100
Полимерные решения для борьбы с поте рями
в экранах однофазных кабелей
При
проектировании
силовых
кабельных
линий
особое
внимание
уделяется
методам
повышения
пропускной
способности
кабелей
и
снижению
активных
потерь
в
процессе
их
эксплуатации
.
Одними
из
наиболее
эффективных
способов
снижения
потерь
в
экра
–
нах
однофазных
кабелей
номинальным
напряжением
6–500
кВ
являются
их
транспозиция
и
заземление
с
одной
стороны
.
Традиционно
для
организации
вышеуказанных
схем
использовались
металлические
коробки
заземления
и
транспозиции
,
однако
ввиду
неоспоримых
преимуществ
полимерных
материалов
на
рынке
уверенно
закрепились
современные
по
–
лимерные
решения
,
которые
лишены
ряда
проблем
,
свойственных
металлическим
изделиям
.
В
статье
рас
–
смотрены
вопросы
эффективности
методов
борьбы
с
паразитными
потерями
в
экранах
кабелей
,
основные
сложности
при
их
выполнении
,
а
также
особенности
полимерной
сис
темы
заземления
экранов
,
разработанной
для
решения
данных
проблем
.
МЕТОДЫ
БОРЬБЫ
С
ПОТЕРЯМИ
В
ЭКРАНАХ
И
ИХ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Согласно требованиям ПУЭ, метал-
лические оболочки и экраны сило-
вых кабелей должны быть заземле-
ны. Однако при глухом заземлении
экранов однофазных кабелей с двух
сторон в них возникают паразит-
ные потери, снижающие длительно
допустимые токи кабелей, а также
эффективность использования по-
перечного сечения токопроводящей
жилы (ТПЖ). Для борьбы с данными
потерями существуют широко из-
вестные методы: заземление экра-
нов кабелей с одной стороны, а так-
же их транспозиция (рисунок 1).
Применение схемы заземления
экранов кабелей с одной стороны
или их соединение по схеме пра-
вильной транспозиции практически
полностью исключает паразитные
потери в экранах, вызванные цир-
кулирующими токами, и может при-
вести к увеличению длительно до-
пустимого тока кабелей до 100%.
На графике рисунка 2 представлена
2000
1500
1000
500
0
2500
I
, A
S
ж
,
мм
2
2000
1500
1000
500
КЛ с двусторонним
заземлением экранов
КЛ с применением транс-
позиции экранов или
с заземлением экранов
кабелей одной стороны
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
ОПН
Экран
Муфта концевая
Кабель
Экран
ОПН
Кабель
Муфта концевая
Транспозиция экранов
Муфта соединительная
Рис
. 1.
Схемы
заземления
экранов
:
а
)
с
одной
стороны
;
б
)
транспози
–
ция
экранов
а)
б)
Халитов
В
.
Р
.,
руководитель отдела технического
развития ООО «Энерготэк»
Рис
. 2.
Зависимость
токовой
нагрузки
от
сечения
ТПЖ
кабелей
,
проложенных
плоскостью
101
зависимость длительно допустимого тока от сечения
ТПЖ кабеля при условии заземления экранов с од-
ной стороны или применения правильной транспо-
зиции (красная линия) и глухого заземления экранов
с двух сторон (синяя линия).
Примечание
.
Расчеты проведены для следующих
условий прокладки: кабели 110 кВ с медными жи-
лами проложены на воздухе, расположение фаз —
плоскостью на расстоянии одного диаметра кабеля
в свету, температура воздуха — 20ºС, сечение экра-
на — 150 мм
2
.
Аналогичная ситуация складывается и с кабеля-
ми среднего напряжения, где, казалось бы, организа-
ция транспозиции экранов кабелей является более
затратной в стоимости всего проекта. Так, например,
в сети 20 кВ для передачи тока величиной 550 А при
заземлении экранов с двух сторон требуется приме-
нение кабелей с сечением ТПЖ 400 мм
2
, а при транс-
позиции экранов — с сечением 240 мм
2
.
При длине линии 2 км разница в стоимости дан-
ных кабелей составит 8,3 млн руб., что делает оче-
видным целесообразность проведения полноцен-
ной транспозиции экранов даже без учета экономии
за счет исключения паразитных потерь в экранах
кабелей.
Примечание
.
