Выбор кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Выбор кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Выбор кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена ( СПЭ-кабеля) проводится по напряжению, способу и условиям прокладки, токовой нагрузке. Сечение кабеля должно удовлетворять требованию термической стойкости при токах КЗ.

По напряжению СПЭ-кабели традиционно делятся на кабели: низкого напряжения (до 1 кВ), среднего напряжения (до 35 кВ включительно), высокого напряжения (110 кВ и выше).

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена прокладываются в земле (скрытая прокладка) и воздухе (открытая прокладка). Скрытая прокладка осуществляется в земляных траншеях. Открытая прокладка по территории предприятия выполняется в кабельных сооружениях. Открытая прокладка кабелей в цехах промышленных предприятий производится по опорным конструкциям, изготавливаемым в виде стоек с полками, настенных полок и др.

Прокладка кабельных линий (КЛ) в земляной траншее является одним из наиболее распространенных, простых и экономичных способов прокладки. Глубина заложения КЛ от планировочной отметки должна быть не менее 0,7 м для кабелей напряжением до 20 кВ и не менее 1 м для кабелей напряжением 35 кВ и выше.

При прокладке в одном направлении большого количества кабелей (более 20), что характерно для энергоемких промышленных предприятий, используются кабельные сооружения: туннели, галереи, эстакады, каналы.

Расположение СПЭ-кабелей при открытой прокладке и в земляной траншее показано на рис. 1. Здесь же указаны требуемые расстояния между отдельными кабелями или их группами.

Рис. 1. Расположение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена при их прокладке открыто (а) и в земляной траншее (б)

Одножильные кабели могут располагаться горизонтально в плоскости с расстоянием между кабелями «в свету» не менее диаметра кабеля d. Одножильные кабели могут собираться в трехфазную группу треугольником вплотную. Расстояние между соседними группами кабелей не менее 2d.

Кабели ПвП, АПвП используются для прокладки в земле независимо от степени коррозионной активности грунта, а также в воздухе (открыто) при условии обеспечения мер противопожарной защиты.

Кабели следующих типов предназначены:

ПвПу, АпвПу для прокладки в земле на сложных участках трасс,

с продольной герметизацией экрана (г) для прокладки в грунтах с повышенной влажностью, а также в сырых, частично затапливаемых помещениях,

ПвВ, АПвВ для прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях, а также в сухих грунтах,

ПвВнг, АПвВнг при групповой прокладке в кабельных сооружениях и производственных помещениях,

ПвВнгд, АПвВнгд для прокладки на объектах, где предъявляются требования к пониженному дымогазовыделению (атом- ные электростанции, метрополитены, крупные промышленные объекты, высотные здания и др.).

Сечение токоведущей жилы кабеля выбирается по экономической плотности тока и допустимому нагреву. Нормированные значения экономической плотности тока j э принимаются по рис. 2. Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного сечения.

Рис. 2. Экономическая плотность тока проводников

Допустимая длительная температура токоведущей жилы СПЭ-кабеля напряжением до 110 кВ включительно составляет T доп = 90 °С. Соответствующие указанной температуре допустимые длительные токи СПЭ-кабелей I доп приведены в таблицах 1-4.

Таблица 1. Допустимый длительный ток I доп одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6 кВ

Таблица 2. Допустимый длительный ток I доп одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ

Таблица 3. Допустимый длительный ток I доп одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 35 кВ

Таблица 4. Допустимый длительный ток I доп одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 110 кВ

При прокладке кабеля в воздухе предполагается, что окружающая среда не препятствует теплоотдаче. При прокладке кабеля в земле предполагается, что почва на отдельных участках кабельной трассы может высыхать, ухудшая условия теплоотдачи кабеля. При отличии реальных условии от расчетных вводятся поправочные коэффициенты на величину I доп.

При эксплуатации кабелей допускаются кратковременные перегрузки, например на период ликвидации аварии. В таких режимах увеличение температуры токове-дущей жилы СПЭ-кабелей напряжением до 110 кВ включительно допускается до значения Θ п.а= 130 °С. Соответствующие указанной температуре допустимые значения тока в режимах перегрузки определяются умножением допустимого длительного тока на коэффициент перегрузки кпер:

при прокладке в земляной траншее k пер = 1,23 ( k пер =1,17 для СПЭ-кабелей напряжением 110кВ),

при открытой прокладке в воздухе k пер = 1,27 ( k пер = 1,2 для СПЭ-кабелей напряжением 110 кВ).

Режим перегрузки СПЭ-кабелей допускается не более 8 ч в сутки, не более 100 ч в год и не более 1000 ч за срок службы кабеля.

