Кабельные линии электропередачи

Общие сведения

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, 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 должна предусматривать защиту от указанных воздействий.

По величине номинального напряжения кабели делятся на 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.

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 PE 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.

Кабели напряжением до 35 кВ

Наиболее широко применяемыми в системах электроснабжения являются кабели на номинальное напряжение до 35 кВ включительно. На рисунке 6.5, а приведен поперечный разрез кабеля напряжением 6...10 кВ. Общий вид такого кабеля показан на рисунке 6.5, б.

Токопроводящие жилы 1 выполняются сегментообразными для придания кабелю цилиндрической формы. Жилы кабеля, как правило, многопроволочные, для небольших сечений - монолитные. Каждая жила имеет свою фазную изоляцию 2. Все три жилы имеют поясную (общую) изоляцию 3. Бумажно-джутовые заполнители 8 служат, как и сегментообразные жилы, для придания кабелю цилиндрической формы. Герметичная оболочка 4 служит для защиты изоляции кабеля от высыхания и попадания влаги. Подушка 5 служит для защиты герметичной оболочки от механических повреждений броней 6, которая защищает кабель от механических повреждений. Наружный защитный покров 7 защищает стальную броню от агрессивности внешней среды.

Дополнительное усиление фазной изоляции общей (поясной) изоляцией объясняется следующим образом. Кабельные сети напряжением 6...35 кВ работают с изолированной нейтралью и могут длительно работать в режиме замыкания одной фазы на землю. В нормальном режиме работы кабеля напряжение между каждой фазой и землей (металлической герметичной оболочкой) равно фазному напряжению, а напряжение между фазами - линейному.

При допущении, что поясной изоляции нет, между фазами имеем двойной слой фазной изоляции, рассчитанной на линейное напряжение, а между фазой и землей - один слой изоляции, рассчитанной на фазное напряжение.

При замыкании одной фазы на землю напряжение этой фазы становится равным нулю, а напряжения относительно земли двух других фаз увеличиваются до линейного напряжения. Следовательно, изоляцию каждой фазы относительно земли необходимо выполнить не на фазное, а на линейное напряжение. При наличии общей поясной изоляции такой необходимости нет. Между жилами имеются два слоя фазной изоляции, рассчитанной на линейное напряжение, между жилой и землей - тоже два слоя изоляции (слой фазной и слой поясной изоляции), рассчитанной на линейное напряжение.

При допущении, что поясной изоляции нет, между фазами имеем двойной слой фазной изоляции, рассчитанной на линейное напряжение, а между фазой и землей - один слой изоляции, рассчитанной на фазное напряжение.

а) в)

б)

Рисунок 6.5 – Конструкция кабеля на напряжение 10 кВ

При допущении, что поясной изоляции нет, между фазами имеем двойной слой фазной изоляции, рассчитанной на линейное напряжение, а между фазой и землей - один слой изоляции, рассчитанной на фазное напряжение.

Электрическое поле кабеля с общей металлической оболочкой не является однородным (рисунок 6.5, в). Силовые линии имеют различные углы наклона к слоям бумажной изоляции. Электрическая прочность слоистой бумажной изоляции в продольном направлении на порядок меньше, чем в поперечном. При относительно небольших напряжениях (до 10 кВ) еще можно выполнить экономически целесообразную конструкцию кабеля. При напряжениях более 10 кВ увеличение толщины изоляции из-за неоднородности электрического поля становится экономически нецелесообразным.

Кабели на напряжение 20...35 кВ выполняют с отдельно освинцованными или отдельно экранированными жилами (рисунок 6.6, а). Жилы 1 кабеля имеют круглую форму. Каждая фаза кабеля поверх бумажной изоляции фазы 2 имеет свою свинцовую оболочку 3 или слой тонкой перфорированной меди или металлизированной бумаги. Междуфазное заполнение кабельной пряжей 4 обеспечивает кабелю цилиндрическую форму. Стальная проволочная броня 5 и наружный защитный покров 6 выполняют те же функции, что и у кабелей 6...10 кВ.

