Кабельная линия 110 кв из чего состоит

Воздушные и кабельные линии электропередачи

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) – устройство, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии по проводам с защитной изолирующей оболочкой (ВЛЗ) или неизолированным проводам (ВЛ), находящимся на открытом воздухе и прикрепленным с помощью траверс (кронштейнов), изоляторов и линейной арматуры к опорам или другим инженерным сооружениям (мостам, путепроводам). Главными элементами ВЛ являются:

• провода;
• защитные тросы;
• опора, поддерживающая провода и торосы на определенной высоте над уровнем земли или воды;
• изоляторы, изолирующие провода от тела опоры;
• линейная арматура.

За начало и за конец воздушной линии принимают линейные порталы распределительных устройств. По конструктивному устройству ВЛ делятся на одноцепные и многоцепные, как правило 2-цепные.

Обычно ВЛ состоит из трех фаз, поэтому опоры одноцепных ВЛ напряжением выше 1 кВ рассчитаны на подвеску трёх фазных проводов (одной цепи) (рис. 1), на опорах двухцепных ВЛ подвешивают шесть проводов (две параллельно идущие цепи). При необходимости над фазными проводами подвешивается один или два грозозащитных троса. На опорах ВЛ распределительной сети напряжением до 1 кВ подвешивается от 5 до 12 проводов для электроснабжения различных потребителей по одной ВЛ (наружное и внутреннее освещение, электросиловое хозяйство, бытовые нагрузки). ВЛ напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью помимо фазных снабжена нулевым проводом.

Рис. 1. Фрагменты ВЛ 220 кВ: а – одноцепной; б – двухцепной

Провода воздушных линий электропередачи в основном изготавливаются из алюминия и его сплавов, в некоторых случаях из меди и ее сплавов, выполняются из холоднотянутой проволоки, обладающей достаточной механической прочностью. Однако наибольшее распространение получили многопроволочные провода из двух металлов с хорошими механическими характеристиками и относительно невысокой стоимостью. К проводам такого типа относятся сталеалюминиевые провода с отношением площадей поперечного сечения алюминиевой и стальной части от 4,0 до 8,0. Примеры расположения фазных проводов и грозозащитных тросов показаны на рис. 2, а конструктивные параметры ВЛ стандартного ряда напряжений приведены в табл. 1.

Рис. 2. Примеры расположения фазных проводов и грозозащитных тросов на опорах: а – треугольное; б – горизонтальное; в – шестиугольное «бочкой»; г – обратной «елкой»

Таблица 1. Конструктивные параметры воздушных линий

Для всех приведенных вариантов расположения фазных проводов на опорах характерно несимметричное расположение проводов по отношению друг к другу. Соответственно это ведет к неодинаковому реактивному сопротивлению и проводимости разных фаз, обусловленных взаимной индуктивностью между проводами линии и как следствие к несимметрии фазных напряжений и падению напряжения.

Для того чтобы сделать емкость и индуктивность всех трех фаз цепи одинаковыми, на линии электропередачи применяют транспозицию проводов, т.е. взаимно меняют их расположение друг относительно друга, при этом каждый провод фазы проходит одну треть пути (рис. 3). Одно такое тройное перемещение называется циклом транспозиции.

Рис. 3. Схема полного цикла транспозиции участков воздушной линии электропередачи: 1, 2, 3 – фазные провода

Транспозицию фазных проводов воздушной линии электропередачи с неизолированными проводами применяют на напряжение 110 кВ и выше и при протяженности линии 100 км и больше. Один из вариантов монтажа проводов на транспозиционной опоре показан на рис. 4. Следует отметить, что транспозицию токопроводящих жил иногда применяют и в КЛ, кроме того современные технологии проектирования и сооружения ВЛ позволяют технически реализовать управление параметрами линии (управляемые самокомпенсирующиеся линии и компактные воздушные линии сверхвысокого напряжения).

Рис. 4. Транспозиционная опора

Провода и защитные тросы ВЛ в определенных местах должны быть жестко закреплены на натяжных изоляторах анкерных опор (концевые опоры 1 и 7, устанавливаемые в начале и конце ВЛ, как это показано на рис. 5 и натянуты до заданного тяжения. Между анкерными опорами устанавливают промежуточные опоры, необходимые для поддержания проводов и тросов, при помощи поддерживающих гирлянд изоляторов с поддерживающими зажимами, на заданной высоте (опоры 2, 3, 6), устанавливаемые на прямом участке ВЛ; угловые (опоры 4 и 5), устанавливаемые на поворотах трассы ВЛ; переходные (опоры 2 и 3), устанавливаемые в пролете пересечения воздушной линией какого-либо естественного препятствия или инженерного сооружения, например, железной дороги или шоссе.

Рис. 5. Эскиз воздушной линии электропередачи

Расстояние между анкерными опорами называют анкерным пролетом воздушной линии электропередачи (рис. 6). Горизонтальное расстояние между точками крепления провода на соседних опорах называется длиной пролета L. Эскиз пролета ВЛ показан на рис. 7. Длину пролета выбирают в основном по экономическим соображениям, кроме переходных пролетов, учитывая, как высоту опор, так и провисание проводов и тросов, а также количество опор и изоляторов по всей длине ВЛ.

Рис. 6. Эскиз анкерного пролета ВЛ: 1 – поддерживающая гирлянда изоляторов; 2 – натяжная гирлянда; 3 – промежуточная опора; 4 – анкерная опора

Наименьшее расстояние по вертикали от земли до провода при его наибольшем провисании называют габаритом линии до земли – h. Габарит линии должен выдерживаться для всех номинальных напряжений с учетом опасности перекрытия воздушного промежутка между фазными проводами и наиболее высокой точкой местности. Также необходимо учитывать экологические аспекты воздействия высоких напряженностей электромагнитного поля на живые организмы и растения.

Наибольшее отклонение фазного провода f_п или грозозащитного троса f_т от горизонтали под действием равномерно распределенной нагрузки от собственной массы, массы гололеда и давления ветра называют стрелой провеса. Для предотвращения схлёстывания проводов стрела провеса троса выполняется меньше стрелы провеса провода на 0,5 – 1,5 м.

Конструктивные элементы ВЛ, такие как фазные провода, тросы, гирлянды изоляторов обладают значительной массой поэтому силы действующие на одну опору достигает сотен тысяч ньютон (Н). Силы тяжения на провод от веса провода, веса натяжных гирлянд изоляторов и гололедных образований направлены по нормали вниз, а силы, обусловленные ветровым напором, по нормали в сторону от вектора ветрового потока, как это показано на рис. 7.

Рис. 7. Эскиз пролета воздушной линии электропередачи

С целью уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения пропускной способности ВЛ дальних передач используют различные варианты компактных ЛЭП, характерной особенностью которых является уменьшенное расстояние между фазными проводами. Компактные ЛЭП имеют более узкий пространственный коридор, меньший уровень напряженности электрического поля на уровне земли и позволяют технически реализовать управление параметрами линии (управляемые самокомпенсирующиеся линии и линии с нетрадиционной конфигурацией расщепленных фаз).

2. Кабельная линия электропередачи

Кабельная линия электропередачи (КЛ) состоит из одного или нескольких кабелей и кабельной арматуры для соединения кабелей и для присоединения кабелей к электрическим аппаратам или шинам распределительных устройств.

