Полимерные решения для борьбы с потерями в экранах однофазных кабелей

Page 1

Page 2

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

снижению

активных

потерь

процессе

их

эксплуатации

Одними

из

наиболее

эффективных

способов

снижения

потерь

экра

–

нах

однофазных

кабелей

номинальным

напряжением

6–500

кВ

являются

их

транспозиция

заземление

одной

стороны

Традиционно

для

организации

вышеуказанных

схем

использовались

металлические

коробки

заземления

транспозиции

однако

ввиду

неоспоримых

преимуществ

полимерных

материалов

на

рынке

уверенно

закрепились

современные

по

–

лимерные

решения

которые

лишены

ряда

проблем

свойственных

металлическим

изделиям

статье

рас

–

смотрены

вопросы

эффективности

методов

борьбы

паразитными

потерями

экранах

кабелей

основные

сложности

при

их

выполнении

также

особенности

полимерной

сис

темы

заземления

экранов

разработанной

для

решения

данных

проблем

МЕТОДЫ

БОРЬБЫ

ПОТЕРЯМИ

ЭКРАНАХ

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

2500

, A

мм

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

)

одной

стороны

;

)

транспози

–

ция

экранов

а)

б)

Халитов

руководитель отдела технического

развития ООО «Энерготэк»

Рис

. 2.

Зависимость

токовой

нагрузки

от

сечения

ТПЖ

кабелей

проложенных

плоскостью

Page 3

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

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

, а при транс-

позиции экранов — с сечением 240 мм

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

ПОЛИМЕРНАЯ

СИСТЕМА

ЗАЗЕМЛЕНИЯ

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

применением

оборудования

Энерготэк

Рис

. 4.

Заземление

экранов

кабелей

одной

стороны

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:

Коробки

транспозиции

экранов

Размещение

кабельных

вводов

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:

= 2 · (

+ 0,45 ·



(1)

Коробка

ЭНЕРГОТЭК

КЗП-Т/ОПН-8,2-550

Коробка

ЭНЕРГОТЭК

КЗП-Т

№

2 (65) 2021

Page 4

102

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

где

— остающееся напря-

жение на ОПН, кВ;

— прихо-

дящий ток, кА;



— продолжи-

тельность фронта импульса,

мкс;

— длина кабеля транс-

позиции, м;

— 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

полимерной

коробке

транспозиции

Энерготэк

КТП

–

Рис

. 6.

Подключение

экранов

кабелей

коробкам

транспозиции

имеющим

кабельные

вводы

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

–

Page 5

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

Среди выпускаемых

модификаций полимерных коробок представлены

решения в однофазном исполнении (рисунок 9).

Их ключевым преимуществом является то, что при

выходе из строя ОПН, размещенного в коробке,

не происходит повреждение других ОПН, что по-

зволяет произвести замену только вышедшего из

строя, заметно сократив стоимость ремонтно-вос-

становительных работ.

Коробки

заземления

экранов

Антивандальный

корпус

Коробки заземления

экранов зачастую устанавливаются на порталах

переходных пунктов или опорах ВЛ и в случае рас-

положения последних вне подстанции находятся

в зоне свободного доступа. Коробки заземления

Энерготэк выполнены из УФ-стойкой стеклоарми-

Рис

. 8.

Металлическая

коробка

транспозиции

Рис

. 9.

Однофазные

коробки

транспозиции

Энерготэк

КТП

–

№

2 (65) 2021

Page 6

104

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

Однофазное

исполнение

Коробки зазем-

ления Энерготэк могут производиться в одно-

фазном исполнении, что особенно актуально

при расположении концевых муфт одной цепи

на отдельных стойках или конструкциях.

Колодцы

транспозиции

Герметичность

Сегодня зачастую для раз-

мещения коробок транспозиции экранов при-

меняются традиционные железобетонные ко-

лодцы, которые при расположении ниже уровня

грунтовых вод или обильных атмосферных

осадках интенсивно наполняются водой. Это

создает значительные сложности при обслу-

живании узлов транспозиции, требуя откачки

воды из колодца, а в случае применения коро-

бок транспозиции с нарушенной герметизацией

приводит к проникновению влаги внутрь короб-

ки и, как следствие, нарушению схемы соедине-

ния экранов, что также отмечено в [4].

Колодцы ПротекторФлекс

ПКЭТ имеют

степень защиты от пыли и влаги IP68 за счет

монолитной конструкции колодца, системы

герметичных вводов, а также специальной

антивандальной крышки, обеспечивающих на-

дежную защиту размещаемого оборудования

от проникновения влаги.

Компактное

исполнение

полная

совме

–

стимость

коробками

транспозиции

Кон-

струкция транспозиционных колодцев Протек-

торФлекс

ПКЭТ разработана специально для

размещения полимерных коробок транспози-

рованной полимерной композиции

и в отличие от аналогов из алю-

миния или нержавеющей стали не

представляют интереса для сбор-

щиков металлолома.

Оперативный

доступ

Для обес-

печения оперативного доступа к обо-

рудованию, размещенному внутри

коробки, а также подключения уста-

новки для испытаний оболочек си-

ловых кабелей, полимерная коробка

заземления Энерготэк (рисунок 10)

снабжена специальной дверцей

с расположенными на ней двумя

замками, не требующей в отличие от

металлических аналогов снятия кре-

пежных болтов по всему периметру

крышки.

Рис

. 11.

Герметичный

колодец

транспозиции

ПротекторФлекс

ПКЭТ

установленной

коробкой

транспозиции

Энерготэк

КТП

–

Рис

. 10.

