Раздел III. Электрооборудование сетей и предприятий

В данном разделе рассмотрим электрооборудование сетей и предприятий. Главным образом они состоят из воздушных и кабельных линий, токороводов и шинопроводов, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, преобразующих агрегатов и реакторов.

Канализация электроэнергии в системах электроснабжения осуществляется: воздушными линиями, кабельными линиями, токопроводами, шинопроводами и электропроводками.

Выбор типа линии электропередачи (ЛЭП), ее конструктивного исполнения определяется

номинальным напряжением, передаваемой мощностью, дальностью и местом электропередачи, площадью и стоимостью занимаемой территории, климатическими условиями, электробезопасностью, в конечном счете, экономической целесообразностью передачи электроэнергии.

Воздушные линии

Воздушные линии (ВЛ) служат для передачи электроэнергии по проводам, проложенным на открытом воздухе и закрепленным на специальных опорах или кронштейнах инженерных сооружений (мостах, путепроводах, эстакадах и т.п.) с помощью изоляторов и арматуры. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода, грозозащитные тросы, изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты.

Передачу электроэнергии от электростанций на значительные расстояния, связь между энергосистемами, электроснабжение промышленных предприятий выполняют преимущественно воздушными ЛЭП. В городских условиях ВЛ получили наибольшие распространение на окраинах, а также в районах застройки до пяти этажей.

Элементы ВЛ должны обладать достаточной механической прочностью, поэтому при их проектировании, кроме электрических, делают и механические расчеты для определения не только материала и сечения проводов, но и типа изоляторов и опор, рас- стояния между проводами и опорами и т.д.

По количеству цепей ВЛ делят на одно-, двух- и многоцепные. Количество цепей определяется схемой передачи электроэнергии и необходимостью ее резервирования. Расстояние l меж-

ду соседними опорами называют пролетом, а расстояние между опорами анкерного типа – анкерным участком.

Провода, подвешиваемые на изоляторах ( длина гирлянды) к опорам (рис. 1), провисают по цепной линии. Расстояние от

точки подвеса до низшей точки провода называют стрелой провеса, определяющей приближение провода к земле.

В целом конструктивная часть ВЛ характеризуется типом

опор, длинами пролетов, габаритными размерами, конструкцией фаз, количеством изоляторов. Конструкция фазы ВЛ определяется количеством проводов в фазе. Если фаза выполнена несколькими проводами, она называется расщепленной. Расщепленными выполняют фазы ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения.

Рис. 1. Схема ВЛ электропередач и опоры:

а - схема ВЛ, б - в – нормальная промежуточная деревянная опора на железобетонных приставках: б – для 0,38 кВ, в –для 6-20 кВ;

г –деревянная опора ВЛ 10 кВ на базе цельных стоек,

д - металлическая двухцепная 110 кВ

В зависимости от назначения и места установки различают следующие типы опор:

· промежуточные, предназначенные для поддержания прово- дов на прямых участках линий. Расстояние между опорами (про- леты) составляет 35-45 м для 6-10 кВ. Крепление проводов здесь производится с помощью штыревых изоляторов (не наглухо);

· анкерные, имеющие более жесткую и прочную конструкцию, чтобы воспринимать продольные усилия от разности натяжения по проводам и поддерживать (в случае обрыва) все оставшиеся в анкерном пролете провода. Эти опоры устанавливаются также на прямых участках трассы (с пролетом около 250 м для напряжения 6-10 кВ) и на пересечениях с различными сооружениями. Крепление проводов на анкерных опорах производится наглухо к подвесным или штыревым изоляторам.

Они подразделяются на:

· концевые, устанавливаемые в начале и в конце линии. Они являются разновидностью анкерных опор и должны выдерживать постоянно действующее одностороннее натяжение проводов;

· угловые, устанавливаемые в местах изменения направления трассы. Эти опоры укрепляются подкосами или металлическими оттяжками;

· специальные следующих типов переходные, устанавливаемые в местах пересечений ВЛ с сооружениями или препятствия- ми (реками, железными дорогами и т.п.), ответвительные – для выполнения ответвлений от основной линии, транспозиционные

– для изменения порядка расположения проводов на опоре.

Для изготовления опор применяют дерево (рис. 1, б и в), металл (рис. 1, д) или железобетон (на рис. А, г представлена деревянная опора нового поколения).

Деревянные опоры в зависимости от конструкции могут быть одинарными, А – образными, трехногими, П – образными, АП - образными, составными.

Для увеличения срока службы деревянные опоры пропитывают антисептиками, значительно замедляющими процесс гниения древесины. В эксплуатации антисептирование проводится путем наложения антисептического бандажа в местах, подверженных гниению, с промазыванием антисептической пастой всех трещин, мест сопряжений и врубок.

Металлические опоры изготавливают из труб или профиль- ной стали, железобетонные – в виде полых круглых или прямо- угольных стоек с уменьшающимся сечением к вершине опоры.

Стальные опоры широко применяют на ВЛ напряжением 35

кВ и выше.

Достоинство стальных опор – высокая прочность, недостаток

– подверженность коррозии, что требует при эксплуатации про- ведения периодической окраски или нанесения антикоррозийного покрытия. Опоры делают из стального углового проката (в основном применяют равнобокий уголок); высокие переходные опоры могут быть изготовлены из стальных труб. Для узлов со- единения элементов используют стальной лист различной толщины. Независимо от конструктивного исполнения стальные опоры выполняют в виде пространственных решетчатых конструкций.

Железобетонные опоры по сравнению с металлическими бо- лее долговечны и экономичны в эксплуатации, так как требуют меньше ухода и ремонта (они более энергозатратны). Основное преимущество – уменьшение расхода стали на 40…75 %, недостаток – большая масса.

К проводам ВЛ предъявляются требования достаточной механической прочности. Материалы проводов и тросов должны иметь высокую электрическую проводимость, обладать доста- точной прочностью, выдерживать атмосферные воздействия (в этом отношении наибольшая стойкость у медных и бронзовых проводов; провода из алюминия подвержены коррозии, особенно на морских побережьях, стальные провода разрушаются даже в нормальных атмосферных условиях).

