книги из ГПНТБ / Сооружение и эксплуатация кабельных линий

Кабели с пластмассовой изоляцией и оболочкой изго­ товляются строительными длинами не менее:

кабели до 10 кВ включительно сечением до 35 мм2 — 200 м, сечением до 70 мм2— 150 м, а для остальных сече­ ний — 100 м; кабели 20 и 35 кВ — 100 м.

Допускаются маломерные отрезки длиной не менее 50 м в количестве не более 10% общей длины сдаваемой партии.

2-6. Электрические характеристики кабелей

Качество изготовления кабеля и его соответствие тре­ бованиям ГОСТ или технических условий тщательно кон­ тролируется. Проверяют размеры конструктивных эле­ ментов кабеля и производят электрические заводские испытания. Эти испытания позволяют следить за соблю­ дением технологии в процессе изготовления кабеля, при­ нимать своевременные меры по устранению обнаружен­ ных недостатков, тем самым обеспечивая высокое каче­ ство и надежность работы кабельных линий в условиях эксплуатации.

Ниже приведены основные электрические характери­ стики кабелей, установленные ГОСТ и ТУ.

Электрическое сопротивление жил кабеля постоянно­ му току, перечисленное на 1 мм2 номинального сечения и 1 км длины при температуре +20 °С, не должно превы­ шать 18,4 Ом для медных жил и 31 Ом для алюминиевых жил.

С изменением температуры, а также в результате скрутки отдельных проволок многопроволочной жилы действительное сопротивление жил может не соответст­ вовать ее номинальному значению.

Сопротивление кабеля для различных температур определяется по следующей формуле:

= 3X120 мм2 длиной 1= 240 м при / = 20°С составляет:

80

При i = 65°C сопротивление жил составит:

«оо = ]2(ы 'ооо~ t1 + ° ■004 ■(65-20)] = 0,0368• 1,18 = 0,0434 Ом.

Сопротивление изоляции кабеля представляет собой частное от деления приложенного напряжения на ток, проходящий через изоляцию, спустя минуту после вклю­ чения напряжения. Изменением сопротивления изоляции устанавливается правильность процесса сушки и пропит­ ки бумажной изоляции, а также степень ее влажности.

Минимальные сопротивления бумажной изоляции ка­ белей при измерении по схеме: сопротивление изоляции одной жилы против других, соединенных со свинцовой оболочкой, приведены в табл. 2 -2 2 .

Т а б л и ц а 2-22

Минимальное сопротивление изоляции кабелей с бумажной пропитанной изоляцией

товления испытывается также напряжением переменного тока промышленной частоты. При этом кабели 1 кВ дол­ жны выдержать в течение 10 мин испытательное напря­ жение 3,5 кВ, а кабели 6 кВ — 16 кВ; кабели 10 кВ дол­ жны выдержать в течение 20 мин 25 кВ, кабели 20 кВ — 50 кВ и кабели 35 кВ — 88 кВ.

Кроме того, для кабелей 6 кВ и выше с нормальной пропиткой нормируется величина тангенса угла диэлект­ рических потерь, являющаяся наиболее чувствительным показателем качества изоляции кабелей.

Диэлектрическими потерями называют потери, вы­ званные рассеиванием энергии в диэлектрике (изоляции

Т а б л и ц а 2-23

кабеля) в результате приложенного к нему переменного напряжения. Углом диэлектрических потерь б называют дополняющий до 90° угол ф сдвига фаз между током и напряжением в емкостной цепи.

Известно, что в электрической цепи с идеальной ем­ костью (изоляцией) вектор тока опережает вектор напря­ жения на угол 90° и дополнительный угол при этом равен нулю. Чем больше в испытываемой изоляции энергии бу­ дет переходить в тепло, тем больше будет значение угла б и тем хуже качество изоляции.

Тангенс угла диэлектрических потерь и приращение тангенса диэлектрических потерь, измеренные до и после нагрева до 50 °С, не должны превышать значений, приве­ денных в табл. 2-23.

Величина tg б и максимальное приращение tg б для кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией не нормиру­ ются.

Полиэтиленовая изоляция кабелей обладает значи­ тельно большим сопротивлением по сравнению с кабель­ ной изоляцией из поливинилхлорида. В табл. 2-24 приве­ дены минимально допустимые величины сопротивления пластмассовой изоляции в зависимости от температуры.

Сопротивление изоляции жил кабелей при рабочих температурах, пересчитанное на 1 км длины, для кабелей

82

ным напряжением 10 кВ, выше 17 кВ для кабелей 20 кВ и выше 30 кВ для кабелей 35 кВ.

После прокладки кабеля и монтажа муфт испытание кабельной линии с пластмассовой изоляцией производит­ ся напряжением постоянного тока в течение 10 мин: линии

для жил должны выдержать ток замыкания на землю 50 А в течение 4 ч. В сетях с большим током замыкания на землю соответственно должны быть увеличены сече­ ния металлических экранов.

