В настоящее время в энергетике страны уже имеется представление о тех проблемах, которые появились с началом массового применения однофазных кабелей 6—500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Для решения этих проблем специалистами отрасли найдены простые и удобные технические решения.
Михаил ДМИТРИЕВ, главный специалист ПТО ПЦ «Севзапэнергосетьпроект» ОАО «СевЗапНТЦ», Санкт-Петербург, к.т.н.
Рассмотрим один из важных вопросов создания кабельных линий с однофазными кабелями — выбор и монтаж схем заземления экранов кабелей.
ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ЭКРАНОВ
На рис. 1 представлены три основные схемы соединения и заземления экранов трёхфазных кабельных линий с однофазными кабелями. Схемы отличаются друг от друга наводимыми на экраны токами и напряжениями, а также потерями мощности в экранах. Выбор оптимальной схемы заземления возможен только после расчёта всех этих величин, например по методике [1, 2].
В схеме рис. 1а расчёту подлежат токи в экранах и вызванные ими паразитные потери активной мощности. В схемах же рис. 1б,в токов и потерь в экранах нет, но требуется проверка напряжения на экране относительно земли.
Конструкция
С примерной расшифровкой маркировки разобрались, теперь давайте перейдем к рассмотрению общей конструкции бронированных кабелей. Он состоит из:
- Токопроводящей жилы из алюминия или меди.
- Слоя изоляции поверх жилы, обычно это ПВХ, полиэтилен или пропитанная бумага.
- Далее идет экран из медных проволок или же различных проводящих лент, например из металла или проводящих картонов и бумаг.
- Поверх экрана еще один слой изоляции.
- Затем идет слой брони, обычно выполненной в виде лент, тогда верхняя лента накладывается так, чтобы перекрывать стыки витков нижней ленты. Ленты как спираль на кабель.
- В центре кабеля может располагаться осевой элемент, это может быть стальной канат или прут из стеклопластика в покрытии или без. Он выполняет несущую роль и снимает механические нагрузки с жил.
На конце устанавливается специальная муфта для бронированного кабеля концевая — она нужна для того, чтобы слои изоляции и защиты кабеля оставались в целостности и сохранности, а жилы были разведены друг от друга и надежно заизолированы.
Концевая муфта, слева видно заземляющий проводник для брони, жилы разведены и заизолированы, на них надеты изоляторы
Для соединения строительных длин бронированного кабеля или соединения в ходе ремонтных работ при повреждениях тоже выполняется в муфтах, которые обычно заливаются битумом или другими диэлектрическими растворами. Если конкретнее, то этот пункт зависит от того на какое напряжение рассчитан кабель, чем выше напряжение, например распределительные сети 6-10кВ, тем более жесткие требования к соединениям и изоляции. При высоком напряжении наличие воздуха в соединении может быть губительным, так как происходит его ионизация, в результате чего возможно развитие разрядов.
РАСЧЁТ ТОКОВ И ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В ЭКРАНАХ
При расчёте токов IЭ и потерь PЭ в экранах важную роль играет не только их конкретная величина, но и то, как сильно они заметны на фоне токов IЖ и потерь PЖ в жиле кабеля.
На рис. 2 для однофазных кабелей, имеющих заземлённые в обоих концах экраны, приведены результаты расчётов [1] относительных значений наведённых в экранах токов IЭ /IЖ для типовых сечений экрана FЭ (от 25 до 240 мм2) в зависимости от соотношения s/dЭ, в котором:
— среднее расстояние между осями трёх фаз А, В, С;
— диаметр экрана кабеля; d — диаметр кабеля по каталогу; ΔОБ — толщина оболочки кабеля по каталогу (почти всегда составляет 5—6 мм). С помощью рис. 2 несложно найти относительные потери мощности: где — погонные активные сопротивления жилы и экрана; FЖ, FЭ — сечения жилы и экрана; ρЖ, ρЭ — удельное сопротивление материала жилы и экрана (для меди 2•10-8 Ом•м, для алюминия 3,2•10-8 Ом•м); LК — длина кабеля, м.
