«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru
16
Тема номера
ÈÑÏÛÒÀÍÈß ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ËÈÍÈÉ
Испытания оболочки
кабельных линий 6—500 кВ,
защищённых ОПН
Михаил ДМИТРИЕВ, заместитель генерального директора по научной работе
ПКБ «РосЭнергоМонтаж», г. Санкт-Петербург, к.т.н.
СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ
ЭКРАНОВ С ЗАЩИТНЫМИ ОПН
В настоящее время проектирование и строитель-
ство кабельных сетей 6—500 кВ ведётся с примене-
нием однофазных кабелей с изоля-
цией из сшитого полиэтилена. Такие
кабели имеют медную или алюмини-
евую жилу, слой изоляции, медный
экран, требующий заземления, обо-
лочку, препятствующую проникнове-
нию воды.
Поскольку простое двустороннее
заземление экранов (рис. 1а) при-
водит к появлению в них наведён-
ных токов промышленной частоты
и вызванных ими потерь активной
мощности [1, 2], то на практике при-
меняют альтернативные схемы —
одностороннее заземление экра-
нов (рис. 1б) или их транспозицию
(рис. 1в).
Для защиты оболочки кабеля от
импульсных перенапряжений, наводи-
мых с жилы кабеля, в местах раззем-
ления экранов или их транспозиции
устанавливаются ограничители пере-
напряжений нелинейные (ОПН). Они
размещаются в концевых коробках
КК-ОПН или коробках транспозиции
КТ-ОПН, связь которых с концевыми
муфтами (МК) и транспозиционными
муфтами (МТ) выполняется при помо-
щи провода, соединенного с полиэти-
леновой изоляцией (ППС).
Провод ППС имеет медную жилу,
покрытую слоем изоляции, электри-
ческая прочность которой близка к
прочности оболочки силового кабеля
и имеет такую же стойкость к воз-
действию повышенных температур.
Рис. 1. Основные схемы соединения и заземления экранов
однофазных силовых кабелей 6—500 кВ
а — заземление с двух сторон; б — заземление с одной стороны;
в — транспозиция экранов.
Сечение жилы провода ППС принимается равным
сечению медного экрана силового кабеля на том
основании, что эти токоведущие части включены
последовательно [3].
«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru
17
Тема номера
ÈÑÏÛÒÀÍÈß ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ËÈÍÈÉ
Как показано на рис. 1, провод ППС может ис-
пользоваться не только для присоединения к экра-
нам кабеля коробок с ОПН, но и для вывода экра-
нов из концевых муфт и их заземления по концам
кабеля.
ИСПЫТАНИЯ ОБОЛОЧКИ КАБЕЛЯ
С ОТКЛЮЧЁННЫМИ ОПН
Электрическая прочность оболочки однофазного
кабеля 6—500 кВ существенно зависит от наличия/
отсутствия её повреждений. Однако, как правило,
прочность оболочки не хуже, чем у типового обору-
дования, применяемого в электрических сетях но-
минальным напряжением 6 (10) кВ. По этой причине
для защиты оболочки от импульсных перенапряже-
ний в концевых коробках и коробках транспозиции
наиболее часто применяются стандартные ОПН
класса напряжения 6 кВ [3].
От целостности оболочки однофазного кабеля
зависит надёжность его работы, поскольку основ-
ным назначением оболочки является исключение
попадания влаги в главную изоляцию из сшитого по-
лиэтилена. Из-за этого сразу после монтажа кабе-
ля и далее с некоторой периодичностью в процессе
эксплуатации оболочку каждого кабеля проверяют,
для чего разземляют экран и прикладывают между
ним и землёй постоянное испытательное напряже-
ние U
И
=10 кВ на время, равное 1 минуте [4].
При приложении испытательного постоянного на-
пряжения 10 кВ под его воздействием оказывается
не только непосредственно оболочка кабеля, но и
все ОПН, подключённые между экраном и землёй
в концевых коробках или в коробках транспозиции.
Под действием испытательного напряжения 10 кВ
любые ОПН, применяемые в настоящее время для
защиты оболочки, будут пропускать через себя с
экрана кабеля в землю постоянный ток I
ОПН
в не-
сколько мА и даже более, который испытательная
установка будет ошибочно классифицировать уже
как повреждение оболочки кабеля.