Емкость кабельных линий. Значения емкостей для ка­ белей не предусмотрены действующими ГОСТ п ТУ. Од­ нако для кабельных сетей б—35 кВ, работающих обычно в режиме изолированной нейтрали (§ 1-2-65 ПУЭ), весь­ ма важно учитывать величину тока замыкания на землю для всевозможных режимов работы сети, возникающих в

Зная протяженность, сечение и напряжение находя­ щихся в эксплуатации кабельных линий, нетрудно опре­ делить расчетную величину емкостного тока замыкания на землю.

Пусть, например, к РУ 10 кВ ЦП подключены питающие линии сечением 185 мм2 протяженностью 25 км и сечением 120 мм2—50 км;

84

распределительные линии сечением 70 мм2 протяженностью 60 км, сечением 50 мм2—40 км и сечением 35 мм2—50 км.

При возникновении в сети этого ЦП однофазного замыкания на землю расчетная величина емкостного тока однофазного замыкания питающих кабелей 10 кВ для сечения 185мм2 составит 1,4-25=35 А,

Общая величина емкостного тока замыкания на землю составит:

(3 5 + 55) + (42,6 + 3 0 + 35) = 197,6А.

Полученные таким образом расчетные токи замыкания на зем­ лю позволяют произвести настройку дугогасящих устройств ЦП.

Напряженность электрического поля. Надежность ра­ боты изоляции кабеля в условиях эксплуатации опреде­ ляется ее электрической прочностью и соответствием принятого значения напряженности электрического поля максимально допустимой его величине. Максимальная напряженность электрического поля в трехжильных ка­ белях с поясной изоляцией принимается не более 4 кВ/мм, а в кабелях с отдельными металлическими обо­ лочками на жилах 5 кВ/мм.

Меньшая величина напряженности электрического по­ ля, установленная для кабелей с поясной изоляцией, объ­ ясняется сложностью и неблагоприятным распределением электрического поля в изоляции кабелей этой конструк­ ции. Как видно из рис. 2-5, а, в кабеле с отдельными ме­ таллическими оболочками на жилах действие электриче­ ского поля ограничивается металлической оболочкой. Вне металлической оболочки каждой жилы электричес­ кого поля нет; заземленная металлическая оболочка слу­ жит экраном, ограничивающим распространение сил электрического поля.

В кабелях с поясной изоляцией (рис. 2-5, б) все три жилы, междужильная изоляция, а также заполнения меж­ ду изоляцией жил, электрическая прочность которой зна­ чительно ниже жильной изоляции, оказываются под дейст­

вием электрического поля напряженностью, в У^З раз большей, чем напряженность изоляции фаз. Напряжен­ ность электрического поля в кабеле с отдельно металли­ ческими оболочками, как это видно из рис. 2 -6 , имеет ра­ диальное направление (от жилы перпендикулярно слоям бумажной изоляции), где электрическая прочность ка­ бельной бумаги очень велика. В кабеле с поясной изоля­ цией имеется составляющая напряженность электриче­ ского поля, направленная вдоль оси кабеля (параллель­

85

но слоям намотки бумажной изоляции), где прочность кабельной бумаги в 10 раз меньше, чем в радиальном на­ правлении.

Поэтому кабели с поясной изоляцией изготовляются на напряжение не выше 10 кВ, кабели 20—35 кВ изготов­ ляются с отдельными металлическими оболочками изо­ лированных жил.

Рис. 2-5. Электрическое поле трехжильного кабеля.

а — с отдельно освинцованными экранированными жилами; б — с поясной изо­ ляцией в общей металлической оболочке.

Напряженность электрического поля е (кВ/мм) в лю­ бой точке изоляции, расположенной на расстоянии тх от оси жилы, находящейся под напряжением U, определяет­ ся следующим уравнением:

и

гх In—

т

где U — рабочее напряжение между жилой и металли­ ческой оболочкой кабеля, В; R — наружный радиус изо­ ляции, мм; г — внутренний радиус изоляции, мм.

Как видно из уравнения и рис. 2-6, максимальную на­ пряженность испытывает изоляция у жилы, где гх— г, и соответственно минимальную слои изоляции, расположен­ ные у металлической оболочки кабеля, где rx= R.

Известно, что значение максимальных напряженно­ стей электрического поля в разных слоях изоляции обрат-

86

ио пропорционально их диэлектрической проницаемости, т. е. Eiei = E262, где Ei и Е2 — напряженность электричес­ кого поля в разных слоях изоляции; ei и ег — диэлектри­ ческая проницаемость изоляцион­ ных материалов в этих слоях.

Это свойство используют для выравнивания электрического по­ ля и лучшего применения изоля­ ционного материала; при этом бе­ рут двухслойную изоляцию с раз­ личными значениями диэлектри­ ческой проницаемости. Изоляци­ онный слой с большей диэлектри­ ческой проницаемостью при этом располагается ближе к жиле.