Потери в однофазном кабеле нагревают его изоляцию, температура которой не должна превышать длительно допустимого значения. Поэтому очевидно, что при отсутствии потерь в экранах ток пропускной способности будет больше, чем в случае наличия таких потерь. Коэффициент, характеризующий степень использования пропускной способности кабеля по току, согласно [1] равен Соотношение PЭ /PЖ паразитных потерь в экране и неизбежных потерь в жиле однофазных кабелей является важным критерием для выбора способа соединения их экранов. Указанное соотношение никак не зависит от длины кабеля, и поэтому получается так, что при заданном типе однофазных кабелей и способе их прокладки специальные мероприятия по борьбе с токами в экранах одинаково необходимы и для коротких кабелей, и для кабелей большой длины. Вместе с тем ясно, что затраты на реализацию мероприятий по борьбе с потерями в экранах могут быть ощутимы по сравнению со стоимостью короткого кабеля, но пренебрежимо малы на фоне цены длинного кабеля. Поэтому целесообразным представляется введение дополнительного критерия выбора способа соединения экранов, который учитывал бы экономические аспекты. Пусть это будет стоимость потерь мощности в экранах.
Потери мощности в экране одной фазы PЭ (Вт) удобно находить как:
PЭ = (PЭ /PЖ )•PЖ , (3)
где PЭ /PЖ — относительные потери в экране по (1); PЖ = I2 Ж (R* Ж • LK ) — потери мощности в жиле одной фазы (Вт); IЖ — среднегодовой ток в жиле (А).
Стоимость паразитных потерь мощности за 1 год работы кабеля:
C1год = W1год•Ц , (4) где Ц — цена потерь электроэнергии руб./(кВт•ч); — потери энергии в экранах трёх фаз за год (кВт•ч)/год; 8760 — число часов в году.
Для всех однофазных кабелей вне зависимости от класса их номинального напряжения из (1) — (4) следует, что эффективного снижения паразитных потерь в экранах и связанного с ними ущерба можно добиться:
- применяя кабели с малым сечением экрана FЭ (с большим R* Э);
- прокладывая фазы кабеля сомкнутым треугольником, так как в этом случае достигается минимальное соотношение s/dЭ.
Если прокладка фаз кабеля сомкнутым треугольником не позволяет снизить токи и потери в экранах до приемлемого уровня, то тогда следует отказаться от схемы простого заземления экранов с двух сторон кабеля и перейти к другим:
- заземление экранов с одной стороны (рис. 1б);
- транспозиция экранов (рис. 1в).
Как правильно заземлить броню
Бронированный кабель заземляют с помощью гибкого неизолированного провода. При этом по всей длине линии броня не должна иметь разрывов, то есть она должна быть цельной. Если возникает необходимость разорвать кабель, например, для его ремонта или соединить несколько отрезков, то соединение брони и оболочки соединительной муфты выполняют гибкими многопроволочными медными проводниками. Чтобы подобрать сечение провода для заземления воспользуйтесь таблицей:
Сечение жил кабелей, мм Сечение проводника заземления, мм до 10 6 16, 25,35 10 50, 70, 95, 120 16 150, 185, 240 25
Инструкция по заземлению
Хомут для крепления и заземления металлических труб, металлорукава Р3-ЦХ
При заземлении бронированного кабеля ПУЭ рекомендуют действовать с соблюдением следующих правил:
- Заземляющая жила крепится к кабельной броне посредством пайки.
- Сначала это место тщательно лудится, после чего к нему с помощью проволочного бандажа припаивается заземляющий проводник с обязательным применением паяльного жира.
- Для присоединения медного отвода без пайки применяются специальные хомуты.
Для этих целей также допускается использовать подпружиненные соединители, гарантирующие надежный контакт с защитным слоем.
В случае ленточной брони заземляющий провод крепится непосредственно к ее отводам, а при проволочной оплетке – по окружности ко всем ее жилам. При соединении отрезков кабеля стандартной длины применяются герметичные муфты особой конструкции. В комплект соединителей входят:
- местные элементы гидроизоляции;
- наконечники со специальными болтами;
- заземляющий провод, закрепляемый на броне соединяемых участков;
- хомуты для крепления провода с броней из проволоки или стальных лент.
При разделке кабеля перед обустройством контакта верхний изоляционный слой снимается на длину, чуть большую, чем расположенная под ним оплетка. В отдельных типах муфт производителем предусматривается специальный шаблон, гарантирующий качественную разделку всего изделия.
