Полимерные решения для борьбы с потерями в экранах однофазных кабелей




Page 1


background image







Page 2


background image

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







Page 3


background image

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







Page 4


background image

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

 







Page 5


background image

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

.

 </