Конструкция кабелей и кабельные линии

Силовые кабели состоят из одной или нескольких токопроводящих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Поверх изоляции для ее предохранения от вла­ги, кислот и механических повреждений накладывают за­щитную оболочку и стальную ленточную броню с защит­ными покровами. Токопроводящие жилы, как правило, из­готовляются из алюминия как однопроволочными (сечением до 16 мм²), так и многопроволочными. Применение кабе­лей с медными жилами предусмотрено только в специаль­ных случаях, например во взрывоопасных помещениях, в шахтах, опасных по газу и пыли. На переменном токе до 1 кВ применяют четырехжильные кабели, сечение четвер­той, нулевой жилы меньше, чем основных. Кабели в сетях переменного тока до 35 кВ — трехжильные, кабели 110 кВ и выше — одножильные. На постоянном токе применяют одножильные и двухжильные кабели.

Изоляция выполняется из специальной пропитанной минеральным маслом кабельной бумаги, накладываемой в виде лент на токопроводящие жилы.

Защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции для ее предохранения от влаги и воздуха, бывают свинцо­выми, алюминиевыми или поливинилхлоридными. Реко­мендуется широко использовать кабели в алюминиевой оболочке. Кабели в свинцовой оболочке предусмотрены для прокладки под водой, в угольных и сланцевых шахтах, в особо опасных коррозионно-активных средах. В осталь­ных случаях выбор кабелей в свинцовой оболочке надо специально технически обосновать.

Свинцовые, алюминиевые или поливинилхлоридные оболочки надо защитить от механических повреждений. Для этого на оболочку накладывают броню из стальных лент или проволок. Алюминиевая оболочка и стальная броня в свою очередь подлежат защите от коррозии, хими­ческого воздействия и блуждающих в земле токов. Для этого между оболочкой и броней, а также поверх брони накладывают внутренний и внешний защитные покровы. Внутренний защитный покров (или подушка под броней) — это джутовая прослойка из хлопчатобумажной пропитан­ной пряжи или из кабельной сульфатной бумаги. Поверх этой бумаги накладывают еще две поливинилхлоридные ленты. Наружный защитный покров — также из джута, пропитанного антикоррозионным составом.

Кабели напряжением до 10 кВ изображены на рис. 7, а, б. На рис. 7, а показан четырехжильный кабель до 1 кВ: 1 — токопроводящие фазные жилы; 2 — бумажная фазная и поясная изоляция; 3 —алюминиевая или свинцо­вая защитная оболочка; 4 — стальная броня; 5 — защит­ный покров; 6 — бумажное заполнение; 7 — нулевая жила. На рис. 7,б изображен трехжильный кабель 1—10 кВ с бумажной изоляцией: 1 — медная или алюминиевая токопроводящая жила; 2 — фазная изоляция; 3 — общая по­ясная изоляция; 4 — свинцовая или алюминиевая оболоч­ка; 5 — подушка под броней; 6 — стальная броня; 7— за­щитные покровы; 8 — заполнение.

Каждая из трех жил кабелей 1—10 кВ имеет сектор­ную форму и обмотана фазной изоляцией (двумя или бо­лее слоями лентами пропитанной кабельной бумаги). Про­странство между жилами заполняют жгутами из сульфат­ной бумаги 8. Поверх жил накладывают общую поясную изоляцию 3 той же структуры, что и фазная изоляция жил кабеля (рис. 7, б).

Трехжильные кабели 20 — 35 кВ состоят из отдельно освинцованных или экранированных жил (рис. 7, г, д). В первом случае (рис. 7, д) бесшовная свинцовая обо­лочка 4 положена поверх бумажной фазной изоляции каж­дой жилы 3. В кабеле с экранированными жилами поверх бумажной изоляции каждой жилы наложен экран — слой перфорированной медной ленты или ленты из перфориро­ванной металлизированной бумаги.