Нормы ПУЭ заземления
Нормы ПУЭ заземления являются совокупностью нормативно-правовых актов. Настоящие правила включают рекомендации, как выполнить электропроводку грамотно, описание различных электроустановок и принцип их действия, а также требования, предъявляемые к электрическим системам и их компонентам.
Работы по установке заземления необходимо производить в соответствии с нормами правил устройства электроустановок.
Критерии, определенные в ПУЭ, позволят выполнить все присоединения и подключение безошибочно, выдерживая все стандарты.
Это гарантирует надежную работу защитной системы в доме, позволит избежать негативных последствий природного и техногенного воздействия.
Если беспрекословно соблюдать все правила, описанные в ПУЭ, это приведет к большим финансовым затратам, поэтому электрики и инженеры в своей деятельности соблюдают только очень важные рекомендации.
В соответствии с нормами ПУЭ, повторный защитный контур непременно должен быть расположен на участках выхода из помещения.
На данном месте рекомендуется монтировать естественные заземлители.
К ним относятся железобетонные устройства, большие металлические детали, которые большей своей частью непосредственно соединены с грунтом.
Также в ПУЭ указываются предметы, которые не могут использоваться в роли заземлителей: металлические предметы, находящиеся под напряжением, канализационные и отопительные трубы, а также трубопроводы с легковоспламеняющимися веществами.
При монтаже заземления необходимо тщательно произвести расчеты, учитывая все факторы, влияющие на качество создаваемого устройства, при этом необходимо следовать ПУЭ.
Сопротивление заземления ПУЭ
Согласно нормам ПУЭ все электроприборы производятся в соответствии с нормированными значениями:
- для телекоммуникационного оборудования защитное устройство должно иметь сопротивление не более 2 Ома или 4 Ома;
- для надежной работы подстанции с напряжением 110кВ данный показатель должен быть не более 0,5 Ом;
- при напряжении электролинии 220В источника однофазного тока и 380В трехфазного тока сопротивление трансформаторной подстанции должно соответствовать величине не более 4 Ом;
- защитные конструкции воздушных линий связи подключаются к заземлению с сопротивлением не более 2 Ом;
- при подключении молниеприемников защитное устройство должно соответствовать сопротивлению не более 10 Ом;
- для жилого фонда частного сектора при эксплуатации системы TN-C-S рекомендовано локальное заземляющее устройство с сопротивлением не более 30 Ом;
- для подключения частных домов к электрической цепи 220В/380В при эксплуатации системы TT, с использованием устройства защитного отключения требуется защитное заземляющее устройство с сопротивлением не более 500 Ом.
Привязка к земле подземного кабеля
Чтобы получить качественное заземление экрана кабеля, ПУЭ рекомендуют придерживаться следующих правил:
- Броню кабеля и защитные сооружения (конструкции), используемые для их прокладки, следует соединять с элементами заземлителей любого типа.
- Соединение образуется за счет надежного контакта с оголенными частями металлических труб, арматурных прутьев и других элементов естественных заземлителей.
- При организации питающей электросети в частном доме броня вводимого подземного кабеля ВбБШв подсоединяется к устройству повторного заземления.
При проводке контрольных и оптических кабелей обязательным считается заземление хотя бы одного из их концов.
Для сигнальных линий связи заземление делается с целью снижения влияния электромагнитных полей на потоки передаваемых данных либо для полного его устранения. Для особо важных участков информационного обмена устраивается двухстороннее замыкание на землю. Экран таких кабелей подключается к ГЗШ распределительных коробок посредством проводников из меди сечением не менее 4-х кв. миллиметров.
Не пропустите: Как укладывать керамическую плитку: советы профессионалов по укладке аккорд керама марацци
Требования к проводникам
Минимальное сечение защитных проводников
При устройстве заземления, а также защитного зануления, стальные оболочки кабелей любого класса или броня соединяется с ЗУ посредством медных жил нормируемого сечения. Это требование распространяется и на корпуса соединительных или концевых муфт. На линиях, рассчитанных на передачу высоковольтного питания (6 кВ и выше) и имеющих алюминиевую оболочку, муфтовые заземления выполняются отдельными проводниками.
Использовать для этого медные жилы с проводимостью, большей соответствующего показателя для оболочек кабелей, запрещается.
Общими требованиями действующих стандартов предусматривается применение оголенных медных жил сечением не менее 6-ти мм квадратных. Те же параметры для контрольных кабелей специально оговариваются в ПУЭ (смотрите п.п. 1.7.76-1.7.78).