Приведенное выше уравнение для вычисления максимальной напряженности электрического поля относится к идеальному слу­ чаю, в котором жила представля­ ет собой гладкую цилиндричес­ кую поверхность с плотно приле­ гающей к изоляции металличес­ кой оболочкой.

В действительности жилы из­ готовляются многопроволочными. Для сглаживания интенсивности поля на «гребнях» витков и обес­

печения радиальности скрученные из отдельных прово­ лок жилы выполняются экранированными.

Для иллюстрации произведен расчет и определим максималь­ ную и минимальную напряженность электрического поля в изоляции кабеля 35 кВ марки ОСБ с сечением 120 мм2:

диаметр жилы 12,8 мм; г= 6,4 мм; толщина изоляции 9 мм; # = 6,4+9= 15,4 мм. Максимальная напряженность поля у жилы

20,2

=с = 3,6 кВ/мм, 5,6

87

что находится в пределах допустимых значении

6,4

20,2

= 1,5 кВ/мм.

15,4 (2,73 — 1,85)

Глава третья

КАБЕЛЬНЫЕ МУФТЫ, ЗАДЕЛКИ, АРМАТУРА И МОНТАЖНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

3-1. Назначение и классификация муфт и заделок

Соединение строительных длин кабелей между собой производят в муфтах, а присоединение их к зажимам электроприемников осуществляют муфтами и заделками. Основным требованием к муфтам и заделкам является равнопрочность по конструкции с соответствующими им кабелями.

Анализ причин повреждаемости кабельной арматуры на действующих линиях показывает значительную по­ вреждаемость только некоторых конструкций муфт и за­ делок и особенно отмеченных ниже.

Устаревшие мачтовые муфты типа муфт Фирсова, как и муфты, усовершенствованные ОРГРЭС Минэнерго

СССР, не предотвращают попадания влаги во внутрен­ нюю полость муфт и вызывают, таким образом, значи­ тельное количество—повреждений кабельно-воздушных линий. Необходимо поэтому указанные муфты заменять более совершенными, учитывающими климатические и метеорологические условия, в которых работают мачто­ вые муфты.

Сухие заделки с поливинилхлоридными лентами (т. е. без применения заливочных составов) могут работать удовлетворительно только в сухих помещениях. Опыт применения их в РУ 6—10 кВ показал, что заделки в «ко­ решке» отсыревают, при этом начинается сильное коронирование при рабочих напряжениях; они не выдержи­ вают испытательных напряжений постоянного тока. По­ этому применение этого типа заделок, несмотря на упрощенный их монтаж, компактность, меньшую стои­

88

мость и трудоемкость, небольшую номенклатуру матери­ алов, нужно ограничить только заведомо сухими распре­ делительными устройствами.

Сухие заделки в виде резиновых перчаток также не удовлетворяют требованиям эксплуатации, так как про­ исходят старение резины, потеря ее эластичных, свойств и, как следствие, растрескивание резины, а затем увлаж­ нение изоляции кабеля. В стационарных установках 10 кВ необходимо избегать выполнения монтажа сухих заделок резиновыми перчатками.

Оказались малопригодными к эксплуатации концевые заделки, выполняемые из эпоксидной шпатлевки ЭП-0010. Применяемая для герметизации жил этой кон­ струкции эпоксидных заделок киперная лента увлажняет­ ся, и влага по жильной изоляции распространяется.до корешка заделки. В сырую погоду заделки коронируют при рабочем напряжении. Кроме того, большая жест­ кость изолированных фаз этих заделок полностью ис­ ключает возможность их изгиба, необходимую по усло­ виям установления одноименности фаз в трехфазной си­ стеме (фазировка).

Эпоксидные соединительные муфты 6 и 10 кВ с отлив­ кой в съемной форме имеют высокую повреждаемость. По данным ОРГРЭС Минэнерго СССР ежегодный выход из строя этой конструкции муфт составляет около 10% смонтированных муфт. Удельная повреждаемость их в 20 раз больше, чем соединительных свинцовых муфт. В большинстве случаев выход их из строя происходит вследствие конструктивно-технологических дефектов, ос­ новными из которых являются недостаточная герметич­ ность из-за плохой адгезии эпоксида с оболочками кабе­ лей, образование каверн в эпоксидном компаунде и свищей в горловинах муф.т и литниках. В усовершенст­ вовании конструкции также крайне нуждается и ряд других муфт и заделок.

На муфты для кабелей с медными или алюминиевы­ ми жилами с изоляцией из пропитанной кабельной бу­ маги, в свинцовой или алюминиевой оболочке на номи­ нальные напряжения переменного тока до 35 кВ включи­ тельно введен с 1 января 1969 г. ГОСТ 13781.0-68 с описанием в нем общих требований: по герметичности, влагостойкости, механической и электрической прочно­ сти, противокоррозионной защите и др. За исключением ГОСТ, 13781.2-69 на свинцовые муфты, стандартов на

89