Следовательно, перед проведением испытаний
оболочки кабельных линий требуется отключение
всех ОПН, установленных в концевых кабельных
коробках или коробках транспозиции. После прове-
дения испытаний оболочки такие ОПН должны быть
возвращены на свои места.
На рис. 2 в качестве примера показана схема ис-
пытаний оболочки кабельной линии, имеющей одно-
стороннее заземление экранов. При приложении
к оболочке испытательного напряжения U
И
в ОПН,
установленном в концевой коробке КК-ОПН, будет
протекать ток проводимости I
ОПН
. Следовательно,
испытательное оборудование будет фиксировать
снижение сопротивления оболочки (рис. 2а), т.е. в
результате таких испытаний будет принято ошибоч-
ное решение искать место повреждения оболочки и
выполнять её ремонт, хотя на самом деле оболочка
цела. Для исключения подобных ошибок на время
испытаний надо отключать ОПН (рис. 2б).
Процедура отсоединения/присоединения ОПН
требует открытия/закрытия кабельных коробок, что
нежелательно. Прежде всего это касается не конце-
вых коробок, а коробок транспозиции, которые уста-
новлены по трассе линии в колодцах транспозиции,
расположенных под землей. Такие колодцы нередко
оказываются заполненными грунтовой, дождевой,
талой водой, и поэтому к герметичности коробок
транспозиции предъявляются самые высокие тре-
бования. Периодическое вскрытие коробок транспо-
зиции с целью манипуляций ОПН (переход от схемы
рис. 3а к схеме рис. 3б и обратно), безусловно, на-
рушит герметичность коробок. Также следует учиты-
вать, что значительное время занимают:
• предварительная откачка воды из колодца, необ-
ходимая для того, чтобы начать работы по вскры-
тию коробки транспозиции и извлечению из неё
ОПН;
• отвинчивание/завинчивание от 15 до 30 болтов,
расположенных по периметру крышки коробки
транспозиции;
• повторение перечисленных операций для каждо-
го из колодцев транспозиции, которых по трассе
кабеля может быть (3N-1), где N — число полных
циклов транспозиции экранов (N=1 для рис. 1в).
Очевидно, что описанные периодические испы-
тания оболочки кабельных линий постоянным на-
пряжением 10 кВ, требующие предварительного от-
соединения ОПН, являются излишне трудоёмкими,
снижающими надёжность и герметичность схем за-
земления экранов.
Рис. 2. Испытания оболочки кабельной линии
постоянным напряжением 10 кВ
а — с присоединёнными ОПН;
б — с отключёнными ОПН.
«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru
18
ИСПЫТАНИЯ ОТКЛЮЧЁННЫХ ОПН
Помимо проверки целостности оболочки кабеля
целесообразна периодическая проверка исправно-
сти самих ОПН. Испытания ОПН класса напряжения
6 кВ могут быть проведены следующим образом:
• измерение сопротивления ОПН мегаомметром на
постоянном напряжении 2,5 кВ (при этом сопро-
тивление должно быть не менее 3000 МОм);
• измерение тока проводимости ОПН при приложе-
нии к нему переменного напряжения промышлен-
ной частоты 50 Гц, равного по величине наиболь-
шему рабочему напряжению ОПН (при этом ток
должен соответствовать значению, указанному в
паспорте ОПН; как правило, ток не должен пре-
восходить 0,5 мА).
Подобные испытания ОПН проводятся на отклю-
чённых от кабельных коробок ОПН, то есть как раз
в то время, когда выполняются испытания оболочки
кабельной линии постоянным напряжением 10 кВ.
ИСПЫТАНИЯ ОБОЛОЧКИ БЕЗ ВСКРЫТИЯ
КОРОБОК
В настоящее время по названным причинам пол-
ная проверка состояния оболочки кабеля и средств
её защиты от перенапряжений оказывается доста-
точно трудоёмкой: во-первых, испытывается сама
оболочка, а во-вторых, отдельно испытываются от-
ключённые ОПН.