Если на опоре воздушного подвода к электроустановке предусмотрены концевые муфты, содержащие в своем комплекте разрядники, их корпуса подключаются непосредственно к ЗУ защитных приборов. Применение в этом качестве одних только кабельных оболочек в данной ситуации не допускается. Специальные эстакады и галереи, используемые для размещения кабелей во взрывоопасном исполнении, обязательно оборудуются защитой от грозовых разрядов и молний.
При переходе от подземной линии прокладки на участок его воздушной проводки и при отсутствии у железобетонной опоры собственного ЗУ муфты разрешается заземлять на броню кабеля. Такой подход допустим лишь при условии, что ремонтная или удлинительная муфта на другом его конце присоединена к станционному заземляющему контуру, либо если величина сопротивления оболочки заземляемого кабеля достаточно мала.
При прокладке подземных коммуникаций на основе бронированных кабельных изделий эффективность их эксплуатации в значительной мере зависит от качества заземления защитной оболочки. При проведении электромонтажных работ любого уровня сложности этому вопросу уделяется повышенное внимание.
РАСЧЁТ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭКРАНЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ
В [1] было показано, что напряжение на экране прямо пропорционально току в жиле IЖ и длине кабеля LК. Кроме того, напряжение на экране зависит от:
- расстояния между фазами s, диаметра экрана dЭ, соотношения s/dЭ;
- эквивалентной глубины протекания тока в земле DЗ, которая вычисляется как
где ρЗ — удельное сопротивление грунта (Ом•м); μ0= 4π•10-7 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума (Гн/м); ω = 2πf — круговая частота напряжений и токов (рад/с).
На рис. 3 и 4 представлены результаты расчётов напряжения на экране по формулам из [1]. Напряжение UЭ на экране относительно земли определено для тока в жиле IЖ = 1000 А и длины кабеля LК = 1000 м.
Если кабель проложен в распределительном устройстве, на территории предприятия и т.п., то глубина DЗ мала (1, 3, 10 м) и определяется наличием в земле контура заземления, различных металлических конструкций. В остальных случаях DЗ зависит от сопротивления грунта ρЗ (10, 100, 1000 Ом•м). Из-за этого на рис. 4 указаны одновременно и значения глубины DЗ, и сопротивления ρЗ.
При одностороннем заземлении экранов для произвольных тока жилы и длины кабеля напряжение на разземлённом конце экрана может быть найдено как:
где в нормальном режиме или при внешнем трёхфазном коротком замыкании сети надо использовать данные рис. 3, а при внешнем однофазном коротком замыкании сети — данные рис. 4.
При транспозиции экранов, имеющей N полных циклов, напряжение в узле транспозиции может быть найдено как:
где всегда надо использовать данные рис. 3, поскольку для транспозиции экранов однофазное короткое замыкание сети не является расчётным случаем [1].
Полученное в результате расчётов напряжение на экране UЭ не должно быть более допустимых для оболочки кабеля значений, которые составляют по [1, 2]:
• в нормальном режиме — 100 В; • при коротком замыкании в сети — 5000 В (этот критерий является определяющим).
Заземление экранированного кабеля
Заземление кабелей — обязательная процедура, входящая в комплекс мероприятий по строительству кабельных линий электропередач и связи. Выполняется заземление с целью защиты самого кабеля и электрооборудования, подключенного к кабельной линии, от токов короткого замыкания и различных внешних воздействий (электромагнитные поля, молнии, блуждающие тока и т. д.). Вторая важная цель устройства систем заземления — защита человека от поражения электрическим током.
Существует множество терминов, определений, связанных с системами заземлений, а также методов и способов их построения по отношению к различным кабелям, электроустановкам и т. д. — подробная информация приведена в главе 1.7 ПУЭ 7 (Правила устройства электроустановок) от 2002 года. Здесь будут рассмотрены основные моменты заземления контрольных экранированных кабелей, кабелей связи (включая оптические) и силовых кабелей.
Заземление силовых высоковольтных кабелей
Заземление экранированного кабеля напряжением от 6 кВ и выше может производиться по схеме двухстороннего или одностороннего заземления экрана. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Преимуществом двухстороннего заземления является простота монтажа. Заключается он в присоединении экрана к контуру заземления — нет необходимости в использовании каких-либо дополнительных средств или оборудования. Данная схема заземления предполагает, что экран кабеля имеет потенциал земли, а значит, в замкнутом контуре возникает ток. Это ведет к существенным потерям мощности и ухудшению температурного режима кабеля, что, в свою очередь, может стать следствием снижения его срока эксплуатации.