Сечения кабелей c с изоляцией из сшитого полиэтилена должны проверяться на термическую стойкость при токах КЗ.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Испытание кабелей повышенным напряжением: правила, технологии, оборудование

При эксплуатации кабельных линий электропередач большой проблемой является пробой изоляции там, где это невозможно определить ни визуальным осмотром, ни применением низковольтного мегаомметра. Наглядный пример — образование микротрещин в изоляции кабеля, которые заполняются влагой. Когда такие трещины не доходят от внешней поверхности кабеля до токопроводящей жилы, мегаомметр не может определить их наличие. В то же время, между трещиной, заполненной влагой, и токопроводящей жилой есть тонкий слой изоляции. При подаче рабочего напряжения этот тонкий слой изоляции не выдерживает и происходит пробой.

Поэтому кабели тестируют под напряжением выше номинального, что позволяет выявить скрытые дефекты. Правила испытаний описаны в действующем ПУЭ-7.

Для кабелей на напряжение, не превышающее 1 кВ, применяется только измерение сопротивления изоляции высоковольтным (на 2,5 кВ) мегаомметром. При этом оно не должно быть меньше 0,5 МОм. Исключение составляют лишь кабели на 1 кВ с пластмассовой изоляцией — они испытываются повышенным напряжением (см. табл. № 1).

Для кабелей на напряжение свыше 1 кВ используется испытание повышенным напряжением выпрямленного тока (использование в ПУЭ-7 термина «выпрямленного тока» связано с тем, что на практике применяются выпрямители без фильтров, то есть на выходе у них есть пульсации) согласно табл. № 1. Для кабелей в бумажной и пластмассовой изоляцией до 35 кВ длительность испытания составляет 10 мин., для кабелей с резиновой изоляцией на 3 – 10 кВ — 5 мин, для кабелей с любым типом изоляции на 110 – 500 кВ — 15 мин.

Таблица № 1. Испытательные напряжения выпрямленного тока для различных типов силовых кабелей

Кабели с бумажной изоляцией на напряжение, кВ

Кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение, кВ

Кабели с резиновой изоляцией на напряжение, кВ

Если речь идет о кабеле в пластмассовой изоляции, не имеющем брони и расположенном на открытом пространстве, то его испытывать выпрямленным напряжением не требуется.

Кабели на 110 – 500 кВ с изоляцией любого типа, можно испытывать не только выпрямленным, но и переменным напряжением частотой 50 Гц. В таком случае эффективное значение напряжения должно составлять 1,73 от указанного в документации для данного кабеля номинального значения напряжения.
Сопротивления изоляции кабеля нужно измерять специальным мегаомметром, который дает разницу потенциалов на измерительных клеммах, равную 2,5 кВ. Измерения делаются до и после испытаний на пробой, по ним делаются выводы о состоянии изоляции. Но как трактовать результаты измерений, если для кабелей на напряжение свыше 1 кВ в ПУЭ-7 не нормируется значение сопротивления изоляции? Есть два варианта. Первый — следует или ориентироваться на характеристики, заявленные производителем кабеля. Если же таковых нет, то переходим ко второму варианту. Нужно воспользоваться эмпирическим правилом — данное сопротивление должно быть не менее 10 МОм.

Для кабелей на напряжение от 6 до 35 кВ нормируются ток утечки. Кроме этого, может нормироваться асимметрия токов утечки для нескольких жил в кабеле (отношение между минимальной и максимальной утечками тока). При испытаниях на наличие дефектов в изоляции важно не столько абсолютное значение тока утечки, сколько динамика его изменения за время испытаний. Если изоляция исправна, то ток должен быть стабильным, обнаруживая небольшую тенденцию к снижению. Возможно в самом начале возникновение всплеска тока утечки, который, на самом деле, связан с зарядом паразитной емкости кабеля. Если во время испытаний ток увеличивается, то это свидетельствует о возможном наличии дефектов изоляции. При колебаниях значения тока время испытаний увеличивают до момента, когда направление изменения тока стабилизируется и станет ясна ситуация с состоянием изоляции, но не более 15 минут. Нормы ПУЭ-7 по токам утечки и коэффициенту асимметрии приведены в табл. №2.

