонна; 13 – железобетонная траверса; 14 – основные несущие железобетонные балки; 15 – профиль стальной (только в местах стыка солнезащитных панелей)

В тех случаях, когда другие виды прокладки кабелей не могут быть применены по технологическим, конструктивным или экономическим соображениям, используют прокладку кабелей на тросах (на стальном канате). Прокладка силовых кабелей на тросах применяется в сетях напряжением до 1 кВ как внутри помещений (цехов), так и вне их.