Расчеты проведены для следую-
щих условий прокладки: кабели 20 кВ проложены
в земле плоскостью на расстоянии друг от дру-
га в свету 100 мм, глубина — 0,7 м, удельное тер-
мическое сопротивление грунта — 1,2 кВ·м/Вт,
температура грунта — 15ºС, сечение экрана —
150 мм
2
).
ПОЛИМЕРНАЯ
СИСТЕМА
ЗАЗЕМЛЕНИЯ
И
ТРАНСПОЗИЦИИ
ЭКРАНОВ
КАБЕЛЕЙ
ЭНЕРГОТЭК
Учитывая особенности рынка и потребность отрасли
в использовании совместимого оборудования, обра-
зующего эффективную экосистему, компания «Энер-
готэк» разработала комплекс полимерных решений
для заземления и транспозиции экранов силовых ка-
белей (рисунки 3 и 4), включающий в себя:
– коробки Энерготэк КТП для транспозиции экранов
кабелей;
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КТП-Т/ОПН-8,2-550
Колодец
ПротекторФлекс
®
ПКЭТ-1500
Первый цикл транспозиции
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КТП-Т/ЗМЛ
Колодец
ПротекторФлекс
®
ПКЭТ-1500
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КТП-Т/ОПН-8,2-550
Колодец
ПротекторФлекс
®
ПКЭТ-1500
Второй цикл транспозиции
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КЗП-Т
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КЗП-Т
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КТП-Т/ОПН-8,2-550
Колодец
ПротекторФлекс
®
ПКЭТ-1500
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КТП-Т/ОПН-8,2-550
Колодец
ПротекторФлекс
®
ПКЭТ-1500
Рис
. 3.
Транспозиция
экранов
кабелей
с
применением
оборудования
Энерготэк
Рис
. 4.
Заземление
экранов
кабелей
с
одной
стороны
с
применением
оборудования
Энерготэк
– коробки Энерготэк КТП/ЗМЛ для заземления
экранов кабелей между циклами транспозиции;
– коробки Энерготэк КЗП для глухого заземле-
ния и заземления через ОПН экранов кабелей
в местах установки концевых муфт;
– колодцы ПротекторФлекс
®
ПКЭТ 1500 для разме-
щения коробок транспозиции.
Помимо уже известных и привычных преиму-
ществ полимерных изделий, таких как диэлектри-
ческий корпус, обеспечивающий защиту персонала
(в случае нарушения технологии монтажа коробок
или их наполнения водой при отсутствии должной
герметичности изделия), а также неподверженность
коррозии и стойкость к агрессивным средам, каждый
элемент системы заземления и транспозиции экра-
нов Энерготэк обладает рядом своих ключевых осо-
бенностей, позволяющих решить основные пробле-
мы электросетевых организаций при эксплуатации
кабельных линий:
1.
Коробки
транспозиции
экранов
Размещение
кабельных
вводов
с
одной
стороны
.
Согласно исследованиям международной организа-
ции в области высоких напряжений CIGRE, в соот-
ветствии с [1] и [2] при грозовых или коммутационных
перенапряжениях на ОПН, размещенных внутри ко-
робок транспозиции, возникает напряжение, завися-
щее от длины кабелей транспозиции и их индуктив-
ности и определяемое по формуле:
E
1
b
= 2 · (
U
R
+ 0,45 ·
L
b
·
L
·
I
/
),
(1)
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КЗП-Т/ОПН-8,2-550
Коробка
ЭНЕРГОТЭК
КЗП-Т
№
2 (65) 2021
102
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
где
U
R
— остающееся напря-
жение на ОПН, кВ;
I
— прихо-
дящий ток, кА;
— продолжи-
тельность фронта импульса,
мкс;
L
— длина кабеля транс-
позиции, м;
L
b
— индуктивность
на единицу длины кабеля
транспозиции, мкГн/м.
В свою очередь, индуктив-
ность кабелей зависит от рас-
стояния между ними, и чем оно
больше, тем выше напряжение
в муфте силового кабеля. Таким
образом, с целью снижения на-
пряжения в муфте при грозовых
и коммутационных импульсах
целесообразно прокладывать
кабели транспозиции как мож-
но ближе друг к другу. Следо-
вательно применение коробок
с размещением кабельных вво-
дов с одной стороны (рисунок 5)
является наиболее преимуще-
ственным, так как позволяет со-
единить одножильные кабели
при выводе их из соединитель-
ной муфты и проложить сомкну-
то (рисунок 6), заметно снизив
индуктивность кабелей. В слу-
чае применения коробок транс-
позиции, имеющих вводы с двух
сторон, напряжение в муфте
при грозовых и коммутационных
импульсах будет выше, и для
его снижения потребуется сбли-
жение колодцев транспозиции
к соединительным муфтам, что
не всегда представляется воз-
можным.