При одностороннем заземлении к заземляющему устройству подключается только один конец экрана. В этом случае отсутствует путь для протекания токов, что не вызывает существенных потерь мощности. Незначительные потери могут наблюдаться из-за возникновения вихревых токов, но они не определяют температурный режим и, как следствие, не снижают срок службы кабеля.
Однако схема одностороннего заземления экранированного кабеля требует учитывать следующие факторы:
• Возникновение импульсных перенапряжений может стать причиной снижения эффективности оболочки кабеля. Если значение перенапряжения превысит электрическую прочность оболочки, в конструкцию кабеля может просочиться влага (при подземной прокладке, а также для кабелей без герметизации). • Данная схема заземления, как правило, требует использования дополнительного оборудования, включая концевые муфты с изолированным экраном, защитные аппараты, устанавливаемые на незаземленном конце кабельного экрана. Все это потребует дополнительные финансовых и трудозатрат при построении системы заземления. • Существует риск возникновения на незаземленном конце экрана наведенного потенциала (пропорционален току в жиле кабеля), что может стать причиной поражения током обслуживающего персонала.
Таким образом, одностороннее заземление требует использования спецоборудования и принятия дополнительных мер по обеспечению безопасности работы кабельной линии, что увеличивает стоимость монтажных работ и последующего обслуживания.
Если экранированный кабель имеет броню, тогда оба этих компонента должны быть объединены в единую цепь, а затем подключены к корпусам соединительных муфт. На кабелях напряжением от 6 кВ и более с оболочкой из алюминия подключение оболочки и брони к земле производится при использовании отдельных проводников (сечения проводников подбирается по требованиям, приведенным в разделах 1.7.76–1.7.78 ПУЭ).
При использовании на опоре конструкции комплекта разрядников броня, экран и соединительная муфта подключаются к заземляющему устройству разрядника. В данном случае не допускается заземление лишь металлической оболочки.
Как заземлить экранированный кабель управления
Заземление контрольных экранированных кабелей и кабелей связи производится не только в целях обеспечения безопасности, но и для устранения электромагнитных помех. В отличие от силовых, контрольные кабели и кабели связи также служат и для передачи информации или аналоговых сигналов. Величина электромагнитных помех может достигать несколько киловольт, подача которых на входы управляемого электрооборудования может привести к самым различным последствиям, вплоть до выхода установок из строя.
Экранированный кабель также может быть заземлен — как с одной, так и с двух сторон. Однако в данном случае предпочтение отдается именно двухстороннему заземлению экрана. Такая схема эффективней устраняет влияние электрических и магнитных полей как высокой, так и низкой частоты, предотвращая накопление напряжения помех свыше установленных норм.
Как и в предыдущем случае, двухстороннее заземление требует особого подхода к проектированию. Здесь важно учитывать, что при коротком замыкании или ударах молнии на заземляющем устройстве существует вероятность увеличения потенциала, что может привести к увеличению тока на экране и термическому повреждению кабеля. Для снижения потенциала используются различные методы: например, путем прокладки вдоль кабеля параллельных заземляющих проводников или применение замкнутых систем заземления.
Как заземлить экранированный кабель оптический
Согласно РД 45.155 заземление оптических кабелей (ОК) должно осуществляться на вводах в стационарные сооружения, необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) и любые технические помещения, в которых устанавливаются волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП). Заземлению подлежат металлические элементы кабеля — броня, металлическая оболочка и/или трос (зависит от конструкции кабеля).
Металлические компоненты ОК подключаются на заземляющие устройства отдельными проводами сечением не менее 4 мм2. В качестве устройств заземления используются специальные заземляющие щитки, устанавливаемые в технических помещениях. При отсутствии щитков допускается заземление металлических компонентов кабеля на специальные заземляющие клеммы оконечных оптических устройств (коммутаторы, серверы и т. п.).
является одним из лидеров по продаже кабельной продукции и располагает складами, расположенными практически во всех регионах Российской Федерации. Проконсультировавшись со специалистами компании, вы можете приобрести нужную вам марку экранированного кабеля по выгодным ценам.