В отличие от ВЛ кабели прокладываются не только на открытом воздухе, но и внутри помещений (рис. 8), в земле и воде. Поэтому КЛ подвержены воздействию влаги, химической агрессивности воды и почвы, механическим повреждениям при проведении земляных работ и смещении грунта во время ливневых дождей и паводков. Конструкция кабеля и сооружений для прокладки кабеля должна предусматривать защиту от указанных воздействий.

Рис. 8. Прокладка силовых кабелей в помещении и на улице

По значению номинального напряжения кабели делятся на три группы: кабели низкого напряжения (до 1 кВ), кабели среднего напряжения (6…35 кВ), кабели высокого напряжения (110 кВ и выше). По роду тока различают кабели переменного и постоянного тока.

Силовые кабели выполняются одножильными, двухжильными, трехжильными, четырехжильными и пятижильными. Одножильными выполняются кабели высокого напряжения; двухжильными – кабели постоянного тока; трехжильными – кабели среднего напряжения.

Кабели низкого напряжения выполняются с количеством жил до пяти. Такие кабели могут иметь одну, две или три фазных жилы, а также нулевую рабочую жилу N и нулевую защитную жилу РЕ или совмещенную нулевую рабочую и защитную жилу PEN.

По материалу токопроводящих жил различают кабели с алюминиевыми и медными жилами. В силу дефицитности меди наибольшее распространение получили кабели с алюминиевыми жилами. В качестве изоляционного материала используется кабельная бумага, пропитанная маслоканифольным составом, пластмасса и резина. Различают кабели с нормальной пропиткой, обедненной пропиткой и пропиткой нестекающим составом. Кабели с обедненной или нестекающей пропиткой прокладывают по трассе с большим перепадом высот или по вертикальным участкам трассы.

Кабели высокого напряжения выполняются маслонаполненными или газонаполненными. В этих кабелях бумажная изоляция заполняется маслом или газом под давлением.

Защита изоляции от высыхания и попадания воздуха и влаги обеспечивается наложением на изоляцию герметичной оболочки. Защита кабеля от возможных механических повреждений обеспечивается броней. Для защиты от агрессивности внешней среды служит наружный защитный покров.

При изучении кабельных линий целесообразно отметить сверхпроводящие кабели для линий электропередачи в основу конструкции которых положено явление сверхпроводимости. В упрощенном виде явление сверхпроводимости в металлах можно представить следующим образом. Между электронами как между одноименно заряженными частицами действуют кулоновские силы отталкивания. Однако при сверхнизких температурах для сверхпроводящих материалов (а это 27 чистых металлов и большое количество специальных сплавов и соединений) характер взаимодействия электронов между собой и с атомной решеткой существенно видоизменяется. В результате становится возможным притягивание электронов и образование так называемых электронных (куперовских) пар. Возникновение этих пар, их увеличение, образование «конденсата» электронных пар и объясняет появление сверхпроводимости. С повышением температуры часть электронов термически возбуждается и переходит в одиночное состояние. При некоторой так называемой критической температуре все электроны становятся нормальными и состояние сверхпроводимости исчезает. То же происходит и при повышении напряженности магнитного поля. Критические температуры сверхпроводящих сплавов и соединений, используемых в технике, составляют 10 — 18 К, т.е. от –263 до –255°С.

Первые проекты, экспериментальные модели и опытные образцы таких кабелей в гибких гофрированных криостатирующих оболочках были реализованы лишь в 70—80-е годы XX века. В качестве сверхпроводника использовались ленты на основе интерметаллического соединения ниобия с оловом, охлаждаемые жидким гелием.

В 1986 г. было открыто явление высокотемпературной сверхпроводимости, и уже в начале 1987 г. были получены проводники такого рода, представляющие собой керамические материалы, критическая температура которых была повышена до 90 К. Примерный состав первого высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O_7–d (d < 0,2). Такой сверхпроводник представляет собой неупорядоченную систему мелких кристаллов, имеющих размер от 1 до 10 мкм, находящихся в слабом электрическом контакте друг с другом. К концу XX века были начаты и к этому времени достаточно продвинуты работы по созданию сверхпроводящих кабелей на основе высокотемпературных сверхпроводников. Такие кабели принципиально отличаются от своих предшественников. Жидкий азот, применяемый для охлаждения, на несколько порядков дешевле гелия, а его запасы практически безграничны. Очень важным является то, что жидкий азот при рабочих давлениях 0,8 — 1 МПа является прекрасным диэлектриком, превосходящим по своим свойствам пропиточные составы, используемые в традиционных кабелях.

Технико-экономические исследования показывают, что высокотемпературные сверхпроводящие кабели будут более эффективными по сравнению с другими видами электропередачи уже при передаваемой мощности более 0,4 — 0,6 ГВ·А в зависимости от реального объекта применения. Высокотемпературные сверхпроводящие кабели предполагается в будущем использовать в энергетике в качестве токопроводов на электростанциях мощностью свыше 0,5 ГВт, а также глубоких вводов в мегаполисы и крупные энергоемкие комплексы. При этом необходимо реально оценивать экономические аспекты и полный комплекс работ по обеспечению надежности таких кабелей в эксплуатации.

Однако следует отметить, что при строительстве новых и реконструкции старых КЛ необходимо руководствоваться положениями ПАО «Россети», согласно которым на КЛ запрещено применять:

• силовые кабели, не отвечающие действующим требованиям по пожарной безопасности и выделяющие большие концентрации токсичных продуктов при горении;
• кабели с бумажно-масляной изоляцией и маслонаполненные;
• кабели, изготовленные по технологии силанольной сшивки (силанольносшиваемые композиции содержат привитые органофункциональные силановые группы, и сшивание молекулярной цепи полиэтилена (ПЭ), приводящее к образованию пространственной структуры, в этом случае происходит за счет связи кремний-кислород-кремний (Si-O-Si), а не углерод-углерод (С-С), как это имеет место при пероксидном сшивании).

Кабельную продукцию в зависимости от конструкций подразделяют на кабели, провода и шнуры.

Кабель – полностью готовое к применению заводское электротехническое изделие, состоящее из одной или более изолированных токопроводящих жил (проводников), заключенных, как правило, в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответствующий защитный покров, в состав которого может входить броня. Силовые кабели в зависимости от класса напряжения имеют от одной до пяти алюминиевых или медных жил сечением от 1,5 до 2000 мм 2 , из них сечением до 16 мм 2 – однопроволочные, свыше – многопроволочные.

Провод – одна неизолированная или одна и более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплетка волокнистыми материалами или проволокой.

Шнур – две или более изолированных, или особо гибких жил сечением до 1,5 мм 2 , скрученных или уложенных параллельно, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации могут быть наложены неметаллическая оболочка и защитные покрытия.

Особенности кабельных линий 110 кВ

В энергетике существует стабильный спрос на силовые кабели 110 кВ. Любые предприятия, эксплуатирующие электрические сети напряжением 6-110 кВ и выше используют силовые кабели. В соответствии с новым требованиям Градостроительного кодекса РФ высоковольтные кабельные линии должны быть проложены под землей. Благодаря использованию кабельных линий освобождается площадь для застройки, уменьшаются расходы на эксплуатацию, увеличивается безопасность и надежность электроснабжения.

Большинство применяемых в России маслонаполненных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение 110 кВ имеет ряд существенных недостатков:

— ограничения по нагрузочной способности;

— ограничения по разности уровней прокладки;

— низкая технологичность монтажа муфт.

