Кабели средно напрежение

ЕлектроапаратурaСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2010

Кабели средно напрежениеКабели средно напрежение

Класификация, начини за полагане и изчисляване на сечението на кабелите

Известни са много начини за добиване на електроенергия – чрез термични, атомни, водни или вятърни електроцентрали, посредством използването на енергията на слънчевите лъчи или различни химически реакции между метали и различни химични реагенти. Веднъж произведена, обаче, електроенергията не може да се съхранява. Затова тя трябва да се използва веднага щом се произведе. Преносът на електроенергията до консуматорите се осъществява чрез различни въздушни или подземни кабелни електропроводни линии.
Преди разглеждането на различните видове кабели, тяхното устройство, избор и употреба, е необходимо да се въведат редица общи понятия. Сред тях са:
Въздушна електропроводна линия (ВЕЛ). Представлява съоръжение за пренасяне и разпределение на електрическа енергия чрез изолирани или неизолирани проводници.
Проводник. Изолирано или неизолирано тоководещо едножично или многожично въже от един или два метала или сплави с добра електрическа проводимост, високи механични характеристики и устойчивост на химически въздействия.
Кабел. Изолирани едно-, дву-, три- и четирижилни проводника от медни или алуминиеви токопроводни жила, поместени в обща обвивка от изолационен материал.
Кабелни електропроводни линии. Система от подземно или надземно положени кабели, съединени чрез муфи, служещи за пренасяне и разпределение на електроенергия към консуматорите.

Три йерархични нива при пренасяне на електроенергията
Съществуват три йерархични нива при пренасянето на електроенергията, в зависимост от номиналната величина на напрежението, а именно:
l Мрежи ниско напрежение (НН) - до 1,0 кV;
l Мрежи средно напрежение (СН) - от 1,0 кV до 35 кV;
l Мрежи за високо напрежение (ВН) - от 110 кV до 400 кV.
Освен тях съществуват още:
l Мрежи за свръхвисоко напрежение (СВН) - от 400 кV до 900 кV;
l Мрежи за ултрависоко напрежение (УВН)  - над 900 кV.
Според своето предназначение, кабелите се определят като силови, контролни, кабели за управление и телефонни връзки, радиочестотни, оптични и др.

Силовите кабели
са предназначени за пренасяне и разпределение на електрическа енергия. Те се произвеждат с медни и алуминиеви жила, които се изолират с импрегнирана хартия, полиетилен, поливинилхлоридна пластмаса и каучук. Херметичната обвивка на жилата на кабелите може да бъде от олово, алуминий, полиетилен или каучук. Силовите кабели се произвеждат за напрежение от 660 V до 500 кV.

Основни електрически характеристики на силовите кабели са:
l Специфично съпротивление;
l Индуктивност;
l Капацитет.
Специфичното съпротивление rq  на кабелите се определя в зависимост от температурата (q) на жилата на базата на следната формула: rq = r20 [1 + a (q–20)], където r20 е специфичното съпротивление при температура 20°С, измерено в Wmm2/m; r – температурен коефициент на съпротивлението, който за медта е равен на 0,00393/1°С, а за алуминия – 0,004/1°С.
В симетрична трифазна система индуктивността на силовите кабели с жила, разположени във върховете на равностранен триъгълник, се определя по формулата: L = L1 + A.lg S/r, където: L е индуктивността на кабела, измерена в mH/km, L1 – параметър, който се определя таблично; r – радиус на тоководещите жила; S – разстояние между центровете на жилата; А – параметър, който е равен на 0,463 за едножилни кабели и на 0,471 за трижилни кабели. Капацитетът на кабели с екранирани фази или с жила с оловна обвивка с дължина 1 m се определя с формулата: С = 2per.e0/ln(R/r).
Във формулата С е капацитетът на кабела във F/m; R и  r – радиусите съответно на кабела до изолацията и на кабелните жила; e0 – електрическа константа със стойност 8,85. 10-12 F/m; er  - относителна електрическа проницаемост (например за хартиена изолация тя е 3,5–3,7).
В миналото у нас са се произвеждали основно силови кабели за СН и ВН с импрегнирана хартиена изолация. В резултат на това те са много разпространени в съществуващите вътрешните електроснабдителни системи. В настоящия момент се използват силови кабели за СН с изолация от омрежен полиетилен. Те отговарят на изискванията на IEC 502–83.