Преимущественно применяют неизолированные (голые) про- вода (рис.2) [4, 23]. По конструктивному исполнению они могут быть одно – или многопроволочными, полыми. Однопроволочные провода из стали диаметром 3,5; 4 и 5 мм и медные до 10 мм применяются для линии напряжением до 1000 В, Многопроволочные провода из стали, биметалла, алюминия и его сплавов получили преимущественное распространение на ЛЭП напряжением выше 1000 В благодаря повышенной механической прочности и гибкости. На ВЛ напряжением до 6 – 10 кВ используются алюминиевые многопроволочные провода марки А, АКП, сталеалюминиевые АС, АСКС, АСКП и стальные оцинкованные про- вода марки ПС.

Рис.2. Конструкция неизолированных проводов ВЛ:

а – однопроволочный, б – многопроволочный, в – сталеалюминиевый, г

– многопроволочный с наполнителем, д – полый

Многопроволочные провода, скрученные из нескольких про- волок, более гибкие и могут иметь любое сечение (от 1,0 до 500 мм2). Как правило, многопроволочные провода изготовляют из круглых проволок, причем в центре помещают одну или несколько проволок одинакового диаметра. Длина скрученной проволоки, естественно, несколько больше длины провода, измеренной по его оси. Это обстоятельство вызывает увеличение фактической массы провода на 1…2 % по сравнению с теоретической, получаемой при умножении сечения провода на длину и плотность. Во всех расчетах принимается фактическая масса провода, указанная в соответствующих стандартах.

Марки неизолированных проводов обозначают: буквами М, А, АС, ПС – материал провода; цифрами сечение в квадратных миллиметрах. Алюминиевая проволока А может быть марки AT (твердой неотожженной) или AM (отожженной мягкой) сплавов АН, АЖ; АС, АСХС – из стального сердечника и алюминиевых проволок; ПС – из стальных проволок; ПСТ – из стальной оцинкованной проволоки. Например, А50 обозначает алюминиевый провод, сечение которого равно 50 мм2, АС50/8 – сталеалюминевый провод сечением алюминиевой части 50 мм2, стального сердечника 8 мм2 (в электрических расчетах учитывается проводимость только алюминиевой части провода); ПСТЗ,5, ПСТ4, ПСТ5

– однопроволочные стальные провода, где цифры соответствуют диаметру провода в миллиметрах.

Провода из сплавов алюминия (АН – нетермообработанный, АЖ – термообработанный) имеют большую, по сравнению с алюминиевыми, механическую прочность и практически такую же электрическую проводимость. Они используются на ВЛ напряжением выше 1 кВ в районах, с толщиной стенки гололеда до 20 мм.

Сталеалюминиевые провода (рис. 3, в ) применяют на ВЛ напряжением выше 1 кВ. Они выпускаются с разным соотношением сечений алюминиевой и стальной частей.

Рис. 3. Конструкция проводов воздушных линий:

а – общий вид многопроволочного провода, б – сечение алюминиевого провода, в – сечение сталеалюминиевого провода

Чем меньше это соотношение, тем более высокую механическую прочность имеет провод и поэтому используется на территориях с более тяжелыми климатическими условиями (с большей толщиной стенки гололеда).

Полые провода применяются чаще всего для ошиновки распределительных устройств напряжением 220 кВ и выше.

В последнее время получили распространение ВЛ с самонесущими изолированными проводами (СИП) на напряжениях 0,38…10 кВ (рис.4). В линии напряжением 380 В провода состоят из несущего неизолированного провода, являющегося нулевым, трех изолированных проводов, одного изолированного провода наружного освещения. Линейные изолированные провода навиты вокруг несущего нулевого провода. Несущий провод является сталеалюминиевым, а линейные – алюминиевыми. Последние покрыты светостойким термостабилизированным (сшитым) полиэтиленом (провод типа АПВ). К преимуществам ВЛ с изолированными проводами перед линиями с голыми проводами можно отнести сниженное индуктивное сопротивление, отсутствие

изоляторов на опорах, максимальное использование высоты опоры для подвески, нет необходимости в обрезке деревьев в зоне прохождения линии и др.

Рис. 4. Конструктивное исполнение самонесущего изолированного провода

Недостатком является более высокая стоимость линий с проводами СИП.

Самонесущий изолированный провод СИП имеет скрученный в жгут изолированные жилы. Механическая нагрузка может восприниматься несущей нулевой жилой или всеми проводниками жгута. Несущая нулевая жила может быть изолированной, так и неизолированной.

В конструкцию СИП при необходимости могут добавляться изолированные контрольные провода и провода освещения. Воздушная линия электропередачи напряжением до 1 кВ с применением СИП обозначается ВЛИ.

Освоен выпуск проводов с защитной изоляцией для воздушных линий электропередач на напряжение 35 кВ марки ПЗВ и в варианте грозоустойчивом – марки ПЗВГ.

Провод марки ПЗВ – одинарный провод с уплотненной жилой из проволок алюминиевого сплава или алюминиевых проволок, упрочненных стальными оцинкованными проволоками. Изоляция провода стоит из двух слоев сшитого полиэтилена: нижнего слоя из чистого изоляционного и верхнего слоя из стойкого полиэтилена.

Провод марки ПЗВГ имеет такую же жилу, как и провод ПЗВ, но изоляция состоит из трех слоев: первый слой – электропроводящий сшитый полиэтилен, второй слой – чистый изоляционный сшитый полиэтилен и третий слой – трекингостойкий атмосферостойкий полиэтилен [1, 2].

При обтекании проводов потоком воздуха, направленным поперек оси BЛ или под некоторым углом к этой оси, с подветренной стороны провода возникают завихрения. При совпадении частоты образования и перемещения вихрей с одной из частот собственных колебаний провод начинает колебаться в вертикальной плоскости. Такие колебания провода с амплитудой 2…35 мм, длиной волны 1…20 м и частотой 5…60 Гц называют вибрацией.

Обычно вибрация проводов наблюдается при скоростях ветра 0,6…12 м/с, при дальнейшем увеличении скорости ветра амплитуда вибраций значительно уменьшается. Вибрация, как правило, имеет место в пролетах длиной более 120 м и на открытой местности. Опасность вибрации заключается в обрыве отдельных проволок провода на участках их выхода из зажимов из-за повышения механического напряжения. На BJI напряжением 35 – 220 кВ и выше защиту от вибрации выполняют с помощью виброгасителей, подвешенных на стальном тросе и поглощающих энергию вибрирующих проводов с уменьшением амплитуды вибрации около зажимов.

