Испытания оболочки кабельных линий 6–500 кВ, защищённых ОПН

Page 1
background image

Page 2
background image

«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].


Page 3
background image

«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.


Page 4
background image

«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


Page 5
background image

«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


Читать онлайн

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.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»