Коробка

заземления

Энерготэк

КЗП

–

Page 7

105

ЛИТЕРАТУРА

1. Техническая брошюра Cigré Bro-

chure № 283 «Special bonding of

HV power cables» («Специальные

способы заземления высоковольт-

ных силовых кабелей»).

2. Публикация Electra publication 47

«Design of specially bonded cable

circuits – Part II» («Проектирование

систем заземления кабельных ли-

ний – часть II»).

3. СТО 34.01-21.1-001-2017. Распре-

делительные электрические сети

напряжением 0,4–110 (150) кВ.

Требования к технологическому

проектированию. URL: https://docs.

cntd.ru/document/556381596.

4. Дмитриев М.В. Пластиковые ко-

лодцы для транспозиции экранов

кабелей 6–500 кВ // ЭЛЕКТРО-

ЭНЕРГИЯ. Передача и распреде-

ление, 2015, № 4(31). С. 70–73.

5. Дмитриев М.В. Заземление экра-

нов однофазных силовых кабелей

6–500 кВ. СПб.: Изд-во Политехн.

ун-та, 2010. 152 с.

ции. Внутри колодца расположена монтажная плита

для крепления одной или двух коробок, а герметич-

ные вводы, установленные на теле колодца, полно-

стью повторяют геометрию проходных изоляторов

коробки для обеспечения идеальной соосности ка-

белей транспозиции при их заводке в колодец и под-

ключении к ко робкам.

При этом внешние габариты колодца не превы-

шают в диаметре 1,5 м, что на 25% меньше сбор-

ных железобетонных колодцев типа ККС и более

чем в два раза меньше размеров монолитных желе-

зобетонных колодцев. Такие компактные габариты

особенно актуальны при выполнении транспозиции

в условиях плотной городской застройки, поскольку

позволяют размещать колодцы в самых стесненных

условиях как в зеленой зоне, так и под пешеходной

и проезжей частью.

Пожаробезопасное

исполнение

Для обеспече-

ния требований пожарной безопасности полимер-

ные колодцы ПротекторФлекс

ПКЭТ имеют экс-

трудированный внутренний слой категории ПВ-0,

стойкий к воздействию открытого пламени и не

подверженный истиранию или смыванию в ходе

эксплуатации, что гарантирует сохранение пожа-

робезопасных свойств на протяжении всего срока

службы колодцев.

Изделие

заводской

готовности

Полимерные

колодцы транспозиции ПротекторФлекс

ПКЭТ по-

ставляются на объект в собранном состоянии и в от-

личие от железобетонных колодцев типа ККС или

монолитных железобетонных колодцев не требуют

длительной процедуры монтажа. Основными эта-

пами монтажа полимерных колодцев транспозиции

являются: якорение колодца к плите-основанию, за-

водка и герметизация кабелей транспозиции, обрат-

ная засыпка колодца и установка люка, что сводит

к минимуму затраты на монтаж колодца, позволяя

произвести установку в максимально сжатые сроки.

ВЫБОР

СХЕМЫ

ЗАЗЕМЛЕНИЯ

ЭКРАНОВ

РАСЧЕТЫ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

КАБЕЛЕЙ

Несмотря на высокую эффективность транспозиции

экранов кабелей и заземления с одной стороны, су-

ществует множество факторов, определяющих воз-

можность применения того или иного способа борьбы

с паразитными потерями в экранах кабелей. Выбор

схемы заземления и соединения экранов зависит от

расстояния между фазами, сечения металлических

экранов, электрического сопротивления грунта, про-

тяженности кабельной линии и ее условий проклад-

ки, что зачастую вызывает у проектировщиков слож-

ности, поскольку требует проведения специальных

расчетов, а также наличия соответствующего опыта.

Методики расчета и выбора экранов кабелей под-

робно описаны как в отечественной литературе [5],

так и зарубежной [1]. Однако для упрощения работы

проектировщиков, а также исключения ошибок при

выборе схемы заземления и соединения экранов

однофазных кабелей номинальным напряжением

6–500 кВ компания «Энерготэк» предлагает проект-

ным институтам и заказчикам специализированное

программное обеспечение, размещенное в свобод-

ном доступе на сайте компании, а также при необхо-

димости самостоятельно проводит данные расчеты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Транспозиция экранов и их заземление с одной сто-

роны являются достаточно эффективными методами

борьбы с потерями в экранах однофазных кабелей,

позволяющими снизить сечение токопроводящей

жилы кабеля в определенных случаях практически

вдвое. Но ошибки монтажа и использование несо-

вершенных изделий может привести к нарушению

вышеописанных схем заземления экранов в ходе

эксплуатации кабельной линии, что неизбежно при-

ведет к перегреву кабелей и в случае превышения

длительно допустимой температуры — к их выходу

из строя. В этой связи должны применяться ком-

плексные решения, позволяющие свести к миниму-

му вероятность ошибки при монтаже и в ходе экс-

плуатации:

1) полимерные коробки транспозиции экранов,

обес печивающие возможность производить под-

ключение кабелей, а также испытания оболочек

без вскрытия коробок;

2) герметичные полимерные колодцы транспозиции

заводской готовности;

3) антивандальные полимерные коробки заземле-

ния экранов.

192007, Санкт-Петербург, Лиговский пр., 140

8-800-500-48-31

[email protected] | www.energotek.ru

№

2 (65) 2021

Оригинал статьи: Полимерные решения для борьбы с потерями в экранах однофазных кабелей

Читать онлайн

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 экранах 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 полимерные решения, которые лишены ряда проблем, свойственных металлическим изделиям. В статье рассмотрены 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.