При наличии гололеда наблюдается так называемая пляска проводов, которая, так же как и вибрация, возникает из-за ветра, но отличается большей амплитудой, достигающей 12…14 м, и большей длиной волны (с одной и двумя полуволнами в пролете). На напряжении 35-220 кВ провода изолируют от опор гирляндами подвесных изоляторов (ПФ, ПС). Для изоляции BJI6 – 35 кВ применяют штыревые изоляторы (ШФ) и опорностержневые (СШ), Разработаны изоляторы с использованием полимерных материалов [4, 5]. На ответственных участках применяют многоцепные гирлянды.

Каждый изолятор ВЛ 35 – 110 кВ как элемент, включенный в гирлянду, представляет собой определенную емкость.

Электрический ток, проходя по проводам BJI, выделяет тепло и нагревает провод. Под влиянием нагрева провода происходит удлинение провода, увеличивается стрела провеса, изменяется натяжение провода и его способность нести механическую на- грузку.

При изменении температуры воздуха от +40 до –40°С и увеличении скорости ветра от 1 до 20 м/с меняется сопротивления провода и тепловые потери изменяются от 50 до 1000 Вт/м. Увеличение сопротивления провода по сравнению с сопротивлением, соответствующим расчетной нагрузке, возможно при перегрузке 30% на 12%, а при перегрузке 50% – на 16%,при этом увеличение потери напряжения будет порядка 12% [1, 2]

Крепление проводов к опорам производится различными способами, в зависимости от места их расположения на изоляторе. На промежуточных опорах провода крепят к штыревым изоляторам зажимами или вязальной проволокой из того же материала, что и провод, причем последний в месте крепления не должен иметь изгибов. Провода, расположенные на головке изолятора, крепятся головной вязкой, на шейке изолятора – боковой вязкой.

На анкерных, угловых и концевых опорах провода напряжением до 1 кВ крепят закручиванием проводов так называемой «заглушкой», провода напряжением 6-10 кВ – петлей. На анкерных и угловых опорах, в местах перехода через железные дороги, проезды, трамвайные пути и на пересечениях с различными силовыми линиями и линиями связи применяют двойной подвес проводов.

Для крепления проводов к изоляторам и тросов к опорам применяется линейная арматура (рис.5), которая делится на следующие основные виды: зажимы, сцепная арматура, соединители, дистанционные распорки и др.

Зажимы подразделяются на поддерживающие, подвешиваемые на промежуточных опорах, и натяжные, применяемые на опорах анкерного типа (рис. 5, а, б, в).

Сцепная арматура предназначена для подвески гирлянд на опорах и соединения многоцепных гирлянд друг с другом и включает скобы, серьги, ушки, коромысла. Скоба служит для присоединения гирлянды к траверсе опоры. Поддерживающая гирлянда (рис.5 , г) закрепляется на траверсе промежуточной опоры при помощи серьги 1, которая другой стороной вставляется в шапку верхнего подвесного изолятора 2. Ушко 3 используется для прикрепления к нижнему изолятору гирлянды поддерживающего зажима 4.

Соединители применяются для соединения отдельных участков провода. Соединение проводов производится плашечными зажимами, обжатыми овальным соединителем, скрученным специальным приспособлением, либо сваркой. Соединители бывают овальные и прессуемые. В овальных соединителях провода либо обжимаются, либо скручиваются (рис. 5, е). Прессуемые соединители (рис. 5, ж) применяются для соединения проводов больших сечений. В сталеалюминевых проводах стальная и алюминиевые части опрессовываются раздельно.

Рис. 5. Линейная арматура ВЛ:

а – поддерживающий зажим, б – болтовой натяжной зажим,

в – прессуемый натяжной зажим, г – поддерживающая гирлянда изоля- торов, д – дистанционная распорка, е – овальный соединитель,

ж – прессуемый соединитель

Стальные тросы наряду с искровыми промежутками, разрядниками и устройствами заземления служат для защиты линий от грозовых перенапряжений, На ВЛ напряжением 35 кВ применяют тросы сечением 35 мм2, для напряжения 110 кВ – 50 мм2, для 220 кВ и выше – 70 мм2.. Изготовляют тросы из оцинкованной проволоки марки С35, С50, С70, при использовании тросов для высокочастотной связи применяют сталеалюминевые провода. Их подвешивают над фазными проводами на ВЛ напряжением 35 кВ и выше на линиях 35-110 кВ крепление троса к металлическим и железобетонным промежуточным опорам осуществляется без изоляции троса.

Иногда для защиты от грозовых перенапряжений участков ВЛ применяют трубчатые разрядники.

Все металлические и железобетонные опоры линий напряжением 6-35 кВ, на которых подвешены грозозащитные тросы или установлены другие средства грозозащиты (разрядники, искровые промежутки), заземляются, На линиях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью крюки и штыри фазных проводов, устанавливаемые на железобетонных опорах, а также арматура этих опор должны быть присоединены к нулевому проводу.

Кабельные линии

Кабельные линии стали основным способом передачи электроэнергии для промышленных предприятий и городов, что объясняется большей надежностью, отсутствием атмосферных воз- действий и в тех случаях, когда имеет место стесненная территория.

Кабели, предназначенные для передачи электрической энергии, для питания силовых и осветительных установок, называют силовыми, а кабели для присоединения к приборам и аппаратам распределительных устройств – контрольными.

Силовые кабели состоят (рис. 6) [3, 5] из одной, двух, трех или четырех изолированных токопроводящих жил 1, находящихся в герметичной защитной оболочке 5 и броне 7.

Токопроводящие жилы, медные или алюминиевые, могут быть однопроволочными и многопроволочными. Они изолируются друг от друга 2 и от оболочки 4. Изоляция жил выполняется из резины, пластмассы или чаще всего из пропитанной кабельной бумаги.

Рис.6. Силовые кабели: а- четырехжильный напряжением 380 В;

б – трехжильный с бумажной изоляцией напряжением 10 кВ, в – трех- жильный напряжением 35 кВ; г – маслонаполненный высокого давления; д – одножильный с пластмассовой изоляцией; 1 – токопроводящие жилы, 2 – изоляция жилы относительно других жил, 3 – бумажный наполнитель, 4 – изоляция жил относительно оболочки, 5 – защитная оболочка, 6 – защитный покров оболочки, 7 – стальная броня, 8 – наружный защитный покров

Защитная оболочка 5 защищает изоляцию жил кабеля от влаги и воздуха и выполняется из свинца, алюминия, поливинилхлорида и негорючей резины. Для предохранения оболочки от повреждений при наложении брони и изгибах кабеля на нее накладывается защитный покров 6, пропитанный антикоррозионным битумным составом.