Свинцовые оболочки поверх жил выравнивают и тепловые поля в изоляции фаз. В кабеле на 20 и 35 кВ на рис. 7, д: 1 — круглая токопроводящая жила; 2 — полупроводящие экраны; 3 — фазная изоляция; 4 — свинцовая оболочка; 5 — подушка. Промежутки между освинцованными жилами заполнены пропитанной кабель­ной пряжей 6. Все три жилы скручены друг с другом и по­крыты стальной броней 7. Защитный покров от коррозии — кабельная пряжа 8, пропитанная битумным составом.

Газонаполненные кабели применяются при напряжении 10—110 кВ. Это освинцованные кабели с изолирующей бумагой, пропитанной относительно малым количеством компаунда. Кабель находится под небольшим избыточным давлением инертного газа (обычно азота), что значитель­но повышает изолирующие свойства бумаги. Постоянство давления обеспечивается тем, что утечки газа компенсиру­ются непрерывной подпиткой.

Кабели переменного тока 110 и 220 кВ изготовляют маслонаполненными и, как правило, одножильными. Конструк­ция маслонаполненного кабеля с бумажной пропитанной изоляцией на 110 и 220 кВ изображена на рис. 7, е: 1 — маслопроводящий канал; 2 — полая токопроводящая жила, скрученная из фасонных луженых проволок; 3 — экран из двух-трех лент полупроводящей бумаги; 4 — изоляция; 5 —металлическая оболочка; 6— подушка из поливинилхлоридных лент; 7—медные усиливающие ленты; 8 — броня; 9 — защитные покровы.

Эти кабели изготовляются с изоляцией из бумажных лент различной плотности, про­питанных высоковольтным нефтяным или синтетическим маслом малой вязкости. Маслопроводящий канал 1 этих кабелей через специальные муфты периодически по трассе прокладки соединяется с баками давления, которое может

а — четырехжильный до 1 кВ; б— с бумажной пропитанной изоляцией 1—10 кВ; в, г — электрическое поле в кабеле с поясной изоляцией и экранированными или освинцованными жилами; д — на напряжение 20—35 кВ; е — маслонаполненный низкого давления 110—220 кВ; ж — маслонаполненный высокого давления 220 кВ

 

Рисунок 7 - Силовые кабели

достигать 0,3 МПа. Избыточное давление масла исклю­чает возможность образования пустот в изоляции кабеля и значительно повышает его электрическую прочность. По значению давления, под которым находится масло, кабели делятся на кабели низкого (рис. 7, е) и высокого давле­ния. Длительно допустимое избыточное давление масла в кабелях низкого давления должно быть в пределах 0,06— 0,3 МПа, а в кабелях высокого давления—1,1—1,6 МПа. Кабели высокого давления наиболее целесообразны на 220—500 кВ при прямых трассах. Конструкция такого ка­беля 220 кВ показана на рис. 7, ж. Три однофазных ка­беля размещены в стальном трубопроводе 1, покрытом за­щитным покровом 7 и заполненном изоляционном маслом 6 под избыточным давлением до 1,5 МПа. Токоведущая жила 4 из медных круглых проволок имеет бумажную изо­ляцию 3 с вязкой пропиткой. Поверх изоляции и полупро­водящих бумажных лент наложена медная перфорирован­ная лента 2 (экран), а сверх нее — две бронзовые полу­круглые проволоки 5, которые служат для механической защиты изоляции от повреждений во время протягивания в стальном трубопроводе и, кроме того, способствуют улуч­шению циркуляции масла. Свинцовая оболочка на таком кабеле нужна только на период транспортировки и хране­ния; перед затягиванием кабеля в стальной трубопровод ее снимают.

Марки кабелей состоят из начальных букв слов, харак­теризующих их конструкцию. Первая буква А соответству­ет алюминиевым жилам, отсутствие обозначения — медным. Оболочки кабелей обозначаются буквами: А — алю­миниевая, С — свинцовая, В — поливинилхлоридная, Н — резиновая, наиритовая; П — полиэтиленовая; кабели с отдельно освинцованными жилами маркируются буквой О. Обозначения марок кабелей с различными бронирован­ными защитными покровами отмечаются следующими бук­вами: Б — стальные ленты, П — плоские стальные оцинко­ванные проволоки, К — такие же проволоки, но круглые. Отсутствие в конструкции кабеля брони и защитного слоя обозначается буквой Г. Маслонаполненные кабели низкого давления маркируются буквами МП в начале названия кабеля, кабели высокого давления — буквами МВД.