В настоящий момент в мире развитие кабельной продукции направлено на внедрение кабелей с теплостойкой экструдированной изоляцией. Сегодня на смену силовому кабелю 110 кВ с бумажной пропитанной изоляцией пришла более новая продукция – высоковольтный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). В США и странах Европы 90% силовых кабелей в распределительных сетях среднего напряжения используются кабели с изоляцией из СПЭ..

Особенностями кабельных линий 110 кВ с изоляцией из шитого полиэтилена является соответствие международному стандарту качества, а также явные преимущества перед кабелями с бумажной пропитанной изоляцией:

— большая пропускная способность за счет более высокой температуры нагрева жил при эксплуатации в режиме перегрузки и короткого замыкания.

— возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней;

— меньший вес и допустимый радиус изгиба, что облегчает прокладку кабелей на сложных трассах;

— большие строительные длины;

— отсутствие жидких диэлектриков в изоляции, устраняет неблагоприятное воздействие на окружающую среду;

— возможность прокладки без предварительного подогрева при температурах до -20°С.

Кабельные линии 110 кВ из сшитого полиэтилена предназначены для передачи и распределения энергии в трехфазных сетях и номинальной частотой 50 Гц. Данные кабели применяются при прокладке в земле и воде, в кабельных сооружениях и производственных помещениях в независимости от коррозийности почвы, в местах, где возможны осевые и радиальные механические воздействия. Температура окружающей среды при эксплуатации кабеля может составлять от +50 до -50 °С. Срок службы не менее 30 лет.

Справочная информация

Маньков В.Д. Кабельные линии электропередачи (определения, классификация и проектирование) 25.11.2012 22:56

Автор статьи «Кабельные линии электропередачи»: Маньков В.Д. Директор НТЦ «Аксиома Электро» Почетный энергетик РФ, доцент.

Кабельные линии электропередачи

Кабельная линия электропередачи (КЛ) – линия для передачи электроэнергии или отдельных её импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла (гл. 2.3, п. 2.3.2 ПУЭ).

Основные определения и виды классификаций КЛ

По способу прокладки КЛ подразделяются на:

— подземные, прокладываемые в грунте непосредственно на напряжение до 35 кВ или прокладываемые в кабельных каналах, галереях, камерах, блоках;

— наземные, прокладываемые по сооружениям или внутри кабельных сооружений: кабельных туннелей, шахт, этажей, эстакад; двойного пола;

— подводные, проложенные через водоемы или по их дну.

К кабельным сооружениям относятся (гл. 2.3 ПУЭ – шестого издания):

1. Кабельный туннель – закрытое сооружение (коридор) с расположенными в нём опорными конструкциями для размещения на них кабелей и кабельных муфт, со свободным проходом по всей длине, позволяющим производить прокладку кабелей, ремонт и осмотр кабельных линий.

2. Кабельный канал – непроходное сооружение, закрытое и частично или полностью заглубленное в грунт, пол, перекрытие и т. п. и предназначенное для размещения в нём кабелей, укладку, осмотр и ремонт которых возможно производить лишь при снятом перекрытии.

3. Кабельная шахта – вертикальное кабельное сооружение (как правило, прямоугольного сечения), у которого высота в несколько раз больше стороны сечения, снабженное скобами или лестницей для передвижения вдоль него людей (проходные шахты) или съемной полностью или частично стенкой (непроходные шахты).

4. Кабельный этаж – часть здания, ограниченная полом и перекрытием или покрытием, с расстоянием между полом и выступающими частями перекрытия или покрытия не менее 1,8 м .

Двойной пол — полость, ограниченная стенами помещения, междуэтажным перекрытием и полом помещения со съемными плитами (на всей или части площади).

5. Двойной пол – полость, ограниченная стенами помещения, междуэтажным перекрытием и полом помещения со съемными плитами (на всей или части площади).

6. Кабельный блок – кабельное сооружение с трубами (каналами) для прокладки в них кабелей с относящимися к нему колодцами.

7. Кабельная камера – подземное кабельное сооружение, закрываемое глухой съемной бетонной плитой, предназначенное для укладки кабельных муфт или для протяжки кабелей в блоки. Камера, имеющая люк для входа в неё, называется кабельным колодцем.

8. Кабельная эстакада – надземное или наземное открытое горизонтальное или наклонное протяженное кабельное сооружение. Кабельная эстакада может быть проходной или непроходной.

9. Кабельная галерея – надземное или наземное закрытое полностью или частично (например, без боковых стен) горизонтальное или наклонное протяженное проходное кабельное сооружение.

В зависимости от напряжения КЛ подразделяются на:

— КЛ до 1 кВ (низшего класса напряжения);

• КЛ от 1 до 35 кВ (КЛ среднего класса напряжений);
• КЛ от 110 до 220 кВ (КЛ высокого напряжения).

Приведенные КЛ существенно различаются по требованиям к расчетам характеристик, конструкции, типу изоляции кабелей и конструкции.

В зависимости от режима работы нейтралей электрических сетей КЛ классифицируются также как и сети:

— трехфазные сети с изолированными нейтралями (нейтраль не присоединена к заземляющему устройству или присоединена к нему через аппараты с большим сопротивлением). В России такой режим нейтрали используется в сетях 2 – 35 кВ с малыми токами замыкания на землю;

— трехфазные сети с компенсированными нейтралями (нейтраль присоединена к заземляющему устройству через индуктивность). В России указанный режим нейтрали используется в сетях напряжением 2 – 35 кВ с большими токами замыкания на землю;

— трехфазные сети с эффективно заземленными нейтралями (сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей непосредственно или через малое активное сопротивление). В России с таким режимом нейтрали применяются сети 110, 150 и частично 220 кВ, в указанных сетях не допускается применение автотрансформаторов, требующих глухого заземления нейтрали;

— сети с глухозаземленными нейтралями (нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление). К таким сетям относятся сети напряжением до 1 кВ, а также сети напряжением 220 кВ и выше.

Как указывалось выше, кабельная линия может состоять из одного или нескольких параллельно проложенных кабелей.

Кабелем называют устройство, предназначенное для канализации электрической энергии и состоящее из одного или нескольких изолированных друг от друга проводников, заключенных в герметическую защитную оболочку из резины, пластмассы, алюминия или свинца.

Кабель, имеющий поверх защитной оболочки покрытие (броню) из стальных лент, плоской или круглой проволоки (для защиты от механических повреждений), называется бронированным.

Если защитные или броневые оболочки кабеля не пропитаны джутовой пропитанной пряжей, то такой кабель называют голым.

В зависимости от материала изоляции кабели делятся на:

— кабели с жидкостной изоляцией – кабельным нефтяным маслом;

— кабели с твердой изоляцией:

• бумажно-масляной;
• поливинилхлоридной (ПВХ);
• резино-бумажной (RIP);
• из сшитого полиэтилена (XLPE);
• из этилен-пропиленовой резины (EPR).

Здесь не указана изоляция газообразными веществами и некоторые виды жидкостной и твёрдой изоляции из-за их относительно редкого применения и отсутствия нормативных документов, регламентирующих требования к такой изоляции.

Различают кабели силовые и контрольные.

Силовые кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в осветительных и силовых электроустановках и в тех случаях, когда их применение экономически или технически более целесообразно, чем проводов.

Контрольные кабели служат для создания цепей контроля, сигнализации и т.д.