Броня 7, выполняемая из ленточной стали или оцинкованной проволоки, играет роль защиты оболочки от внешних механических воздействий. Снаружи кабель защищен защитным покровом 8 на синтетической или битумной основе.

Для обозначения силового кабеля указывают его маркировку, а также номинальное напряжение и сечение жил. Маркировка зависит от материала токопроводящих жил, герметической оболочки и типа наружного защитного покрова. Например, четырех- жильный силовой электрический кабель с однопроволочными алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке с наружным покровом, позволяющим прокладку в земле, рассчитанный на напряжение до 1 кВ, сечением жил по 185 мм² имеет следующее обозначение ААБв(ож) 4×185-1.

Обозначения марок кабелей соответствует их конструкции. Кабели с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами имеют марки: ААБАСБ, АСШв. Первая буква обозначает материал жил (А – алюминий, отсутствие впереди буквы А в маркировке означает наличие медной жилы), вторая буква – материал оболочки (А – алюминий, С – свинец) каждой из трех отдельно изолированных жил кабеля. Буква Б означает, что кабель бронирован стальными лентами, Шв – наружный покров выполнен в виде шланга из поливинилхлорида. ОЖ в конце марки кабеля означает кабель с однопроволочными жилами.

Широкое применение нашли кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые выпускаются трехжильными и одножильными. Силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (КСПЭ) получили распространение в США, странах Западной Европы и в Японии. Применение КСПЭ обусловлено рядом их достоинств:

· низкая повреждаемость, процент электрических пробоев КСПЭ на два – три порядка ниже, чем кабелей с бумажной изоляцией;

· допустимая температура нагрева в продолжительном режиме составляет 90⁰С, а в кратковременном режиме (при токе внешне-

го по отношению к кабелю КЗ) – 250⁰С. Благодаря этому при температуре жилы плюс 65⁰Ссущественно уменьшается износ изоляции по сравнению с кабелями с бумажной или иной изоляцией;

· небольшая масса, меньший диаметр и радиус изгиба, легкость прокладки;

· возможность прокладки на пересеченной местности, в вертикальных и наклонных коллекторах – ввиду отсутствия в изоляции кабеля жидких компонентов;

· прокладка и монтаж кабелей могут осуществляться при температуре до минус 15 … 20⁰С без предварительного подогрева с радиусом изгиба до 15 наружных диаметров;

· высоко экологичны благодаря отсутствию утечки масла и загрязнения окружающей среды при повреждении;

· большая строительная длина (2…4 км) при использовании однофазного кабеля.

К недостаткам КСПЭ относятся:

· невысокая термическая стойкость экранов кабелей при междуфазных КЗ необходимость фиксации кабелей по всей трассе;

· повреждения оболочки кабелей при прокладке и монтаже способствуют развитию в изоляции водных триингов (древовидных полостей, заполняющихся водой), трудно обнаруживаемых при диагностировании.

Название «сшитый» полиэтилен получил из-за технологии изготовления. Однофазный КСПЭ состоит из следующих элементов (рис.7) [3]:

Рис. 7. Однофазный КСПЭ

· круглой медной или алюминиевой многопроволочной жилы 1;

· полупроводящего слоя 2;

· изоляции из сшитого полиэтилена 3;

· электропроводящего слоя по изоляции 4;

· электропроводящей ленты 5;

· экрана из медных проволок и медной ленты 6;

· разделительного слоя 7;

· полиэтиленовой оболочки из полиэтилена повышенной прочности или оболочки из поливинилхлоридного (ПВХ) пластификата пониженной горючести 8.

Следует учитывать, что КСПЭ имеют повышенную, по сравнению с другими кабелями, емкость относительно земли, т.е. повышенный емкостный ток.

Выпускаются кабели и в полихлорвиниловой изоляции, они бывают одножильные, трех-, четырех- и пятижильные.

Кабели изготовляются отрезками ограниченной длины в зависимости от его напряжения и сечения. При прокладке отрезки соединяют друг с другом посредством соединительных муфт, герметизирующих места соединения, концы жил кабелей освобождают и заделывают в соединительные зажимы.

Для кабелей напряжением до 1 кВ применяют эпоксидные или чугунные соединительные муфты (рис. 8) [3 – 5].

Рис. 8. Чугунная соединительная муфта для трехжильных кабелей напряжение до 1 кВ:

1 – корпус, 2 – трехфазный кабель, 3 – фарфоровая распорка, 4 – соединительный зажим

Число соединительных муфт на 1 км вновь строящихся кабельных линий регламентируется в зависимости от питающего напряжения (например, должно быть, не более 4 шт. для трех- жильных кабелей 1-10 кВ сечением до 3x70 мм²)

Для кабелей с пластмассовой изоляцией применяют соедини- тельные муфты из термоусаживаемых изоляционных трубок, число которых соответствует числу жил кабеля, и одной шланговой термоусаживаемой трубки (рис. 9) [3 5].

Рис. 9. Соединительная муфта для кабеля с пластмассовой изоляцией напряжением до 1 кВ

Во всех термоусаживаемых трубках на внутренний поверхности находится термоплавкий клей. Изоляционные трубки изолируют токопроводящие жилы, а шланговая трубка восстанавливает оболочку в месте соединения.

Для присоединения кабелей к электрическим аппаратам распределительных устройств служат концевые муфты и заделки. На рис.10, а приведена мастиконаполненная трехфазная концевая муфта наружной установки с фарфоровыми изоляторами для кабелей напряжением 10 кВ.

Рис.10. Концевые муфты для трехжильных кабелей напряжением 10 кВ:

а – наружной установки с фарфоровыми изоляторами; б – кВ:

б – наружной установки с пластмассовой изоляцией; в – внутренней установки с сухой разделкой

Для трехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией напряжением 10 кВ применяется концевая муфта, представленная на рис.10, б). Она состоит из термоусаживаемой перчатки 1, стой- кой к воздействию окружающей среды, и полупроводящих термоусаживаемых трубок 2, с помощью которых на конце трехжильного кабеля создаются три одножильных кабеля. На отдельные жилы надеваются изоляционные термоусаживаемые трубки

3. На них монтируется нужное количество термоусаживаемых изоляторов 4.