Отдельная свинцовая оболочка или отдельный экран у каждой жилы создают эквипотенциальные поверхности вокруг изоляции каждой жилы и, следовательно, выравнивают электрическое поле и делают его радиальным по отношению к слоям бумажно-масляной изоляции (рисунок 6.6, б). Толщина фазной изоляции меньше, чем требовалось бы при неоднородном электрическом поле, конструкция кабеля получается экономически целесообразной.

а) б)

Рисунок 6.6 – Конструкция кабеля на напряжение 20…35 кВ

В буквенно-цифровом обозначении кабеля отражается материал жил, изоляции, наличие тех или иных защитных оболочек, указывается номинальное напряжение кабеля, количество и сечения токоведущих жил. В таблице 6.19 приведена расшифровка основных букв, используемых в маркировке кабелей.

Таблица 6.19 – Буквенные обозначения марок кабелей

Продолжение таблицы 6.19

Область применения силовых кабелей зависит от конструктивного выполнения электрической сети, способа прокладки кабелей и воздействия на них агрессивной и взрыво- или пожароопасной окружающей среды. Марки кабелей, рекомендуемых для прокладки в земле (траншеях), приведены в таблице 6.20, а для прокладки в воздухе – в таблице 6.21. Марки кабелей в этих таблицах расположены в убывающей последовательности, начиная с наиболее предпочтительных.

Таблица 6.20 – Марки кабелей, рекомендуемых для прокладки в земле (траншеях)

¹ Применение кабелей в свинцовой оболочке должно быть в каждом конкретном случае технически обосновано в проектной документации.

² Кабели на номинальное напряжение до 1 кВ включительно.

³ Подтверждается опытом эксплуатации.

⁴ Для прокладки на трассах без ограничения разности уровней.

Примечания. 1. Кабели с пластмассовой изоляцией в алюминиевой оболочке не следует применять для прокладки на трассах с наличием блуждающих токов в грунтах с высокой коррозийной активностью.

2. Кабели ААШв не следует применять: на трассах с числом поворотов более четырех под углом, превышающим 30° (или более двух поворотов в трубах); на прямолинейных участках, имеющих более четырех переходов в трубах длинной более 20 м (или более двух переходов в трубах длиной 40 м) и более четырех переходов через огнестойкие перегородки или аналогичные препятствия (например, стены зданий) из-за значительной жесткости кабеля и низкой механической прочности защитного шланга.

Таблица 6.21 - Марки кабелей, рекомендуемых для прокладки в воздухе

Продолжение таблицы 6.21

¹ Применение кабелей в свинцовой оболочке должно быть в каждом конкретном случае технически обоснованно в проектной документации.

² Для одиночных кабельных линий, прокладываемых в помещениях.

³ Для групповых осветительных сетей во взрывоопасных зонах класса В-Iа.

⁴ Применяются при наличии химически активной среды.

⁵ Кабель марки АСБ2лШв может быть использован в исключительно редких случаях с особым обоснованием.

Примечание. Кабели с бумажной пропитанной изоляцией в алюминиевой оболочке с однопроволочными алюминиевыми жилами сечением 3´150–3´240 мм² не рекомендуется прокладывать на участках трасс с числом поворотов на строительной длине кабеля более трех под углом 90° в кабельных сооружениях промышленных предприятий из-за усилий тяжения, превышающих нормируемые.

В четырехпроводных сетях применяют четырехжильные кабели. Прокладка нулевых жил отдельно от фазных не допускается.

В сетях трехфазной системы допускается применять одножильные кабели, если это приводит к значительной экономии меди или алюминия по сравнению с трехжильными или при невозможности применения кабеля необходимой строительной длины.

В настоящее время электротехнической промышленностью освоен выпуск кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Благодаря своей молекулярной структуре, такая изоляция обладает очень высокими термомеханическими свойствами и большой стойкостью к воздействию солнечной радиации и атмосферы.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжения 6…10 кВ изготовляются как трехжильными, так и одножильными. На напряжения 35…500 кВ такие кабели изготовляются одножильными. Конструкция одножильного кабеля на напряжение 10 кВ показана на рисунке 6.6. Многопроволочная токоведущая жила 1 покрыта полупроводящей пластмассой 2. Изоляция из сшитого полиэтилена 3 также покрыта слоем полупроводящей пластмассы 4. Поверх экрана 5, выполненного из медных проволок, накладывается пластмассовая оболочка 6.