Силовой электрический кабель общего применения с бумажно-масляной изоляцией состоит из токоведущих жил (из меди и алюминия) круглой или сегментной формы; жильной изоляции из бумаги, пропитанной маслоканифольным составом; заполнителей из жгутов сульфатной бумаги, проложенных между жилами; поясной изоляцией из бумаги, пропитанной маслоканифольным составом; герметизирующей оболочки из свинца или алюминия; двухслойного битумного состава, между слоями которого проложена сульфатная бумага; кабельной пряжи, пропитанной противогнилостным составом; брони из стальных лент, а у некоторых марок кабелей из плоских или круглых стальных оцинкованных проволок, покрытых битумным составом; кабельного покрова из пропитанного джута (пряжи), покрытого сверху слоем мела.

Кабели с изоляцией из других материалов устроены аналогично кабелям с бумажно-масляной изоляцией.

По виду изоляции и оболочки различают следующие силовые кабели:

• с пропитанной бумажной изоляцией в металлической оболочке;
• с бумажной изоляцией, пропитанной не стекающим составом;
• в металлической оболочке;
• с пластмассовой изоляцией в пластмассовой или металлической оболочке;
• с резиновой изоляцией в пластмассовой, резиновой или металлической оболочке.

Проектирование КЛ

Проектирование КЛ должно проводиться в соответствии с требованиями гл. 2.3 ПУЭ и других нормативных и методических документов.

При проектировании КЛ должны быть обеспечены:

1. Надежная и качественная передача электроэнергии.
2. Экономическая эффективность КЛ.
3. Внедрение прогрессивных проектных решений, обеспечивающих снижение ресурсных, трудовых и капитальных затрат при строительстве и эксплуатации.
4. Внедрение прогрессивных технологий строительных и монтажных работ.
5. Оптимальное использование земли, а также лесных угодий, т.е. применение конструкций и проектных решений, требующих при прочих равных условиях наименьшего отчуждения земли в постоянное и временное пользование и наименьшей площади вырубки леса.
6. Соблюдение требований экологической безопасности и охраны окружающей среды.
7. Ремонтопригодность всех применяемых конструкций.
8. Передовые методы эксплуатации, удобные и безопасные условия труда.
9. Выполнение требований задания на проектирование и условий договора на производство проектно-изыскательских работ.

При проектировании необходимо учитывать:

1. Перспективы развития электрических сетей на 10-15 лет.
2. Условия окружающей среды и способ прокладки.
3. Пересечения с коммуникациями.
4. Влияние параллельно проложенных и пересекаемых коммуникаций.
5. Агрессивность грунтов по степени коррозии.
6. Ландшафт местности, если кабели прокладываются в земле.

Проектирование может осуществляться специализированной организацией, имеющей разрешение на данный вид работ согласно Федеральному закону РФ от 01.12.2007 г. № 315 ФЗ «О саморегулирующих организациях».

Разделы проекта должны соответствовать требованиям Постановления правительства РФ от 18.02.2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиям по их содержанию».

Однако дополнительно в проекте приводятся:

— план трассы КЛ в масштабе 1:500;

— пересечения с инженерными коммуникациями.

Под эгидой Санкт-Петербургской объединенной группы «Аксиома» свою деятельность осуществляют две компании, работающие в сфере электроэнергетики: ЧОУ ДПО «Научно-технический центр «Аксиома Электро» , отвечающее за Научную и Образовательную деятельность, и ООО «НТЦ «Аксиома Электро» , Разрабатывающее , Выпускающее и Распространяющее Серию книг «Для электроэнергетиков» .

Конструкция кабельных линий

В настоящее время кабельные линии (КЛ) ввиду их значительной стоимости приме­няются главным образом там, где нет возможности осуществить электроснабжение по ВЛ: густо застроенные населенные пункты (по причинам экономического, архитектурно-планировочного или экологического характера), выходы с подстанций, кабельные переходы под сооружениями и т.п. Кабельные линии, прокладываемые по городским или промышлен­ным территориям, в большинстве случаев являются закрытыми соору­жениями, причем чаще всего подземными. Вследствие этого они защи­щены от воздействия ветра и гололедных нагрузок, однако подверже­ны другим отрицательным внешним воздействиям. При прокладке кабелей в грунте ими являются наличие влаги, химическая агрессив­ность почвы, наличие блуждающих токов, возможность механических повреждений механизмами при проведении земляных работ, дополни­тельный нагрев от проложенных вблизи теплотрасс или других источ­ников теплоты и т.п. В связи с этим конструкции как собственно кабеля, так и кабельной линии в целом должны предусматривать защиту от указанных воздействий.

Главными элементами любой кабельной линии являются:

а) кабель, служащий для передачи электрической энергии;

б) соединительные муфты, при помощи которых отдельные стро­ительные длины кабелей, изготовленные на заводе, соединяются в одну линию, если строительная длина одного куска кабеля не соответствует длине линии;

в) концевые муфты (заделки);

г) стопорные муфты, монтируемые на крутых участках трассы линии, для предупреждения стекания кабельной массы;

д) подпитывающие аппараты и система сигнализации дав­ления масла для линий, выполненных маслонаполненными кабе­лями;

е) кабельные сооружения (кабельные коллекторы, туннели, каналы, шахты, колодцы), специально применяемые на отдельных участках кабельных линий, когда прокладка в естественном грунте исключается.

Основными составными частями силового кабеля любого напря­жения являются:

а) токопроводящие жилы;

б) изоляция или изолирующие оболочки, отделяющие токопро­водящие жилы друг от друга и от земли;

в) защитная оболочка, предохраняющая изоляцию от вредного действия влаги, кислот и механических повреждений.

Токопроводящие жилы, изготавливаемые из мед­ных или алюминиевых проволок, бывают как однопроволочными (сечением жил до 16 мм 2 ), так и многопроволочными. По числу жил кабели бывают одно-, двух-, трех- и четырех­жильными. Одножильные кабели применяют в трехфазных линиях переменного тока при напряжении 110 кВ и выше и в линиях по­стоянного тока; двухжильные – только в сетях постоянного тока; трехжильные – в трехфазных сетях переменного тока, напряже­нием до 35 кВ включительно; наконец, четырехжильные – в тех же сетях напряжением до 1000 В (четвертая жила – «нулевая», сечение ее меньше, чем у основных жил).

По форме сечения токопроводящие жилы бывают круглыми, сек­торными и сегментными. Токопроводящие жилы одножильных кабе­лей и кабелей с отдельно освинцованными жилами имеют в сече­нии круглую форму, а многожильных кабелей с поясной изоляцией, напряжением до 10 кВ включительно и сечением жил 25 мм 2 и выше, – секторную или сегментную форму. Применение жил секторной и сегментной форм значительно уменьшает диаметр кабеля, а стало быть, и затраты на изоляцию и защитные оболочки. Чтобы повысить степень заполнения сече­ния кабеля, жилы многопроволочных кабелей подвергают обжатию в уплотняющих станках.

Кабели с натриевыми жилами на сегодня еще не получили широкого распространения, и их ограни­ченное количество находится в стадии экспериментальных исследова­ний и опытной эксплуатации.

Электрическая изоляция токопроводящих жил (ТПЖ) традиционных конструкций кабелей может быть реализована с использованием различных электроизоляционных материалов. В настоящее время промышленность выпускает кабели с бумажной пропитанной, пластмассовой и резино­вой изоляцией. Последние изготовляются в ограниченном количестве.