Металлические оболочки сопрягаемых кабелей соединяют в муфтах между собой и с корпусами муфт по всей длине линии. В концевых заделках эти оболочки присоединяют к общему контуру заземления объекта.

Для кабелей напряжением 10 кВ и ниже с пластмассовой изоляцией во внутренних помещениях применяют сухую разделку (рис.10, в). Разделанные концы кабеля с изоляцией обматывают липкой полихлорвиниловой лентой и лакируют, концы кабеля герметизируют кабельной массой.

Проектирование и сооружение кабельных линий (KЛ) должны производиться с учетом развития сети, ответственности и на- значения линий, характера трассы, способа прокладки, конструкций кабелей. Трассы кабельных линий следует прокладывать по возможности в грунтах, не агрессивных по отношению к металлическим оболочкам кабелей. При выборе трассы KJI стараются достичь наименьшего расхода кабеля и обеспечить его защиту от механических повреждений, от коррозии и вибрации, от повреждения электрической дугой при замыкании в соседнем кабеле.

Кабели при подземной прокладке располагают в траншеях, блоках, каналах, туннелях и коллекторах; выше нулевой отметки (с учетом проходов и проездов) – на эстакадах и в галереях, на тросах, конструкциях, стенах. Внутри помещений кабели прокладывают на специальных стальных конструкциях либо по конструкциям зданий в лотках, коробах, трубах или открыто (рис. 11).

Рис. 11. Способы прокладки кабелей и кабельные сооружения:

а – земляная траншея; б – коллектор; в – туннель; г – канал;

д – эстакада; е - блок

В целях удешевления необходимо рассматривать возможность прокладки силовых и контрольных кабелей совместно с кабелями связи, водо-, тепло- и воздухопроводами в общих кол- лекторах. Кабельные сооружения необходимо рассчитывать на дополнительную прокладку не менее 15% кабелей сверх предусмотренных проектом для всех очередей строительства (резерв для подсоединения дополнительных потребителей во время эксплуатации). При прокладке в помещениях с агрессивной средой следует применять кабели, стойкие к воздействию этой среды

Наиболее простой и дешевой является прокладка кабелей в траншеях (рис.11, а) [4, 5]. Она экономична и по расходу цветного металла, так как допустимые токи на кабели больше (примерно в 1,3 раза) при прокладке в земле, чем в воздухе.

Прокладка в траншеях не применяется:

· на участках с большим числом кабелей,

· при большой насыщенности территории подземными и на- земными технологическими и

транспортными коммуникациями и другими сооружениями,

· на участках, где возможно растекание горячего металла или жидкостей, разрушающе действующих на оболочку кабелей,

· в местах, где возможны блуждающие токи опасных значений, большие механические нагрузки, размытие почвы и т.п.

Для прокладки в земле следует применять преимущественно бронированные кабели, металлические оболочки которых должны иметь внешний покров для защиты от химических воздействий.

В одной траншее с силовыми допускается прокладка трех- четырех контрольных кабелей.

При определении длины прокладываемого кабеля необходимо учитывать, что для компенсации температурных деформаций и возможных смещений почвы (механических напряжений) кабели в траншеях укладываются волнообразно (змейкой), что увеличивает длину на 1…2 %.

Опыт эксплуатации кабелей, проложенных в земляных траншеях, показал, что при всяких разрытиях кабели часто повреждаются. Поэтому не следует прокладывать в одной траншее более шести кабелей. В последнее время получила распространение

бестраншейная прокладка кабеля в земле, которая допускается для одиночного бронированного кабеля напряжением до 10 кВ со свинцовой или алюминиевой оболочкой на участках открытой местности и на участках кабельных трасс, удаленных от подземных инженерных сооружений. В городских электросетях и на территориях промышленных предприятий, на участках, имеющих подземные коммуникации и пересечения с инженерными сооружениями, бестраншейная прокладка кабелей запрещается

Прокладка кабелей в блоках (рис. 11, е) рекомендуется в местах пересечения с железными и автомобильными дорогами; в условиях стесненности по трассе (при большом числе других подземных коммуникаций и сооружений), когда не рекомендуется прокладка в траншеях. В местах изменения направления трассы или глубины заложения блоков, а также на прямолинейных участках большой длины выполняют кабельные колодцы. Число колодцев на прямых участках блока должно быть минимальным, при этом расстояние между соседними колодцами следует принимать максимально возможным с учетом строительных длин кабелей, допустимых усилий тяжения и условий прокладки.

Внутри кабельных сооружений (помещений) кабели прокладывают на стальных конструкциях различного исполнения.

Кабельным сооружением называется помещение, специально предназначенное для размещения в нем кабелей, кабельных муфт, а также маслоподпитывающих аппаратов и другого оборудования, предназначенного для обеспечения нормальной работы маслонаполненных кабелей. К кабельным сооружениям относятся: кабельные туннели, каналы, короба, блоки, шахты, этажи, двойные полы, кабельные эстакады (рис. 11, д), галереи, камеры, подпитывающие пункты. Кабельные сооружения должны отделяться от других помещений и соседних кабельных сооружений несгораемыми перегородками и перекрытиями.

Кабели больших сечений (алюминиевые 25 мм2 и более, медные 16 мм2и более) укладывают непосредственно на конструкциях Силовые кабели меньших сечений и контрольные кабели прокладывают в лотках (сварных или перфорированных) или в

коробах, которые крепят на кабельных конструкциях или на стенах. Прокладка в лотках более надежна и имеет лучший внешний вид, чем открытая прокладка на конструкциях.

Кабельные сооружения, за исключением эстакад, колодцев для соединительных муфт, каналов и камер, должны обеспечиваться естественной или искусственной вентиляцией.

Кабельные туннели (рис. 12) и коллекторы (рис.11, б) рекомендуется сооружать в городах и на предприятиях с уплотненной застройкой территории или при большом насыщении территории подземными инженерными коммуникациями, а также на территориях больших металлургических, машиностроительных и других предприятий. Кабельные туннели сооружают, как правило, при числе прокладываемых кабелей от 20. Туннели обычно выполняют роль магистральных. Кабельные туннели прямоугольно- го сечения предназначены для двусторонней и односторонней укладки кабелей.