Рисунок 6.6 – Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена

В буквенном обозначении таких кабелей указывается материал жилы (А – алюминиевая, отсутствие буквы – медная); материал изоляции (Пв – сшитый полиэтилен); материал оболочки (П – полиэтилен, В – поливинилхлорид). У кабелей с усиленной полиэтиленовой оболочкой в конце обозначения ставится прописная буква «у»; у кабелей с дополнительной герметизацией – буква «г». В цифровом обозначении кабеля указывается количество и сечение жил, сечение экрана и номинальное напряжение.

Благодаря высоким термомеханическим свойствам, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена допускают большие токовые нагрузки, чем кабели с бумажной пропитанной, обычной пластмассовой и резиновой изоляцией. Длительно допустимая температура жилы кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена составляет 90оС, для кабелей с бумажномасляной изоляцией - 60оС.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена изготовляются с сечением токоведущих жил до 1000 мм2.

Основные технические характеристики кабелей, а также поправочные коэффициенты на условия окружающей среды и способа прокладки приведены в таблицах 6.22 – 6.43.

Таблица 6.22 - Допустимый длительный ток для кабелей с медными жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой оболочке, прокладываемых в земле

Таблица 6.23 – Допустимый длительный ток для кабелей с медными жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой оболочке, прокладываемых в воде

Таблица 6.24 - Допустимый длительный ток для кабелей с медными жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой оболочке, прокладываемых в воздухе

Таблица 6.25 – Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающими массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, прокладываемых в земле

Продолжение таблицы 6.25

Таблица 6.26 – Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой оболочке, прокладываемых в воде

Таблица 6.27 – Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, прокладываемых в воздухе

Продолжение таблицы 6.27

Таблица 6.28 – Допустимый длительный ток для трехжильных кабелей напряжением 6 кВ с медными жилами с обедненнопропитанной изоляцией в общей свинцовой оболочке, прокладываемых в земле и воздухе

Таблица 6.29 – Допустимый длительный ток для трехжильных кабелей напряжением 6 кВ с алюминиевыми жилами с обндненнопропитанной изоляцией в общей свинцовой оболочке, прокладываемых в земле и воздухе

Таблица 6.30 – Допустимый длительный ток для кабелей с отдельно освинцованными медными жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией, прокладываемых в земле, воде, воздухе

Таблица 6.31 – Допустимый длительный ток для кабелей с отдельно освинцованными алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией, прокладываемых в земле, воде, воздухе

Таблица 6.32 - Допустимый длительный ток для кабелей 10 кВ с медными или алюминиевыми жилами сечением 95 мм2, прокладываемых в блоках

Группа	Конфигурация блоков	№ канала	Ток I0, А для кабелей
медных	алюминиевых
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI

Таблица 6.33 – Поправочный коэффициент на сечение кабеля

Допустимые длительные токи для кабелей, прокладываемых в двух параллельных блоках одинаковой конфигурации, должны уменьшаться путем умножения на коэффициенты, выбираемые в зависимости от расстояния между блоками:

Таблица 6.34 – Поправочный коэффициент на расстояние между блоками

Таблица 6.35 – Поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах или без труб)

Таблица 6.36 – Поправочный коэффициент на допустимый длительный ток для кабелей, проложенных в земле, в зависимости от удельного сопротивления земли

Примечание: – при удельном сопротивлении земли, отличающемся от 120 см К/Вт, необходимо к токовым нагрузкам, указанным в упомянутых ранее таблицах, применять поправочные коэффициенты

Таблица 6.37 – Допустимый длительный ток для одножильных кабелей с медной жилой с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой оболочке, небронированных, прокладываемых в воздухе

В числителе указаны токи для кабелей, расположенных в одной плоскости с расстоянием в свету 35 - 125 мм, а знаменателе - для кабелей, расположенных впл<