Неудобства заключаются в следующем:
• подготовка испытаний занимает большое время
из-за манипуляций с коробками;
• нарушается заводская герметичность кабельных
коробок с ОПН;
• требуются установки отдельно для испытаний
оболочки, а отдельно — для ОПН.
Очевидно, что основные сложности возникают
именно с расположенными по трассе кабеля короб-
ками транспозиции. Если говорить о надёжности обо-
лочки и ОПН, то оболочка кабеля требует более ча-
Рис. 3. Коробка транспозиции экранов однофазных кабелей
а — с подключёнными ОПН;
б — с ОПН, отключёнными в результате вскрытия коробки;
в — с ОПН, отключёнными разъединителем без вскрытия коробки;
г — со специальными ОПН, имеющими малый ток проводимости.
стой проверки по сравнению
с ОПН. Во-первых, оболочка
непосредственно соприкаса-
ется с грунтом, подвержена
механическим воздействи-
ям, тогда как ОПН установ-
лены в кабельной коробке,
имеющей металлический
корпус. Во-вторых, послед-
ствия повреждения оболоч-
ки для кабельной линии чре-
ваты проникновением воды
в главную изоляцию, т.е.
куда как более серьёзны в
сравнении с повреждением
ОПН. Поэтому есть предпо-
сылки к тому, чтобы миними-
зировать проверки ОПН или даже вовсе от них отка-
заться. В таком случае в узлах транспозиции экранов
можно было бы применять коробки транспозиции,
в которых предусмотрена возможность отключе-
ния/подключения ОПН при помощи разъединителя
(рис. 3в), управление состоянием которого вынесено
на наружную боковую поверхность коробки.
При удачном расположении коробки транспози-
ции КК-ОПН-Р в верхней части колодца манипуля-
ция разъединителем может выполняться без откачки
воды из колодца — просто стоя на коленях на краю
колодца и протянув руку. Возможность выполнять
работы, не спускаясь в колодец, позволит снять во-
просы безопасности обслуживания двухцепных ка-
бельных линий, у которых в одном и том же колодце
транспозиции расположены коробки сразу от первой
и второй цепей (рис. 4).
Так в настоящее время персонал выполняет ра-
боты с коробкой транспозиции одной из цепей, тогда
как рядом в колодце находится коробка транспози-
ции другой цепи, находящейся под напряжением.
Если вдруг коробка работающей цепи имеет вну-
тренние повреждения, то на её корпусе может быть
потенциал, который при неверном выполнении за-
земляющего устройства колодца может представ-
лять опасность для спустившегося в колодец чело-
века, обслуживающего отключённую цепь. Чтобы во
время работ в колодцах транспозиции не подвергать
персонал риску, в некоторых регионах России на
время работ отключается не только интересующая
цепь кабельной линии, но и параллельные ей линии,
что снижает надёжность сети.
Отсутствие необходимости спускаться в колодец
транспозиции, откачивать воду, вскрывать короб-
ки, достигаемое за счёт добавления в конструкцию
коробки разъединителя, ускорит проведение пери-
одических испытаний оболочки, сделает такие ис-
пытания безопасными, позволит не отключать па-
раллельные цепи, повысит надёжность сети.
Тема номера
ÈÑÏÛÒÀÍÈß ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ËÈÍÈÉ
«КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014, www.kabel-news.ru
19
СОВМЕСТНЫЕ
ИСПЫТАНИЯ
ОБОЛОЧКИ И ОПН
Применение кабель-
ных коробок, оснащён-
ных разъединителем,
существенно упрощает
испытания оболочки ка-
бельных линий, однако
в случае необходимости
проверки ОПН вскры-
тия коробок избежать не
удастся. Поэтому реше-
ние рис. 4б хотя и явля-
ется серьёзным шагом в
сторону совершенство-
вания систем испытаний
и диагностики кабельных
линий, но в то же время не является идеальным.
Кардинальным прорывом могло бы стать совме-
щение испытаний оболочки кабельной линии и ОПН,
установленных для её защиты. Это было бы возмож-
но только в результате применения в концевых ко-
робках и коробках транспозиции специальных ОПН,
для которых ток проводимости при воздействии по-
стоянного испытательного напряжения 10 кВ был бы
достаточно мал и не воспринимался как поврежде-
ние оболочки кабеля. Переход на применение таких
специализированных защитных ОПН-С позволил бы
вообще не производить каких-либо манипуляций с
кабельными коробками (рис. 3г).