Более того, расположение
кабельных вводов (проходных
изоляторов) с одной стороны
коробки Энерготэк КТП позво-
ляет произвести подключение
как одножильных кабелей, так
и предварительно разделанных
коаксиальных, делая ее универ-
сальной для применения с раз-
личными типами кабелей транс-
позиции.
Конструкция
,
не
требую
–
щая
вскрытия
корпуса
.
Поли-
мерные коробки транспозиции
Энерготэк имеют конструкцию,
не требующую вскрытия при
монтаже и в процессе эксплу-
атации (рисунок 7). Такая кон-
струкция была создана с целью
минимизации вероятности нару-
шения герметичности коробки,
что стало возможным благода-
ря специально разработанным
Рис
. 5.
Подключение
экранов
кабелей
к
полимерной
коробке
транспозиции
Энерготэк
КТП
–
Т
Рис
. 6.
Подключение
экранов
кабелей
к
коробкам
транспозиции
,
имеющим
кабельные
вводы
с
разных
сторон
Колодец ПротекторФлекс
®
ПКЭТ-1500
Коробка Энерготэк КТП-Т/ОПН-8,2-550
Муфта соединительная
транспозиционная
Колодец ПротекторФлекс
®
ПКЭТ-1500
Коробка транспозиции экранов кабелей
металлическая
Муфта соединительная
транспозиционная
Рис
. 7.
Трехфазная
коробка
транспозиции
Энерготэк
КТП
–
Т
103
проходным изоляторам, к ко-
торым происходит подклю-
чение
транспозиционных
кабелей без снятия крышки
коробки, а также за счет при-
менения ОПН, позволяющих
проводить испытания оболо-
чек силовых кабелей постоян-
ным напряжением 10 кВ без
необходимости их отключе-
ния, что строго соответствует
требованиям ПАО «Россети»,
установленным в [3].
Герметичный
корпус
.
Как
показала более чем 20-лет-
няя практика строительства
в России кабельных линий
с применением транспози-
ции экранов, ключевым свой-
ством, которым должны обладать узлы транспози-
ции, является их абсолютная герметичность. Это
объясняется тем, что в нашей стране в отличие от
ряда европейских государств коробки транспозиции
монтируются в кабельных колодцах под землей. При
отсутствии должной герметизации колодцы наполня-
ются водой, которая может попасть в корпус коробки,
нарушив при этом схему транспозиции экранов, объ-
единив их между собой.
Как правило, коробки транспозиции, представлен-
ные на рынке, имеют металлический корпус с флан-
цем (рисунок 8), на который через герметизирую-
щее кольцо устанавливается крышка. Проблемой
данной конструкции является не само фланцевое
соединение, а то, что для его надежной фиксации
используется множество болтов, расположенных по
периметру коробки (у некоторых производителей на-
считывается до 50 штук). В связи с чем при монтаже
кабеля транспозиции или при необходимости отклю-
чения ОПН крышка металлической коробки транспо-
зиции снимается, а при обратной ее установке болты
зачастую либо не докручивают, либо вовсе теряют,
что приводит к нарушению герметизации изделия.
Полимерные коробки транспозиции Энерготэк по-
мимо того, что они не требуют вскрытия при монта-
же и испытаниях оболочек кабелей, имеют крышку,
которая герметично фиксируется на четырех болтах,
исключая описанные проблемы металлических коро-
бок при ее обратной установке и затяжке болтов.
Компактные
размеры
.
Металлические коробки
транспозиции, представленные сегодня на рынке,
за счет необходимости создания больших воздуш-
ных промежутков между токопроводящими эле-
ментами конструкции и металлическим корпусом
имеют достаточно внушительные габариты, до-
стигая в длину более 700 мм. В свою очередь, по-
лимерные, благодаря диэлектрическим свойствам
корпуса, имеют размеры практически вдвое мень-
ше металлических аналогов, увеличивая тем са-
мым рабочее пространство внутри колодца транс-
позиции, а также облегчая установку коробки.
Однофазное
исполнение
.
</