Изоляцию токопроводящих жил кабелей вы­полняют из кабельной бумаги толщиной 0,08–0,17 мм. Слои этой бумаги накладывают в виде лент на токопроводящие жилы кабеля. Толщина изоляции и изоляционного слоя зависит от рабочего на­пряжения кабеля. После наложения изоляции кабель просушивают и пропитывают изоляционным составом, что резко увеличивает электрическую прочность изоляции.

Бумажная электрическая изоляция кабелей с номинальным напря­жением до 35 кВ для увеличения электрической прочности пропиты­вается составами различной вязкости. При этом различают кабели, пропитанные нормально, обеднено и нестекающим составом. При U_ном > 110 кВ вязкая пропитка не обеспечивает требуемой элект­рической прочности изоляции при экономически приемлемых габари­тах кабеля. Поэтому для таких кабелей увеличение электрической прочности достигается заполнением бумажной изоляции маслом или газом под давлением. В первом случае кабели получили название маслонаполненных, во втором – газонаполненных.

Защитные оболочки, наклады­ваемые поверх изоляции, бывают свинцовы­ми, алюминиевыми и полихлорвиниловыми. Свинцовые оболочки влагонепроницаемы, гиб­ки и просты в изготовлении, но тяжелы и к тому же недостаточно устойчивы в вибрацион­ном отношении. Широко применяемые в пос­леднее время алюминиевые оболочки в 2 – 3 раза прочнее и в 4 раза легче свинцовых, но обладают малой коррозионной устойчивостью. Кроме того, они недостаточно гибки и их трудно накладывать на изоляцию кабеля. В последнем случае оболочка может выполняться гладкой или гофрированной (для обеспечения требуемой гибкости).

Оболочки всех видов – свинцовые, алю­миниевые и полихлорвиниловые – подлежат защите от механических повреждений. Для этого на оболочку накладывают сперва про­слойку из кабельной пропитанной сульфат­ной бумаги или пропитанной пряжи, а затем броню из двух стальных лент или стальных оцинкованных проволок. Проволочная броня полезна не только тем, что предохраняет за­щитную оболочку от механических повре­ждений, но и тем, что воспринимает всевоз­можные растягивающие усилия, воздействую­щие на кабельные линии (например, при под­водных прокладках, на наклонных трассах и др.).

Чтобы защитить алюминиевые оболочки от коррозии, поверх сульфатной бумаги накладывают еще две полихлорвиниловые ленты, образующие как бы сплошной чехол. В защите от коррозии нуждается и броня. Ее покры­вают двумя слоями кабельной пряжи, пропитанной битумом, и ме­ловым составом.

Кабели с бумажной изоляцией, имеющей вязкую пропитку, выпус­каются в нашей стране на напряжения 1, 3, 6, 10, 20 и 35 кВ. Токопроводящие жилы таких кабелей изолируются кабельной бумагой марок К-080, К-120 и К-170 (с толщиной 0,08, 0,12 и 0,17 мм соответст­венно), которая пропитывается обычно маслоканифольным составом. Пропитка повышает электрическую прочность изоляции с 3–5 до 40–80 МВ/м. От пропиточного состава требуются высокая вязкость при температурах эксплуатации (50–80° С) и малый коэффициент температурного расширения. Этим требованиям удовлетворяют маслоканифольные составы. Обычно применяемый состав МП-1 содержит 14–15% канифоли и вязкое пропиточное масло марки П-28.

Несмотря на достаточно высокую вязкость такого пропиточного состава, при прокладке кабеля по трассе с разностью уровней более 15–20 м существует опасность перемещения пропиточного состава в направлении нижней точки трассы, что влечет за собой частичное осушение (а следовательно, и снижение электрической прочности) изоляции в верхней части, а также увеличение гидростатического давления в нижней части трассы, нежелательного по условиям ограни­ченной механической прочности оболочки. При большей разности уровней по трассе выходом является секционирование линии на отдель­ные участки стопорными муфтами, устанавливаемыми в точках с до­пустимой разностью уровней.

Другим выходом из положения является частичное удаление из­лишков пропиточного состава посредством операции "обеднения" изоляции. Естественно, что при обеднении изоляции ее электрическая прочность оказывается ниже по сравнению с нормально пропитанной изоляцией и, сле­довательно, приходится компенсировать это снижение посредством увеличения толщины слоя бумажных лент. Наконец, еще одна возможность состоит в пропитке бумажной изоляции нестекающим составом, т.е. составом такой вязкости, при которой исклю­чается его перемещение даже на верти­кальных участках трассы. Основным ком­понентом такого состава является цере­зин. Кабели с бумажной изоляцией, про­питанной нестекающим составом, выпус­каются на напряжения 6, 10 и 35 кВ, причем толщина слоя их изоляции не­сколько больше, чем при нормальной пропитке.

Поперечное сечение кабеля с секторными жилами и пропитанной бумажной изоляцией показано на рис. 3.1. Три изолированные бумажными лентами токопроводящие жилы скручены между собой и с заполнителями из корделя (бумажного жгута) для придания кабелю цилиндрической формы. Поверх них наматываются бумажные ленты, образующие общую (поясную) изоляцию. Следующий концентрический слой представляет собой металлическую бесшовную оболочку, герметизирующую внутреннее пространство с целью защиты от проникновения в изоляцию возду­ха и влаги. Оболочка защищается от механических повреждений так называе­мой броней (из стальных лент, круглых или плоских проволок). Между броней и оболочкой имеется промежуточная прослойка (подушка), представляющая собой защитный покров оболочки из одного-двух слоев изолирующей ленты и пропитанной битумным составом бумажной пряжи. Она служит защитой обо­лочки от химических воздействий и повреждений броней, а также изоляцией по отношению к блуждающим токам. Наружный защитный покров нормально выполняется из хлопчатобумажных жгутов, пропитанных асфальтобитумным составом. Его функцией является защита стальной брони от химических воздействий и блуждающих токов.

Рис.3.1. Эскиз поперечного сечения кабеля с поясной изоляцией: 1 – токопроводящая жила, 2 – фазная изоляция, 3 – поясная изоляция, 4 – бумажные жгуты-заполнители, 5 – свинцовая оболочка, 6 – защитный покров оболочки, 7 – броня из двух стальных лент, 8 – наружный защитный покров.

В связи с чем в рассмотренной конструкции помимо фазной изоля­ции дополнительно используется и поясная? Так как электрические сети с номинальным напряжением 6—10 кВ в нашей стране обычно работают с изолированной нейтралью, то при заземлении одной из фаз, как известно, напряжение относительно земли (оболочки) на двух других фазах возрастает до междуфазного (линейного) напряжения. При отсутствии дополнительной поясной изоляции средняя напряжен­ность электрического поля в изоляции этих фаз в таком режиме ока­залась бы в 1,73 раз больше расчетной напряженности поля для нор­мального режима. В свою очередь, это обстоятельство вызывает интен­сивное развитие ионизационных процессов в изоляции, распростране­ние ветвистых разрядов, что в итоге может привести к пробою изоля­ции кабеля. Для предотвращения этого и необходимо усиление изоля­ции между жилой и оболочкой до такой степени, чтобы электрическая прочность изоляции между жилами и между каждой жилой и оболоч­кой в любых режимах была примерно одинаковой.

Электрическое поле кабеля 6–10 кВ с общей металлической обо­лочкой не является однородным. Силовые линии имеют различные углы наклона по отношению к слоям бумажной изоляции (рис. 3.2), что обусловливает наличие в ней как нормальных, так и тангенциаль­ных составляющих. Однако слоистая бумажная изоляция имеет электрическую прочность в продольном направлении в 8–10 раз меньшую, чем в поперечном.