Лишь в тех редких случаях, когда при приложении
постоянного напряжения 10 кВ испытательное обору-
дование зафиксировало появление тока, протекаю-
щего с экрана на землю, потребуется вскрытие коро-
бок и отсоединение ОПН с целью выяснения причин
появления тока — он связан с повреждением оболоч-
ки кабеля или же он связан с повреждением ОПН?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
В настоящее время в кабельных сетях с но-
минальным напряжением 6—500 кВ типовыми стали
схемы одностороннего заземления экранов или их
транспозиции. При этом в местах разземления экра-
нов или их транспозиции для защиты оболочки кабе-
ля от импульсных перенапряжений устанавливаются
ОПН, размещаемые в концевых кабельных коробках
и коробках транспозиции.
2. Наличие в экранах защитных ОПН заметно
усложняет периодические испытания оболочки ка-
бельных линий постоянным напряжением 10 кВ, по-
скольку на время таких испытаний требуется отклю-
чение от экранов ОПН.
3. Особенно обременительно отключение ОПН
в коробках транспозиции, так как оно требует откачки
воды из колодцев транспозиции, откручивания большо-
го числа болтов, закрывающих крышку коробки транс-
позиции, что рано или поздно приводит к нарушению
герметичности узла транспозиции, сбоям в его работе.
4.
Для ускорения испытаний оболочки кабеля в
схемах заземления экранов кабелей рекомендуется
применение кабельных коробок, у которых имеется
возможность отключения/подключения ОПН за счёт
манипуляций ручкой разъединителя, расположенной
снаружи коробки на её боковой стенке.
5. Лучшим решением проблемы испытаний
оболочки кабеля мог бы стать переход на приме-
нение в кабельных коробках специальных ОПН со
сниженным током проводимости. Переход на приме-
нение коробок с такими ОПН позволит, во-первых,
не отключать ОПН на время испытаний, а во-вторых,
единовременно в процессе приложения постоянного
напряжения 10 кВ проверять как целостность обо-
лочки кабеля, так и исправность самих ОПН.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных
силовых кабелей 6—500 кВ. — СПб.: Изд-во По-
литехн. ун-та, 2010. — 152 с.
2. СТО 56947007-29.060.20.103-2011 «Силовые ка-
бели. Методика расчета устройств заземления
экранов, защиты от перенапряжений изоляции
силовых кабелей на напряжение 110—500 кВ с
изоляцией из сшитого полиэтилена» (Москва,
ОАО «ФСК ЕЭС», 2011).
3. Дмитриев М.В. Выбор и реализация схем зазем-
ления экранов однофазных кабелей 6—500 кВ //
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределе-
ние», № 6 (21), 2013, с. 90—97.
4. СТО 56947007-29.060.20.072-2011 «Силовые ка-
бельные линии напряжением 110—500 кВ. Орга-
низация эксплуатации и технического обслужива-
ния. Нормы и требования» (Москва, ОАО «ФСК
ЕЭС», 2011).
Рис. 4. Колодец транспозиции двухцепной кабельной линии
а — для испытаний оболочки требуется откачка воды, вскрытие коробок, отсоединение ОПН;
б — достаточно открыть люк и повернуть рукоятку разъединителя испытуемой цепи.
Тема номера
ÈÑÏÛÒÀÍÈß ÊÀÁÅËÜÍÛÕ ËÈÍÈÉ
Оригинал статьи: Испытания оболочки кабельных линий 6–500 кВ, защищённых ОПН
Лучшим решением проблемы испытаний оболочки КЛ 6–500 кВ может стать переход на применение в кабельных коробках специальных ОПН со сниженным током проводимости. Переход на применение коробок с такими ОПН позволит, во-первых, не отключать ОПН на время испытаний, во-вторых, единовременно в процессе приложения постоянного напряжения 10 кВ проверять как целостность оболочки кабеля, так и исправность самих ОПН.