Класификация на кабели с изолация от омрежен полиетилен
В зависимост от конструкцията на токопроводимите жила, кабелите с изолация от омрежен полиетилен се разделят, както следва:
l едножилни кабели с кръгло многожично уплътнено жило (ку), кръгло плътно жило (кп);
l трижилни кабели: кръгли многожични уплътнени (ку) жила; кръгли плътни (кп) жила; секторни многожични (см) жила;
Според конструктивното изпълнение на металния екран, кабелите с изолация от омрежен полиетилен се подразделят в следните групи:
l едножилни кабели: с метален екран от медни жици и медни контактни ленти, както и с метален екран от медни ленти.
l трижилни кабели - с общ за трите фази метален екран от медни ленти; с метален екран поотделно за всяка фаза от медни ленти.
На фигурата са представени конструкциите на силови кабели с изолация от омрежен полиетилен: едножилен кабел с кръгло многожично уплътнено жило (ку) или кръгло плътно (кп) жило и метален екран от медни жици и медна контактна лента; едножилен кабел с (ку) жило или (кп) жило и екран от медни ленти; трижилен кабел със секторни жила и общ метален екран от медни ленти.
Основните електрически параметри на силовите кабели с изолация от омрежен полиетилен са показани в таблици 1, 2 и 3.

Изисквания към кабелните линии
В промишлените предприятия разпределителната мрежа средно напрежение (СН) се изпълнява основно с кабелни линии. Известно е, че кабелната линия се състои от един или няколко кабела с принадлежащите им кабелни муфи, крайни глави, прикрепителни съоръжения, заземителни и сигнални устройства и др. В промишлените предприятия кабелните линии на напрежение от 1 до 35 кV се полагат в земни изкопи, канали, тунели, естакади, тръби и бетонни блокове. В градските мрежи силовите кабели могат да се полагат съвместно с тръбопроводи в колектори. Изборът на трасето и начинът на полагане на силовите кабели трябва да бъдат съобразени с изискванията на Наредба 3 от 9 юни 2004 г. за устройството на електрическите уредби и електропроводните линии (публикувана в ДВ бр. 90  и бр. 91 от 2004 г., в сила от 15.01.2005 г.), противопожарните строително-технически норми (ПСТН), указанията на завода-производител на кабели и др.
Кабелните линии, в зависимост от конкретните условия, се изграждат по различни начини, но на базата на общи изисквания и правила за полагане на кабели.
С оглед предпазването на кабелите от механични повреди при монтажа и експлоатацията им трябва да се спазват следните изисквания:
l Кабелите трябва да се полагат змиеобразно с резерв от 1 до 5 % от общата дължина. Оставянето на резерв във вид на кабелен пръстен не се допуска;
l Кабелите, положени хоризонтално върху носещи конструкции, трябва да се закрепват в краищата до кабелните глави, от двете страни на кабелните муфи и завоите.
l Бронираните и небронираните кабели, положени в места, в които има опасност от механични повреди и докосване от хора трябва да бъдат защитени с тръби на височина до 2 м от пода;
l Кабелите трябва да се полагат на необходимото разстояние от нагрети повърхнини, за да се избегне недопустимото им загряване.
l Кабелите се предпазват от блуждаещи токове и корозия в съответствие с изискванията на Наредбата за защита на подземните метални съоръжения от корозия.
l Кабелните линии, положени на открито, е необходимо да се предпазват от пряко слънчево въздействие. Тези от тях, които имат пластмасова изолация и поливенилхлоридна защитна обвивка могат да се експлоатират на слънце;
l Кабелите с метална обвивка или броня и носещите конструкции в кабелните съоръжения се заземяват или зануляват съгласно изискванията на Наредба № 3.
l Всяка кабелна линия следва да има име или номер. Когато кабелната линия се състои от няколко паралелни кабела, то всеки от тях има едно и също име (номер) и допълнителни букви, например А, Б, В и т.н. Открито положените кабели в канали, тунели, естакади и др. трябва да са означени трайно с маркировки  (пластмасови, метални с нанесени върху тях: тип на кабела, работно напрежение, сечение и номер).
l Трасето на всяка кабелна линия се нанася на план, върху който се отбелязват всички глави, муфи и разстоянията между тях.
Сигурността и икономическата ефективност на вътрешната електроснабдителна система зависят от избрания начин на полагане на силовите кабели за напрежение 6, 10, 20 и 35 кV. Капиталните вложения и експлоатационните разходи за кабелните линии зависят от тяхната дължина и начина на полагане. Това изисква още при проектирането на едно предприятие да се отчетат характерните начини за полагане на кабелите, както и да се намали до минимум тяхната дължина и местата на пресичане с други съоръжения и тръбопроводи.