ПРИМЕР ВЫБОРА СХЕМЫ И МОНТАЖА ОДНОСТОРОННЕГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ
Выбор схемы
Кабельная линия 110 кВ длиной LК = 600 м с медной жилой FЖ = 800 мм2 и медным экраном FЭ = 240 мм2 проложена сомкнутым треугольником.
Ток нормального режима IЖ = 1000 А, ток трёхфазного короткого замыкания 38 кА, ток однофазного короткого замыкания 42 кА.
Требуется выбрать оптимальную схему заземления экранов.
Для кабеля 110 кВ 800/240 по каталогу диаметр d = 80 мм. При типовой толщине оболочки ΔОБ = 5 мм находим диаметр экрана dЭ = d–2ΔОБ = 70 мм. При прокладке треугольником dАВ= dВС= dАС= d, тогда среднее расстояние между осями фаз:
Отношение s/dЭ = 80/70 = 1,14.
Согласно рис. 2 при s/dЭ = 1,14 и FЭ = 240 мм2 имеем IЭ /IЖ = 0,5.
По (1), (2) находим относительные потери и пропускную способность: По (3), (4) находим потери в экранах и их стоимость:
PЭ = (PЭ/PЖ)• PЖ = 0,83•(15•103) = 12,5•103 Вт;
где цена потерь принята равной Ц = 1 руб./(кВт•ч).
Из расчётов следует, что при заземлении экранов с двух сторон пропускная способность кабеля может быть использована лишь на 74% от своего предельного значения, а стоимость потерь мощности в экранах составляет 330 тыс. руб. в год. Очевидно, что такая схема заземления невыгодна и недопустима.
Рассмотрим одностороннее заземление экранов. Сравнивая рис. 3 и 4, видно, что наведённое напряжение при однофазном коротком замыкании больше, чем при трёхфазном. Согласно рис. 4 при типовом удельном сопротивлении грунта ρЗ = 100 Ом•м и диаметре экрана dЭ = 70 мм наводимое на экран напряжение составляет UЭРИС = 650 В на 1000 А и 1000 м.
По формуле (5) при токе однофазного короткого замыкания 42 кА находим напряжение на экране:
которое оказалось значительно больше допустимого значения в 5000 В.
Если при одностороннем заземлении экранов в сети с заземлённой нейтралью 110—500 кВ в результате расчётов по формуле (5) напряжение экран-земля окажется больше допустимого значения 5 кВ, то можно предусмотреть прокладку вдоль кабеля специальной заземлённой по концам медной шины. В [3] показано, что эффект от её использования основан на снижении закладываемой в расчёты величины DЗ, что согласно рис. 4 приведёт к уменьшению наводимого напряжения.
Например, в соответствии с рис. 4 при глубине DЗ = 1 м и диаметре экрана dЭ = 70 мм наводимое напряжение составляет UЭРИС = 200 В на 1000 А и 1000 м. По формуле (5) при токе однофазного короткого замыкания 42 кА находим напряжение на экране:
которое уже допустимо.
Итак, для рассматриваемой кабельной линии 110 кВ 800/240 принимаем одностороннее заземление экранов. Вдоль кабеля на расстоянии не более 1 м от него должна быть проложена медная проводящая шина, заземлённая по концам.
На незаземлённом конце экрана для защиты оболочки кабеля от импульсных перенапряжений между экраном и землёй должны быть установлены ОПН класса напряжения 6 кВ, как это было показано в [1, 4].
Монтаж схемы
На том конце кабеля, где экраны разземлены, для размещения экранных ОПН предусматривают специальную трёхфазную концевую коробку (КК/ОПН). Для удобства монтажа и обслуживания кабельной линии на противоположном её конце (где экраны имеют глухое заземление без ОПН) также устанавливают концевую коробку (КК), не имеющую ОПН и называемую коробкой заземления.
На каждом из концов силового кабеля экраны выводятся из концевой муфты при помощи провода соединительного с полиэтиленовой изоляцией (ППС) и далее заходят в коробку КК/ОПН, где присоединяются к ОПН, или в коробку КК, где присоединяются к шине, смонтированной на опорных изоляторах и заземляемой отдельным (уже четвёртым) проводом ППС.