Рис. 12. Размещение кабелей в туннелях и коллекторах прямоугольного сечения

а – проходной с двусторонним расположением полок, б – проходной с односторонним расположением полок, в – проходной трехстенный с четырехсторонним расположением кабелей, г – проходной с односторонним расположением кабелей, 1 – блок туннеля, 2 – стойка,

3 – полка, 4, 14 – подвеска, 5 – перегородка огнестойкая, 6 – лоток свар- ной, 7 – зона пожароизвещателей и трубопроводов механизированной уборки пыли и пожаротушения, 8 – светильник, 9, 10 – силовые кабели выше 1 кВ (9) и до 1 кВ (10), 11 – контрольные кабели,

12 – муфта соединительная в защитном кожухе,

13 – полка для укладки соединительных муфт

Прокладка кабелей в коллекторах и туннелях рассчитывается с учетом возможности дополнительной прокладки кабелей в количестве не менее 15%.

При двустороннем расположении кабельных конструкций контрольные кабели следует размещать по возможности на про- тивоположной стороне от силовых кабелей. При одностороннем расположении конструкций контрольные кабели следует размещать под силовыми кабелями и разделять их горизонтальной перегородкой.

Широкое применение находит прокладки кабелей в кабельных каналах (рис. 11, г). Кабельные каналы изготовляют типовыми из сборных железобетонных элементов или из монолитного

железобетона. В производственных помещениях каналы перекрывают плитами на уровне пола. Кабели в каналах прокладывают на конструкциях различного исполнения, возможно также и по дну канала. Число кабелей в канале может колебаться в широких пределах и зависит от диаметров кабелей и марки типового канала; в каналах максимальных размеров можно положить до 50…60 силовых кабелей.

Способ прокладки кабелей в каналах позволяет обеспечить осмотры и ремонты кабельных линий в процессе эксплуатации, а также прокладку нового или замену действующего кабеля без производства земляных работ. Кроме того, при прокладке кабелей в каналах обеспечивается надежная защита от механических повреждений.

В электромашинных помещениях каналы можно перекрывать рифленым железом, а в помещениях щитов управления с паркетными полами — деревянными щитами с паркетом.

Кабельные каналы следует рассчитывать с учетом возможности дополнительной прокладки кабелей не менее 10% от проложенных.

Для прокладки в каналах применяют кабели с оболочками, не распространяющими горение.

Эстакады и галереи (рис.13) являются альтернативой туннелям и блокам, функционально имеют одно и то же назначение - организовывать большие кабельные потоки и защищать их от механических и иных повреждений. Прокладка кабелей напряжением до 10 кВ сечением до 240 мм2на эстакадах и в галереях применяется для магистральных и межцеховых электрических сетей по территориям промышленных предприятий. Применение специальных кабельных эстакад рекомендуется в качестве основного вида прокладки по территориям химических и нефтехимических предприятий. Допускается использовать технологические эстакады для совмещенной прокладки трубопроводов и кабелей. На рис. 19 представлены галереи и кабельные эстакады различных исполнений из унифицированныхэлементов.

Рис.13. Прокладка кабелей на эстакадах и галереях:

а – эстакада проходная железобетонная, б – эстакада проходная металлическая, в – галерея односторонняя, г – галерея двухстороння металлическая, 1 – железобетонное основание, 2 – железобетонная колонна, 3 –кабели; 4 – кабельная конструкция (стойка и полки), 5 – железобетонная балка, 6 – солнезащитный козырек, 7 – съемные защитные панели, 8 – стационарные солнезащитные панели, 9 – металлический настил, 10 – металлическая траверса, 11 – основная траверса, 12 – металлическая колонна, 13 – железобетонная траверса, 14 – основные несущие железобетонные балки, 15 – профиль стальной (только в местах стыка солнезащитных панелей) В тех случаях, когда другие виды прокладки кабелей не могут быть применены по технологическим, конструктивным или экономическим соображениям, используют прокладку кабелей на тросах (на стальном канате). Прокладка силовых кабелей на тросах применяется в сетях напряжением до 1 кВ как внутри помещений (цехов), так и вне их.

Токопроводы и шинопроводы

Токопроводы – это линии электропередач, токоведущие части которых выполнены из жестко закрепленных алюминиевых или медных проводов или шин, относящихся к ним поддерживающих и опорных конструкций и изоляторов, защитных оболочек (коробов). В зависимости от вида проводников токопроводы подразделяют на гибкие (при использовании проводов) и жесткие (при использовании жестких шин).

В сетях 6…10 кВ промышленных предприятий экономически целесообразно вместо кабелей применять гибкие или жесткие токопроводы при передаваемой мощности 15…40 МВА на напряжении 6 кВ и 20…70 МВА на напряжении 10 кВ (рис.14).

Рис. 14. Магистральный комплектный токопровод

Преимущества токопроводов по сравнению с кабельными линиями:

· большая надежность, в основном из-за отсутствия кабельных муфт;

· меньшие стоимость и трудоемкость изготовления;

· лучшие условия эксплуатации, так как возможен визуальный осмотр;

· большая перегрузочная способность благодаря лучшим условиям охлаждения.

· модульная конструкция шинных систем позволяет применять ее в зданиях или сооружениях любого типа и любой конфигурации, но, в отличие от кабельных, шинные системы можно легко изменять, дополнять или переносить в другое помещение без особых капитальных затрат. Модульная конструкция шинных систем отличается гибкостью и мобильностью.

В то же время большее индуктивное сопротивление,; потери электроэнергии в шинодержателях, арматуре и конструкциях при токах 1 кА и более от воздействия магнитного поля, различное сопротивление фаз приводит к несимметрии напряжения фаз протяженных токопроводов при токах 2,5 кА и более и являются, конечно, недостатками применения токопроводов по сравнению с кабелями.

Наиболее широкое распространение в сетях 6…35 кВ промпредприятий получили жесткие магистральные токопроводы с расположением шин в вертикальной плоскости и с шинами, расположенными по вершинам равностороннего треугольника (рис.15). Эти конструкции могут быть выполнены как на опорных, так и на подвесных изоляторах либо скрыто – в туннелях (рис. 16) и галереях.