Если при номинальных напряжениях 6–10 кВ еще можно выполнить экономически целесообразную конструкцию кабеля с электрическим полем такой конфигурации, то при больших номинальных напряжениях необходи­мо значительно увеличивать толщину изоляции, что экономически не оправдано.

При этом более целесообразна конструкция кабеля с бумажной изоляцией, в которой электрическое поле имеет радиально направлен­ные силовые линии (рис. 3.3). Это достигается размещением жилы каждой фазы в отдельной оболочке или экране, представляющих собой эквипотенциальные поверхности. В первом случае поверх бумаж­ной изоляции фазы накладывается бесшовная свинцовая оболочка, во втором случае – слой тонкой перфорированной медной ленты или металлизированной бумаги, а затем общая для трех фаз свинцовая герметичная обо­лочка. Покрытие каждой фазы свинцовой оболочкой или экраном применяется при напряжениях 20 и 35 кВ. Кабели с жилами в отдельных свинцовых оболочках, изго­товляемые в нашей стране, требуют мень­ше пропиточного состава и обладают луч­шей гибкостью по сравнению с кабелями с пофазно экранированными жилами, хотя последние дешевле. Эскиз поперечного сечения кабеля с радиальным электричес­ким полем показан на рис. 3.4.

Рис.3.2. Картина электрическо­го поля в трехжильном кабеле с поясной изоляцией.

Рис.3.3. Картина электри­ческого поля в трехжильном кабеле с отдельно экраниро­ванными жилами.

Рис.3.4. Поперечное сече­ние кабеля с радиальным электрическим полем: 1-токопроводящая жила; 2-бумажная изоляция; 3-свин­цовая оболочка фазы; 4-междуфазное заполнение; 5-броня из круглых проволок; 6-наружный защитный пок­ров.

Маркировка кабелей 6–35 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, согласно ГОСТ 18409-73 и 18410-73, использует буквы:

Ц	А	О	С	Б	л	Г	—В
К	2л	Шв
А	Шп
П	в	н

Буква Ц обозначает кабель с пропиткой изоляции нестекающим составом, содержа­щим церезин. Нормальная пропитка не маркируется специально, а кабели с обед­ненной пропиткой изоляции в конце обозначения (через дефис) имеют букву В (колонка 8), что значит "предназначенный для вертикальной прокладки".

Буква А во второй колонке обозначает алюминиевую жилу, медные жилы специально не маркируются.

Буква О присутствует в обозначении кабелей 20–35 кВ с отдельно изолированными и освинцованными жилами.

В четвертой колонке расположено обозначение свинцовой (С) или алюминиевой (А) оболочки.

Пятая колонка характеризует тип брони: из двух стальных лент (Б), круглых (К) или плоских (П) оцинкованных стальных проволок. Кабели с броней из двух стальных лент применяются при отсутствии значительных растягивающих усилий при прокладке в земле и в воз­душной среде, а при наличии таковых используются кабели с броней из плоских проволок толщиной 1,5–1,7 мм. При прокладке в воде применяются кабели с броней из круглых проволок диаметром 4–6 мм.

Шестая колонка отражает способ усиления подушки под броней: "л" (2л) – в подушке имеется слой (два слоя) из пластмассовых лент, "в" – в подушке имеется выпрессованный шланг из поливинилхлорида.

Седьмая колонка содержит буквы, отражающие наличие и тип наружного защитного покрова: Г – отсутствие покрова поверх брони или оболочки ("голый"); Шв (Шп) – покров из поливинилхлоридного (полиэтиленового) выпрессованного шланга; н – негорючий покров. Последний состоит из поливинилхлоридной оболочки или стеклянной пряжи, пропитанных негорючим составом. При высокой коррозионной активности грунта применяются кабели с покровами типа Шв или Шп.

Кабели с вязкой пропиткой при напряжениях свыше 35 кВ не применяются. Это связано с тем, что условия их пропитки таковы, что в изоляции готового кабеля всегда остаются воздушные включения. Их наличие существенно снижает электрическую прочность изоляции из-за ионизации воздуха. Ионизация вызывает ускоренное местное старение изоляции, которое выражается в изменении ее физико-химических свойств и, как следствие этого, приводит к снижению ее электричес­кой прочности. Следствием этого может явиться пробой изо­ляции кабеля.

Как избежать этих явлений? Это можно сделать либо исключив воздушные включения, либо увеличив давление в газовых включени­ях, что приводит к существенному повышению их электрической проч­ности. Первый способ используется в маслонаполненных кабелях (МНК) низкого давления, имеющих каналы для масла внутри жилы, второй – в МНК высокого давления, прокладываемых в стальных трубопроводах.

В МНК возможность образования газовых включений при изготов­лении и эксплуатации исключается тем, что для пропитки их изоля­ции применяется маловязкое дегазированное масло, а сама пропитка ведется по технологии, исключающей появление значительного коли­чества воздушных включений. В процессе эксплуатации пропиточный состав находится под давлением, поэтому даже при резких изменениях температуры газовые включения не образуются.

Маркировка МНК, согласно ГОСТ 16441–78, использует буквы:

М	Н	С	А	Т
А	К
ВД	Шв	Тк
Аг	Шву

Буква М относит кабель к классу маслонаполненных. Вторая ко­лонка характеризирует давление: Н – низкое, ВД – высокое. Буквы третьей колонки обозначают материал оболочки и ее форму: С, А – соответственно свинцовая и алюминиевая гладкая, Аг – алюминиевая гофрированная. Четвертая колонка содержит буквы, характеризующие тип брони и наружного защитного покрова: А – без брони, с защитным покровом из слоев битумного состава, полиэтилентерефталатных (или резиновых) лент и пропитанной кабельной пряжи (или стеклопряжи); К – то же, но с броней из круглых стальных оцинко­ванных проволок; Шв – в шланге из поливинилхлоридного пластика­та; Шву – то же, но с усиленным защитным слоем под шлангом. Нако­нец, последняя колонка содержит букву Т, означающую, что кабель имеет свинцовую оболочку, снимаемую на месте прокладки при его протягивании в трубопровод; сочетание Тк означает, что кабель без свинцовой оболочки доставляется на трассу в контейнере с маслом, из которого он затягивается в трубопровод.

МНК низкого давления имеют восемь марок: с алюминиевой оболочкой – МНАШв, МНАгШв, МНАШву и МНАгШву; со свинцовой оболочкой – МНС, МНСА, МНСК и МНСШв. МНК высокого давления: МВДТ и МВДТк.

МНК низкого давления (до 0,05 МПа) выпускают одножильными на напряжения 110, 150 и 220 кВ и имеют медные жилы сечением 120–800 мм 2 в свинцовых или алюминиевых оболочках. На рис. 3.5 показан эскиз поперечного сечения кабеля 110 кВ марки МНСК.

Рис.3.5. Поперечное сечение кабеля марки МНСК: 1 – маслопроводящий канал диа­метром 12 мм; 2 – токоведущая жила диаметром 23,2 мм; 3 – эк­ран по жиле; 4 – бумажная изоля­ция общей толщиной 10 мм; 5 – экран по изоляции; 6 – свинцовая оболочка толщиной 3,2 мм; 7 – битумный состав; 8 — поливинилхлоридные ленты; 9 – упрочня­ющие оболочку медные ленты; 10 – поливинилхлоридные ленты; 11– подушка под броню; 12 – броневой покров из проволок диа­метром 4 мм; 13 – наружный ан­тикоррозионный покров толщи­ной 4,2 мм.