Провод ППС имеет такую же прочность, как оболочка силового кабеля (класс изоляции 6 кВ), а его сечение принимается равным сечению экрана силового кабеля (в данном примере — 240 мм2).
В качестве примера рассмотрим монтаж коробки КК без ОПН (рис. 5—10):
• рис. 5 — снять крышку с коробки и установить коробку на место эксплуатации; • рис. 6 — на нижней панели ножом срезать силиконовый сальник на диаметр, который соответствует диаметру провода ППС; • рис. 7 — разделать ППС в соответствии с размерами наконечников, идущих в комплекте с коробкой; • рис. 8 — надеть на ППС термоусаживаемую трубку (ТУТ), далее обжать наконечник на разделанном конце провода ППС; • рис. 9 — надеть наконечник на шпильку ОПН и закрепить гайкой, после чего подвергнуть трубку ТУТ термоусадке термопистолетом или газовой горелкой; • рис. 10 — выполнить операции, показанные на рис. 6—9, для остальных проводов ППС и далее закрыть коробку крышкой.
С какой целью применяется заземление
Заземление экрана кабеля используется для защиты оборудования. При помощи этой операции устройства, инструменты, приборы, аппаратуру предохраняют от электромагнитного излучения и многообразных видов других помех.
Препятствия для нормальной работы оборудования создаются:
токами короткого замыкания; ударами молнии; коммутацией в низковольтных и высоковольтных сетях; силовыми агрегатами; разрядами статического электричества; радиопередающими устройствами.
Процедура заземления приводит к снижению напряжения при прикосновении до безопасного значения. Из-под возможного поражения выводятся не только различное оборудование, но и люди, животные.
Экранное заземление исключает протекание токов, генерируемых паразитной обратной связью. Такой вид связи способен действовать синфазно. Результатом становится то, что 2 проводника используют усиление входных сигналов. Заземление экрана нейтрализует это нежелательное явление.
Во многих странах общие требования к заземлению, его конкретному внедрению регламентируют утвержденные правила (ПУЭ – «Правила устройства электроустановок»). Для урегулирования процессов безопасной эксплуатации применяются технические регламенты, отдельные законодательные нормы.
ПРИМЕР ВЫБОРА СХЕМЫ И МОНТАЖА ТРАНСПОЗИЦИИ ЭКРАНОВ
Выбор схемы
Кабельная линия 10 кВ длиной LК = 6000 м с медной жилой FЖ = 630 мм2 и медным экраном FЭ = 95 мм2 проложена сомкнутым треугольником.
Ток нормального режима IЖ = 700 А, ток трёхфазного короткого замыкания 20 кА, ток однофазного замыкания на землю неважен, так как не влияет на расчёты.
Требуется выбрать оптимальную схему заземления экранов.
Для кабеля 10 кВ 630/95 по каталогу диаметр d = 50 мм. При типовой толщине оболочки ΔОБ = 5 мм находим диаметр экрана dЭ = d–2ΔОБ = 40 мм.
При прокладке треугольником dАВ= dВС= dАС= d, тогда среднее расстояние между осями фаз
Отношение s/dЭ = 50/40 = 1,25.
Согласно рис. 2 при s/dЭ = 1,25 и FЭ = 95 мм2 имеем IЭ /IЖ = 0,25.
По формулам (1), (2) находим относительные потери и пропускную способность: где цена потерь принята равной Ц = 1 руб./(кВт•ч).
Из расчётов следует, что при заземлении экранов с двух сторон пропускная способность кабеля может быть использована лишь на 84% от своего предельного значения, а годовая стоимость потерь мощности в экранах составляет 990 тысяч рублей в год. Очевидно, что такая схема заземления невыгодна и недопустима.
Заранее ясно, что для линии длиной 6000 м одностороннее заземление экранов не подойдёт. Поэтому рассмотрим один полный цикл транспозиции экранов N = 1.
В сетях 6—35 кВ с изолированной нейтралью при определении напряжения на экране расчётным является трёхфазное короткое замыкание. Согласно рис. 3 при s/dЭ = 1,25. наводимое напряжение составляет UЭРИС = 50 В на 1000 А и 1000 м.
По (6) при токе однофазного короткого замыкания 20 кА находим напряжение на экране: которое меньше допустимого значения в 5000 В (если бы напряжение оказалось больше допустимого, то следовало бы повторить расчёты уже для N = 2, 3…).