Рядом с маркой кабеля обычно указывают число и се­чение токоведущих жил кабеля. Например, СБ 3X95 означает: кабель в свинцовой оболочке, бронированный

На переходах через автомобильные дороги и под же­лезнодорожными путями кабель прокладывают в асбестоцементных или бетонных трубах.

При прокладке большого количества кабелей применяют коллекторы, туннели, ка­налы и блоки. Коллектор предназначен для совместного размещения в нем кабельных линий, водопровода и тепло­провода. Применение коллекторов целесообразно при соо­ружении новых или при реконструкции существующих улиц крупных городов. Туннель предназначен для прокладки только кабельных линий (силовых и связи). Туннели и коллекторы могут быть круглыми и прямоуголь­ными. Емкость одного туннеля — от 20 до 50 кабелей. При меньшем количестве кабелей применяются кабельные ка­налы.

 

6 Определение наибольшей потери напряжения

При расчете проводов учитывают не падение напряжения, которое является геометрической величиной и регламентируется ГОСТом 13109-87 «Электроэнергия. Общие требования к качеству электроэнергии общего назначения», а потерю напряжения, поскольку работа токоприемников зависит от абсолютного значения подводимого к ним напряжения.

Рассмотрим схему замещения распределительной сети, приведенную на рис.8 При электрическом расчете из­вестны мощности в узлах S_k, напряжение в начале линии U₁, сопротивление участков линии Z_kj, где k—номер узла начала участка линии (k=1,2); j — номер узла конца участка линии (j=2,3). Надо определить напряжения в уз­лах и мощности на участках линии S_kj,.

Рисунок 8 - Схема замещения распределительной сети

 

Мощности S_kj определяются по первому закону Кирхгофа:

; . (1)

При этом активные и реактивные мощности на участках линии равны

Р₂₃ = Р₃; Р₁₂= Р₂ + Р₃; (2)

Q₂₃ = Q₃; Q₁₂= Q₂ + Q₃; (3)

При расчете напряжений необходимо проверить, чтобы самое низкое из напряжений в узлах было не меньше до­пустимого. Вместо определения самого низкого из напря­жений в узлах обычно определяют наибольшую потерю напряжения. Разница между напряжениями источника пи­тания и узла с самым низким напряжением называется наи­большей потерей напряжения. Для сети на рис.8 ∆U_нб = U₁ – U₃.

Наибольшая потеря напряжения в общем случае

(4)

где ∆U_kj — потери напряжения на участке линии; m — число участков линии, и может быть вычислена так:

(5)

Здесь r_kj — активное сопротивление участка линии; x_kj — реактивное сопротивление на участке линии; P_kj, Q_kj — активная и реактивная мощности на участке линии.

Реактивная мощности на участке линии определяется через активную мощность выражением:

Q_kj = P_kj∙tgφ (6)

Если выразить потоки мощности в линии через мощно­сти нагрузки, то выражение (5) можно записать проще. Для этого запишем (5) для схемы рис. 8, а так:

(7)

Придадим этой формуле другой вид, учитывая (1) — (3) и обозначив

r₂ = r₁₂ (8)

r₃ = r₁₂ + r₂₃ (9)

x₂ = x₁₂ (10)

x₃ = x₁₂ + x₂₃ (11)

Для этого подставим выражения (2)—(3) в (7) и используем (8)—(11). Тогда

(12)

или

(13)

где P_k, Q_k — мощность нагрузки k-го узла; r_k, x_k — сопро­тивление от узла 1 до узла k; n — количество узлов.

Формула (13) справедлива для любого количества узлов.

Если сечения проводов F_kj на всех участках линии оди­наковы, то

(14)

где l_k — расстояние от узла 1 до узла k.

r₀, x₀ – соответственно удельное активное и удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км, приводятся в справочных таблицах.