В нашей стране МНК высокого давления (ВД) изготовляются на напряжения 110, 220, 330, 380 и 500 кВ. Конструкция кабеля типа МВДТ показана на рис. 3.6. Жилы такого кабеля выпускаются во временной свинцовой оболочке, предохраняющей изоляцию от увлажнения и повреждения при транспортировке и удаляемой при монтаже, либо без нее. В последнем случае жилы кабеля доставляются на трассу в герметичном контейнере, заполненном маслом.

Для кабельных линий электропередачи высокого давления дли­тельно допустимое избыточное давление масла в трубопроводе должно быть в пределах 1,08–1,57 МПа.

Такие кабели обладают некоторыми преимуществами по сравнению с МНК низкого давления, так как для пропитки изоляции и для заполнения трубопровода применяется более вязкое масло (марки С-220), которое обеспечивает более высокую импульсную прочность изоляции. Вообще электрическая прочность изоляции повышается уже за счет более высокого давления. Кроме того, стальная труба является хорошей защитой от механических повреждений, бла­годаря чему такие кабельные линии обладают высокой надежностью. Однако монтаж таких линий сложнее, чем линий с одножильными МНК с центральным маслопроводящим каналом.

Рис. 3.6. Поперечное сечение кабеля 220 кВ марки МВДТ: 1 – токопроводящая экранированная жи­ла; 2 – бумажная изоляция; 3 – экран по изоляции из медных перфорированных лент; 4 – полукруглая проволока скольже­ния; 5 – масло; 6 – стальная труба; 7 – на­ружный антикоррозионный покров.

Трубопровод сваривается из отрезков длиной по 12 м. При прок­ладке в земле наружный защитный покров имеет толщину 10 мм. Компенсация изменения объема масла при изменении температуры и поддержание давления в трубопроводе осуществляются автоматичес­ким подпитывающим устройством, которое располагается на одном из концов линии (при небольших длинах) или на обоих (при больших длинах).

В последнее время, все больше вытесняя кабели с бумажно-пропитанной изоляцией, кабели изготавливают с пластмассовой изоляцией. На сегодняшний день кабели с пластмассовой изоляцией выпускаются однофазными и трехфазными на напряжения до 500 кВ включительно, причем объем их производства постоянно увеличивается. Это обстоятельство вызвано тем, что, несмотря на высокую надежность и длительный срок службы кабелей с бумажно-масляной изоляцией, кабели с пластмассовой изоляцией обладают следующими достоинствами:

— простое и производительное изготовление методом экструзии;

— возможность прокладки кабельных линий при больших перепадах высот;

— отсутствие утечек масла;

— снижение вероятности пожаров на подстанциях и на трассах;

— упрощение монтажа муфт;

— простота ремонта при повреждениях;

— снижение эксплуатационных издержек (нет аппаратуры подпитки);

— уменьшение диэлектрических потерь за счет лучших характеристик изоляции;

— меньшая (примерно в 1.5 раза) генерация реактивной мощности, что актуально для городских кабельных электрических сетей, где в период ночного минимума нагрузки возникают избытки реактивной мощности;

— большая пропускная способность за счет более высокой допустимой температуры жилы и меньшего теплового сопротивления изоляции.

Маркировка кабелей с пластмассовой изоляцией:

А	В	А	Б	б	Г
П	П	К
Пс	В	Шв
Пв	Внг	П

Буква А в первой колонке обозначает алюминиевую жилу, медные жилы специально не маркируются.

Во второй колонке указывается материал изоляции: поливинилхлорид (В), термопластичный полиэтилен (П), самозатухающий полиэтилен (Пс), «сшитый» полиэтилен (Пв).

В третьей колонке расположено обозначение оболочки: алюминиевой (А), полиэтиленовой (ПЭ), поливинилхлоридной (В) и негорючей поливинилхлоридной (Внг).

Четвертая колонка характеризует тип брони: из двух стальных лент (Б), круглых (К) или плоских (П) оцинкованных стальных проволок.

Буква б в пятой колонке указывает на отсутствие подушки под броней, наличие подушки под броней специально не маркируется.

Шестая колонка содержит буквы, отражающие наличие и тип наружного защитного покрова: Г – отсутствие покрова поверх брони или оболочки ("голый"), Шв – покров из поливинилхлоридного выпрессованного шланга.

Поперечное сечение однофазного кабеля с пластмассовой изоляцией показано на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Поперечное сечение однофазного кабеля с пластмассовой изоляцией: 1 – токопроводящая жи­ла; 2 – полупроводящий слой по жиле; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой по изоляции; 5 – водонабухающая полупроводящая лента; 6 – экран из медных проволок; 7 – медная лента; 8 – водонабухающая лента; 9 – оболочка.

Новые направления в разработке кабельных кон­струкций связаны с использованием кабельных линий с изоляцией сжатым газом. Другая возможность увеличения пропускной способности и дальности элек­тропередачи видится в использовании криогенных кабельных линий, у которых со­противление жил, а следовательно, и уровни потерь снижаются за счет их глубокого охлаждения. В соответствии с уровнем рабочей температуры и материалом токоведущих жил различают два типа криогенных кабелей:

– криопроводящие – с жилами из металлов не переходящих в сверхпроводящее состояние в диапазоне температур 20–120 К, для охлаждения которых в качестве хладагентов могут быть использованы водород, неон, азот, аргон, кислород и метан;

– сверхпроводящие – с жилами из сверхпроводящих материалов, для охлажде­ния которых используется гелий в жидком или сверхкритическом состоянии.

Учитывая условия транспортировки и прокладки кабелей, про­мышленность выпускает их отдельными отрезками длиною от 200 до 600 м в зависимости от сечения. При сооружении кабельных линий эти отрезки приходится соединять друг с другом посред­ством соединительных муфт. Для присоединения кабелей к аппаратуре распределительных устройств служат конце­вые заделки и концевые муфты.

Основное назначение всех этих муфт и заделок – герметиза­ция кабелей в местах соединений и оконцеваний. Надежность работы всей кабельной линии во многом определяется надежностью ее муфт. Конструкция муфт силовых кабелей высокого напряжения в первую очередь определяется типом кабеля, для которого они предназначены.

При транспортировке, хранении и прокладке кабель должен быть герметизирован. Поэтому с завода его выпускают с запаян­ными концами. Разделывать концы кабеля следует непосредственно перед монтажом соединительных или концевых муфт.

По назначению муфты делятся на три основные группы – концевые, соединительные и стопорные, причем среди концевых выделяют отк­рытые муфты и кабельные вводы в трансформаторы и высоковольтные аппараты, а среди соединительных – собственно соединительные, разветвительные и соединительно-разветвительные муфты.

По виду электрической изоляции муфты делятся на две группы: со слоистой и с монолитной изоляцией. Слоистая изоляция выполняется путем намотки лент из кабельной бумаги, синтетической пленки или их композиции и заполняется той или иной изолирующей средой (маслом, газом) под избыточным давлением или без него. Монолитная изоляция образуется методом экструзии или спеканием электроизоляционных материалах в по­догреваемых пресс-формах.