Рис. 15. Симметричный подвесной токопровод с жесткими шинами и опорными изоляторами для прокладки:

а – на открытом воздухе, б – в помещениях

Рис.16. Прокладка жесткого симметричного токопровода

6…10 кВ в туннеле

Из-за значительного реактивного сопротивления шинопроводов при токах 2,5 кА и более предусмотрены меры по снижению и выравниванию индуктивного сопротивления (расположение полос в пролетах по сторонам квадрата, применение спаренных фаз, профильных шин, круглых и квадратных полых труб, внутрифазных транспозиций для протяженных гибких токопроводов). В отключенной линии двухцепного токопровода в результате влияния неуравновешенного электрического и магнитного полей оставшегося под напряжением токопровода наводится напряжение. Это напряжение зависит от длины токопровода, расположения фаз на опоре, расстояния между фазами. Для уменьшения значения наведенного напряжения фазы цепи протяженного токопровода рекомендуется располагать по вершинам равностороннего треугольника.

Каждая фаза гибкого токопровода выполняется из нескольких алюминиевых или сталеалюминиевых проводов, располагаемых по окружности с помощью крепежных деталей (рис. 17), которые осуществляют их крепление к изоляторам и противодействие схлестыванию при КЗ. Механическую нагрузку обычно несут два сталеалюминиевых провода, токовую — остальные. Во избежание схлестывания проводов при КЗ между проводами гибких и жестких подвесных токопроводов предусматривают в пролете одну-две междуфазные распорки.

Рис. 17. Варианты конструкции фазы гибкого токопровода:

1 – провод; 2 – стальные скобы; 3 – скобы из алюминиевого сплава; 4 – несущий провод

Совмещенная прокладка гибких токопроводов напряжением выше 1 кВ и технологических токопроводов на общих опорах не допускается.

Более экономичны гибкие и жесткие токопроводы с расположением фаз в вершинах равностороннего треугольника (рис.

18) по сравнению с токопроводами с вертикальным или горизонтальным расположением фаз благодаря взаимной компенсации магнитных полей фаз. Такие токопроводы являются симметричными.

Жесткие токопроводы до 1 кВ, поставляемые комплектно, называют шинопроводами; их комплектуют секциями унифицированной длины, которые могут быть прямыми, угловыми, гибкими, вводными, ответвительными, компенсационными, переходными, подгоночными. Все шинопроводы имеют сходную конструкцию: плоские шины располагаются широкими сторонами друг другу. При больших токах в магистральных сетях - шины спарены.

Рис. 18. Способы прокладки жестких токопроводов:

а – в закрытой эстакаде; б – на железобетонной опоре; в – на железобетонных кронштейнах, прикрепляемых к стене здания; 1 – фиксатор;

2 – приточные вентиляционные отверстия; 3 – cъемные асбестоцемент- ные волнистые листы; 4 – магистраль заземления

Конструкция шинопровода является самонесущей, где шины определяют жесткость конструкции. В коробах имеются окна, через которые осуществляются ответвления, штепсельные при- соединения (рис. 19).

Рис.19. Типовая секция токопровода с вводной коробкой

Ответвительные коробки могут быть выполнены с предохранителями, установочными автоматами, выключателями, рубильниками.

Типы шинопроводов в зависимости от назначения разделяют на магистральные, распределительные, троллейные и осветительные.

Магистральные шинопроводы (МШ) применяют на перемен- ном токе для соединения трансформатора с главным распредели- тельным щитом (ГРЩ) либо вводным распределительным устройством (ВРУ) или в блоке трансформатор-магистраль для потребителей большой мощности. На отходящих от ГРЩ или ВРУ линиях МШ применяют для питания энергоемких потребителей, распределительных щитов или для подключения распределительных шинопроводов. Их применяют в системе четырехпроводных электрических сетей с глухозаземленной нейтралью. Нулевым проводом может быть либо четвертая шина, либо алюминиевые профилированные боковины (ШМА-73) (рис. 20). Номинальный ток достигает 4000 А.

Рис. 20. Магистральный шинопровод ШМА-73:

а – прямая секция; б – поперечный разрез; 1 – фазные шины; 2 –изолятор; 3 – эластичная прокладка; 4 – верхняя крышка; 5 – обойма;

6 – болт; 7 – боковая крышка; 8 – изоляционная перегородка между шинами; 9 – угольник крепления шинопровода к опорной конструкции

На переменном токе большое влияние на технические характеристики средств передачи электроэнергии оказывают конфигурация проводников, их взаимное расположение и схема их соединения в силу явлений поверхностного эффекта и эффекта близости. В современных конструкциях МШ применяют шины с соотношением высоты к ее толщине кратным от 10 до 30.

Существующие конструкции МШ (кроме ШМА4, ШМА5) позволяют применять их для вертикальных стояков в жилых и общественных зданиях повышенной этажности или в зданиях средней этажности с большими нагрузками. На вертикальных участках некоторые МШ вентилируемых типов оснащают внутренними противопожарными перегородками. Для шинопроводов, например, типа КВ такие перегородки устанавливать нет необходимости, так как воздух внутри стальной оболочки корпуса вы- теснен и практически отсутствует. Противопожарному изолированию подлежит только само место прохода МШ через перекрытие.

На рис.21 дан пример компоновки МШ на вертикальном участке трассы.

Рис. 21. Пример компоновки МШ на вертикальном участке трассы:

h – высота этажа, А, В – высоты выводов, а – толщина перекрытия

С развитием химической промышленности появились электроизоляционные материалы, обладающие наряду с большой электрической прочностью и высокой степенью нагревостойкости. Это обстоятельство вызвало новый подход к конструированию шинопроводов. Появились МШ со схемой соединения, называемой условно «Пакет», получившие широкое распространение вплоть до настоящего времени.

На постоянном токе МШ применяют для выполнения электрических сетей в промышленных установках постоянного тока (ШМАД, ШМАДК )на напряжение до 1200 В (например, для соединения машинных или статических преобразователей с электродвигателями главных приводов прокатных станов). Магистральные шинопроводы постоянного тока выпускают на токи от 1600 до 63000 А. Существуют магистральные шинопроводы специального назначения.