Начини за полагане на кабели
Характерните начини за полагане на кабели са следните:
Полагане в земни изкопи: Представлява най-евтиният и елементарен начин за полагане на кабели. В земния изкоп те се полагат направо върху дъното или върху възглавница от мека пръст и се покриват с пясък или пресята пръст. Кабелите се предпазват от механични повреди по цялата си дължина чрез тухли и се маркират с пластмасова лента с надпис “Внимание електрически кабел”. В един изкоп могат да се полагат повече от 6 броя силови кабели за напрежение от 1 до 20 кV.
Полагане в кабелни канали: Кабелните канали се използват за полагане на повече от 6 броя силови кабели. При максимални размери на каналите броят им би могъл да достигне 50 – 60 броя. Каналите могат да бъдат подземни, покрити с пласт пръст или полуподземни. При 6 до 12 броя кабели каналите могат да бъдат непроходими с дълбочина до 500 mm, а при повече от 12 броя – проходими с дълбочина 1200 м. Кабелите се полагат върху метални конструкции от едната или двете страни на канала. Ако през канала се прекарват кабели с различни напрежения, то най-отгоре се поставят кабелите с високото напрежение, а под тях контролните кабели.
Полагане в кабелни тунели: Представлява сравнително скъп метод за полагане на кабели. Използва се в големи промишлени предприятия, електроцентрали и т.н., където броят на кабелите е много голям. Полагането се извършва върху метални лавици, като се спазва принципът – най-отдолу се поставят контролни кабели, след това кабели до 1 кV и най-отгоре кабели за СН. Кабелните тунели трябва да се осигурят в противопожарно отношение – с разположени в тях сигнализатори за дим и топлина, както и пожарогасителни, автоматично действащи разтопяеми глави (дренчерни и спринклерни). Кабелните тунели следва да имат естествена и изкуствена вентилация.
Полагане по кабелни естакади: Кабелите се полагат по естакади в приложения, в които не е възможно използването на някои от вече описаните методи. Кабелните естакади са от открит и закрит тип. Представляват метални конструкции, върху които се полагат до 24 броя кабели за СН. При проектирането на кабелните естакади е необходимо да се отчитат степента на пожаро- и взривоопасност на околната среда, разположението на сградите, машините и съоръженията.

Пресмятане на сечението на силовите кабели
Сечението на силовите кабели в разпределителната мрежа средно напрежение 6 - 35 кV е равно на най–голямото сечение, определено по едно от следните четири условия:
Избор на сечение по икономична плътност. Изчислява се по формулата: Suk = Im/Juk (mm), където: Suk е икономичното сечение на кабела, Im - максимално продължителен ток при нормален режим на работа; Juk - икономична плътност на тока.
Избор на сечение по допустимо нагряване. Изчислява се по формулата Iдоп = Iм/к1к2 [А], като за целта е необходимо да се определят максималните продължителни товари във всички участъци на разпределителната мрежа при нормален и авариен режим. С Iм  е обозначен по-големият от максималните продължителни товари, определени в нормален и авариен режим на работа, а к1 и к2 са корекционни коефициенти на допустимия ток на кабелите, в зависимост от броя на паралелните кабели и температурата на околната среда. Когато кабелите са положени в различна среда на охлаждане, сечението им се избира за най-неблагоприятната.
Избор на сечение по термична устойчивост. Изчислява се по формулата: Sту і Sизч = 103 Iµ Ц(tф/(Aqmax - Aqн), където: Iµ е трайният ток на к.с. в кА; Aqн и Aqmax са константи, които се определят в зависимост от началната и крайната температура, съответно преди и след к.с. Съответно: tф е фиктивното (еквивалентното) време на к.с. - в секунди, Sизч - изчисленото сечение на кабела в mm2.
Проверка на сечението по допустима загуба на напрежение. Дължината на линиите в разпределителните мрежи  СН в промишлените предприятия и загубите на напрежение в тях са малки. В резултат на това за сечение, избрано по едно от разглежданите условия, се прави проверка по допустима загуба на напрежение DU Ј DUдоп. Тя се определя в зависимост от нормираните допустими отклонения на напрежението на консуматорите по паспорт.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top