Итак, для рассматриваемой кабельной линии 10 кВ 630/95 принимаем один полный цикл транспозиции экранов N = 1. Если не будет возможности разместить пункты транспозиции экранов на отметках 1/3 и 2/3 трассы кабеля, то тогда надо провести расчёты с помощью методики [5] на те условия транспозиции, которые реализуемы.
В узлах транспозиции экранов для защиты оболочки кабеля от импульсных перенапряжений между экраном и землёй должны быть установлены ОПН класса напряжения 6 кВ, как это было показано в [1, 4].
Монтаж схемы
Для размещения ОПН в узлах транспозиции предусматривают специальную коробку транспозиции (КТ/ ОПН), устанавливаемую в так называемом колодце транспозиции (как правило, это железобетонный колодец типа ККС-5). Экраны силового кабеля выводятся из транспозиционных муфт фаз А, В, С кабеля при помощи проводов соединительных с полиэтиленовой изоляцией (ППС) и далее заходят в КТ/ОПН, где присоединяются к ОПН.
Провод ППС имеет такую же прочность, как оболочка силового кабеля (класс изоляции 6 кВ), а его сечение принимается равным сечению экрана силового кабеля (в данном примере — 95 мм2).Последовательность монтажа коробки транспозиции, которая не требует её открытия и нарушения герметичности, следующая (рис. 11—18):
• рис. 11 — подготовить коробку к монтажу (установить в колодце транспозиции); • рис. 12 — разделать провод ППС, сняв с него изоляцию на необходимую длину, затем одеть термоусаживаемую трубку «термофит»; • рис. 13 — защищённый конец ППС вставить в проходной изолятор и затянуть винты при помощи торцевого ключа-шестигранника; • рис. 14 — обмотать провод ППС при помощи «скотча 23» в два слоя, начиная от юбки проходного изолятора; • рис. 15 — надвинуть термоусаживаемую трубку «термофит» на юбку проходного изолятора до упора; • рис. 16 — выполнить термоусадку трубки «термофит» при помощи термопистолета или газовой горелки, начиная от юбки проходного изолятора; • рис. 17 — завершить термоусадку; • рис. 18 — выполнить операции, показанные на рис. 12—17, для остальных проводов ППС и далее закрыть крышку колодца транспозиции.
Прокладка бронированных кабелей в земле
Прокладка кабеля в броне в различных типах грунта имеет свои особенности. В местах с нестабильными грунтами, в скальных породах и в районах вечной мерзлоты укладывают кабель с проволочной броней, а в местах со стабильным типом грунта — с ленточной броней. При прокладке необходимо убедиться, что защитная оболочка не имеет электрических разрывов по всей длине. Заземление брони осуществляется плоским неизолированным проводом. Требуемое сечение заземляющего провода приведено в таблице:
Не пропустите: Стык ванны и плитки. Чем заделать стык между ванной и плиткой
Как сделать заземление брони кабеля
Для прокладки в сложных условиях и для защиты электрической линии от повреждений используют бронированные кабели, представителями таких являются ВБбШв и АВБбШв. Бронированным называют электрический кабель, защищенный слоем из металлических лент или повивов металлической проволоки. Определения названий и видов кабельной продукции и сопутствующих терминов описаны в ГОСТ 15845-80. Обязательным условием при его использовании является заземление брони, поскольку действующие нормы и требования говорят о необходимости заземления всех токопроводящих частей электроустановки. В этой статье мы рассмотрим, как заземлить бронированный кабель.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6—500 кВ.—СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. —152 с.
2. СТО 56947007-29.060.20.103-2011. Силовые кабели. Методика расчёта устройств заземления экранов, защиты от перенапряжений изоляции силовых кабелей на напряжение 110—500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена.
3. Дмитриев М.В., Кияткина М.Р. Эффективность применения металлической шины, параллельной однофазным кабелям. // Энергетик, № 6, 2012, с. 20— 22.
4. Дмитриев М.В. Перенапряжения на изоляции экранов однофазных силовых кабелей 6—500 кВ и защита от них. // КАБЕЛЬ-news, № 11, ноябрь 2008, с. 56—62.
5. Дмитриев М.В., Кияткина М.Р. Транспозиция экранов кабелей 6—500 кВ. Практические аспекты использования // Новости Электротехники, № 2(74), 2012, с. 80—84.