Номенклатура распределительных шинопроводов (РШ) во многом схожа с номенклатурой МШ, за исключением секций транспозиционных и присоединительных к трансформаторам, которые в РШ отсутствуют. Конструкции РШ выпускают с одной шиной на фазу с зазорами между шинами. Действие поверхностного эффекта в такой конструкции чуть больше, чем в МШ, но значительно меньше, чем в кабелях круглого сечения. С другой стороны, упрощаются условия присоединения к РШ возможно большего числа потребителей (рис. 22).

Рис.22. Применение распределительных шинопроводов

ШРА (с алюминиевыми жилами) и ШРМ (с медными шина- ми) предназначены для передачи и распределения электроэнергии напряжением 380/220 В при возможности непосредственного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью, а также для подачи питания на осветительные шинопроводы (рис. 22). Распределительные шинопроводы выпускаются на токи до 630 А.

Крепят РШ так же, как и магистральные: на стойках, крон- штейнах, подвесах.

В сетях до 1 кВ различают закрытые, защищенные и открытые шинопроводы. Закрытые шинопроводы комплектуются из элементов, изготавливаемых на заводах. Их применение в 4…5 раз уменьшает время монтажа, они могут прокладываться на небольшой высоте, в непосредственной близости от любых коммуникаций и установок, безопасны в обслуживании (рис. 23).

,

Рис. 23 Пример установки закрытого магистрального токопровода

серии ШМА

Конструкции РШ современного типа (КО) имеют четырех- и пятипроводное исполнение. На рис. 24, 2 и 3) приведен пример возможного повышения степени защиты конструкции РШ с применением уплотнительных прокладок, что делает их применение более универсальным. При проходе через перекрытия устанавливается секция КО с противопожарной внутренней перегородкой.

Рис. 24. Распределительный шинопровод типа КО:

1 – соединительный блок контактных вставок; 2 – уплотнительные прокладки на соединительном элементе; 3 – уплотнительные прокладки

на присоединительном оконце; 4 – одноболтовый сжим

Разновидностью РШ могут быть напольные шинопроводы, прокладываемые под фальшполами для выполнения модульных совмещенных сетей. Такие сети обычно применяют в административных, торговых, выставочных и других зданиях, например, при совмещении электросети с сетями персональных компьютеров, радио, связи, телевидения, источников бесперебойного питания, для рабочих мест операторов. Напольные РШ выпускают на токи от 25 до 63 А.

Осветительные шинопроводы ШОС имеют в своей номенклатуре секции прямые, подгоночные, вводные и устройства ответвительные, с защитой или без нее для подключения освети- тельных приборов или потребителей небольшой мощности и вы- пускаются на ток 25, 63, 100 А для групповых четырехпроводных линий в сетях до 1 кВ с нулевым проводом. В качестве токоведущих элементов в осветительных шинопроводах применяют медные изолированные провода либо шины – медные или алюминиевые, плакированные медью. Ответвительные устройства для питания однофазных потребителей могут быть снабжены шнурами, в которых в целях обеспечения равномерной нагрузки на трехфазную линию ШОС штепселя маркированы для подключения их к соответствующим фазам. Также в номенклатуру ШОС могут входить угловые и тройниковые секции. Иногда для этих целей применяют гибкие секции.

В последнее десятилетие стали широко применять осветительные шинопроводы ШОС2-25 (однофазные) и ШОС4-25 (трехфазные) для выполнения на промышленных предприятиях, в общественных и административных зданиях осветительных линий, питающих однофазные нагрузки в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью. Поперечное сечение шинопроводов приведено на рис. 25, а,б.

Осветительный шинопровод ШОС8О (рис. 26, в – ж) предназначен для осветительных линий в помещениях общественных зданий, а также в административных и бытовых помещениях промышленных зданий. На прямых секциях снизу через каждые 500 мм смонтированы соединительные розетки, закрытые откидными крышками. Розетки предназначены для подключения светильников втычным контактом через штепсель 10 А. Короб заземлен нулевым проводом. Светильники подвешивают к несущим конструкциям или непосредственно к ШОС.

Рис. 25. Осветительные шинопроводы:

а, б – поперечное сечение шинопровода ШОС2 (а) и ШОС4 (б),

в-ж – шинопровод ШОС80: поперечное сечение (в); прямая секция (г); соединитель (д); угловая секция (е) штепсель (ж): 1 – шнур штепселя; 2 – патрубок для установки светильника.

Для сетей с изолированной нейтралью все большее применение находят ШОС типа КАМ на токи 25 и 32 А (рис. 31).

Рис. 26. Применение осветительных шинопроводов типа КАМ:

1 – секция прямая; 2 – секция вводная; 3 – ответвительная коробка с предохранителем; 4 – ответвительная коробка с глухим присоединением; 5 — гибкая вставка (угловая); б – крепление светильника к шинопроводу; 7 – подвес (стержень М8); 8 – скоба крепления шинопровода к подвесу; 9, 10 – осветительные приборы

В номенклатуру троллейных шинопроводов(ТШ) включены секции: прямые, подгоночные, радиусные, вводные, компенсационные и разделительные, для организации ремонтных участков. Также в номенклатуру ТШ входят: токосъемные каретки с роликами или токосъемники со щетками, траверсы для крепления на них токосъемных устройств, устанавливаемых на подвижном составе токоприемника, и индикаторы напряжения или указатели троллейные. Для монорельсовых дорог с автоматическим адресованием груза, предназначенных, например, для установки в складских помещениях с большими объемами и номенклатурой продукции, применяют ловители. Эти элементы устанавливают в местах сочленения прямых и радиусных секций или на сложных переходах, поскольку скорости перемещения подвижного состава, например, кранового оборудования, могут составлять 250 м/мин и более. Троллейные шинопроводы выпускают как с защитным кожухом, например ТВ ЕАЕ-Электрик «ВСК- Электро», так и в открытом исполнении. В ТШ этого типа, так называемых монотроллейных шинопроводах, шины изолированы пофазно, и они выпускаются на токи от 35 до 1000 А. В состав монотроллейных ТШ входят соединители, троллеедержатели, клицы опорные и промежуточные, токосъемники со щетками.

Шинопроводы всех типовимеют специально разработанные для них поддерживающие и опорные устройства для крепления к строительным конструкциям зданий.

При выборе системы передачи электроэнергии необходимо, прежде всего, руководствоваться экономическими соображениями.