Для кабелей с вязкой пропиткой, работающих при напряжениях 1–35 кВ, при горизонтальной прокладке используются лишь концевые и соединительные муфты. При прокладке на вертикальных участках или трассах с большой разностью уровней кабелей с нормальной или обедненной пропиткой применяют и стопорные муфты, предназначен­ные для секционирования линии с целью предотвращения стекания и перемещения пропитывающего состава вдоль линии.

Основным типом концевой заделки кабелей 1–10 кВ с пропитанной бумажной изоляцией является эпоксидная заделка с трехслойными изолирующими трубками (внешний и внутренний слой из поливинилхлорида, промежуточный – из поли­этилена), надеваемыми на выступающие из корпуса муфты концы жил кабеля. Она применяется как в сухих помещениях, так и в помеще­ниях с высокой влажностью (например, в районах с тропическим климатом). Такие заделки характеризуются высокой стойкостью против действия внутреннего давления пропиточной массы и проник­новения влаги, эластичностью трубчатого покрова жил и простотой монтажа.

Кабели прокладывают в большинстве случаев непосредственно в земляных траншеях. Чтобы избежать вмятин и повреждений кабеля из-за резких проги­бов, на дне траншеи создают мягкую подушку из слоя просеянной земли или песка толщиной 100 мм. Кабель засыпают таким же слоем мягкого грунта, а затем покрывают кирпичом или бетонными пли­тами для защиты от механических повреждений. После этого ка­бельную траншею засыпают землей и послойно утрамбовывают.

На переходах через дороги, проезжие части улиц и под желез­нодорожными путями кабель прокладывают в асбоцемент­ных или бетонных трубах. Такая прокладка защищает кабель от вибрации и делает возможным ремонт его без вскрытия дорог. При пересечении электрифицированных железных дорог надо позаботиться об уменьшении вредного влияния, оказывае­мого на кабель блуждающими токами (электролитическая корро­зия). Этой цели отвечают изолирующие асбоцементные трубы, пропитанные гудроном или битумом. Прокладка в трубах, а не в земле, ухудшает охлаждение кабеля, что должно учитываться при выборе его сечения.

При параллельной прокладке большого количества кабелей, а также в местах, особо насыщенных другими подземными коммуникациями, приходится прибегать к специальным сооружениям: коллекторам, туннелям, каналам и блокам.

Коллектор – подземное сооружение круглого или прямо­угольного профиля, предназна­ченное для совместного разме­щения в нем кабельных линий (силовых и связи), водопровода и теплопровода. Применение коллекторов особенно целесо­образно при сооружении новых или при реконструкции сущест­вующих улиц крупных городов.

Туннель – подземное со­оружение, предназначенное для прокладки только кабельных ли­ний (силовых и связи). Туннели могут быть круглыми и прямоугольными в сечении, проходными и полупроходными. Последние обладают пониженной высотой (до 1.5 м) и должны иметь в длину не свыше 100 м, причем использовать их можно только для кабелей напряжением до 10 кВ. Расположе­ние кабелей в туннелях – двустороннее, по одному или несколько кабелей на полке. Для сооружения туннелей приме­няют сборный железобетон и канализационные трубы. Емкость одного туннеля – от 20 до 50 кабелей.

При меньшем количестве кабелей применяют кабельные каналы, закрытые землей или выходящие на уровень поверхности земли. Недостатком закрытых кана­лов является то, что их приходится вскрывать при прокладке новых или при ремонте уже проложен­ных кабелей.

В больших городах с усовер­шенствованными покровами улиц и тротуаров иногда для проклад­ки кабелей применяют кабель­ные блоки. Обычно – это асбестоцементные трубы диаметром 100 мм, стыки которых задела­ны бетоном. В местах, где направление трассы меняет­ся или где требуется разместить соединительные кабельные муфты, сооружают кабельные колодцы. Прокладка кабелей в блоках во многих отношениях уступает прокладке их в туннелях и коллекторах. Так, кабели в блоках плохо охлаждаются, вследствие чего снижается их пропускная способность. Далее, приходится применять кабели с утолщенной свинцовой оболочкой, что требует увеличенного расхода свинца, следует упомянуть и о том, что нестандартность расстояний между колодцами приводит к нерациональному использованию строи­тельной длины кабелей. Наконец, при повреждении кабеля прихо­дится заменять сразу целый кусок его длиной, равной расстоянию между двумя колодцами.

Маслонаполненные ка­бели низкого и высокого давлений при любом их числе рекомендуется проклады­вать в траншеях, а там, где этот способ неприменим, – в туннелях и галереях. При прокладке в траншее три фазы МНК низкого давления располагают по верши­нам равностороннего треугольника вплот­ную друг к другу. Кабельная арматура вместе с аппаратурой подпитки может размещаться в кабельных колодцах или камерах. В специальных зданиях располагаются автоматические под­питывающие установки маслонаполненных кабельных линий высокого давления. Таким образом, кабельная линия, в особенности при номи­нальных напряжениях 110 кВ и более, представляет собой достаточно сложное техническое сооружение.

При прокладке кабелей необходимо учитывать возможные линейные удлинения кабелей от нагревания, а также от смещения грунта. При прокладке кабелей при пониженных температурах воздуха во избежание повреждения изоляции необходим предварительный прогрев кабелей.

Кабельные линии, прокладываемые в земле или воде, выполняются обычно бронированными кабелями с внешним покровом, защищающим металлические оболочки от химических воздействий. Антикорро­зионную защиту должны иметь и трубопроводы маслонаполненных линий высокого давления, прокладываемые в аналогичных условиях.

Если же используется небронированный кабель, то он должен обла­дать необходимой стойкостью к механическим воздействиям при прок­ладке во всех видах грунтов, при протяжке в блоках и трубах, а также стойкостью по отношению к тепловым и механическим воздействиям при эксплуатационно-ремонтных работах. Если прокладка осуществ­ляется в помещениях с агрессивной средой, то должны применяться кабели, стойкие к воздействию этой среды.

В кабельных сооружениях и производственных помещениях могут прокладываться небронированные кабели при условии отсутствия опасности механических повреждений в эксплуатации. Если же такая опасность существует, то должны применяться бронированные кабели или надежная защита кабелей без брони (коробами, угловой сталью и т.п.).

Возможность возникновения пожара в кабельных сооружениях и в производственных помещениях предопределяет требования к прокла­дываемым в них кабелям не иметь поверх брони (или поверх металли­ческой оболочки небронированных кабелей) защитных покровов из горючих материалов. Металлические оболочки кабелей и металличес­кие поверхности, по которым они прокладываются, должны защищать­ся негорючим антикоррозионным покрытием.

Кабельные линии, сооружаемые на территориях электростанций и подстанций, рекомендуется выполнять кабелями с броней из стальных лент и с негорючим защитным покрытием. Для линий, прокладывае­мых в блоках и трубах, как правило, используются небронированные кабели. Однако, учитывая значительные усилия при затягивании ка­беля в блоки или трубы, они должны иметь усиленную оболочку. Если лишь участок кабельной линии проложен в блоках или трубах, то при длине этого участка не более 50 м допускается применение брониро­ванных кабелей, но без наружного покрова из кабельной пряжи.

Эксплуатация кабельных электрических сетей и кабельных линий, в частности, осуществляется на основе действующих правил и инст­рукций, к числу которых в первую очередь относятся "Правила уст­ройства электроустановок", "Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей", а также правила техники без­опасности, охраны электрических сетей, производства работ и другие директивные материалы.