Таблица № 2. Токи утечки и коэффициенты асимметрии для силовых кабелей

Кабель напряжением, кВ

Испытательное напряжение, кВ

Допустимое значение тока утечки, не более, мА

Допустимое значение коэффициента асимметрии (Imax/Imin), не более

Кабели силовые с изоляцией из СПЭ на 64 кВ и выше ПвПнг(А)-HF на 64/110 кВ

Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена. Кабели изготавливаются по ТУ 16-705-495-2006 , по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам соответствуют международному стандартам МЭК 60840 и гармонизированному европейскому стандарту HD 632 S1.
Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в трехфазных сетях на

номинальное переменное напряжение 64/110 кВ максимальное линейное напряжение 123 кВ номинальной частотой 50 Гц, для прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях, где есть требования по ограничению воздействия коррозионно-активных газов. Кабели предназначены для стационарной прокладки на трассе с неограниченной разностью уровней. Кабели могут прокладываться в сухих грунтах (песок, песчано-глинистая и нормальная почва с влажностью менее 14%).
Класс пожарной опасности по ГОСТ 31565-2012: П1б.8.1.2.2.
КОДЫ ОКП 35 3387

Характеристики

Отрасль: машиностроение, металлургия, нефтегазовая, строительство, энергетика

Материал жилы: медь

Материал оболочки: композиция термопластичная, не содержащая галогенов

Ассортимент

Конструкция марки

1. Токопроводящая жила – медная многопроволочная, круглой формы, уплотненная, соответствует классу 2 по ГОСТ 22483.
2. Экран по жиле – наложен экструзией из электропроводящей пероксидносшиваемой полиэтиленовой композиции.
3. Изоляция – из пероксидносшиваемого полиэтилена.
4. Экран по изоляции – наложен экструзией из электропроводящей пероксидносшиваемой полиэтиленовой композиции.
5. Комбинированный экран.
5.1. Слой — из двух лент электропроводящей бумаги или электропроводящей полимерной ленты.
5.2. Повив — из медных проволок, поверх медных проволок спирально наложена медная лента.
6. Внутренняя оболочка – из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
7. Наружная оболочка – из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
По требованию заказчика в экран из медных проволок может быть встроен распределенный волоконнооптический датчик температуры. В этом случае в обозначение марки кабеля после сечения экрана добавляется индекс «ов».

Технические характеристики

Вид климатического исполнения УХЛ, категории размещения 1 и 2 по ГОСТ 15150.
Диапазон температур эксплуатации — от -50 °С до 50 °С.
Прокладка и монтаж кабелей без предварительного подогрева производится при температуре — не ниже -15 °С.
Минимальный радиус изгиба кабелей при прокладке — не менее 15 наружных диаметров.
Кабели не распространяют горение при групповой прокладке.
Дымообразование не приводит к снижению светопроницаемости в испытательной камере более чем на 40 %.
Значения показателей коррозионной активности продуктов дымо- и газовыделения при горении и тлении материалов внутренней и наружной оболочек из полимерной композиции, не содержащей галогенов:
— количество выделяемых газов галогенных кислот в пересчете на НCL, мг/г — не более 140 5.0
— проводимость водного раствора с адсорбированными продуктами дымо- и газовыделения, мкСм/мм — не более 10.0
— рН (кислотное число) — не менее 4.3
Длительно допустимая температура нагрева жилы кабеля — не более 90 °С.
Предельно допустимая температура жилы кабеля при коротком замыкании — не более 250 °С.
Предельно допустимая температура медного экрана кабеля при коротком замыкании — не более 350 °С.
Температура нагрева жилы в режиме перегрузки — не более 130 °С.
Продолжительность работы кабеля в режиме перегрузки не более 100 ч за год и не более 1000 ч за срок службы.
Строительная длина кабелей оговаривается при заказе. Электрическое сопротивление токопроводящей жилы постоянному току соответствует ГОСТ 22483.
Срок службы при соблюдении условий транспортировки, хранения, монтажа, эксплуатации — не менее 30 лет.
Гарантийный срок эксплуатации — 5 лет.
Гарантийный срок исчисляют с даты ввода кабелей в эксплуатацию, но не позднее 6 месяцев с даты изготовления.

Выбор сечения и марки провода ВЛ-110 кВ и кабельной линии 10 кВ

Расчетная нагрузка завода, приведенная к высшему напряжению трансформаторов ГПП, определяется с учетом потерь в этих трансформаторах:

DQ_т = (I_х + b 2 _фИ_к )S_т.ном/100, где DР_т – потери активной мощности в трансформаторе, кВт;

DQ_т – потери реактивной мощности в трансформаторе, квар;

b_ф – фактическая загрузка отдельного трансформатора ГПП в нормальном режиме.

Зная фактический коэффициент нагрузки трансформатора и его паспортные данные, определяем потери мощности в трансформаторе:

DР_т = 14 + 0,72 2 ∙ 60 = 45,1 кВт;

DQ_т = (0,9 + 0,72 2 ∙ 10,5) ∙ 10000/100 = 634,3 квар.

Активная и реактивная нагрузка завода, приведенная к шинам 110 кВ подстанции, будут равны:

Р_р,110 = 13551,8 + 2 ∙ 45,1 = 13642 кВт;

Q_р,110 = 13551,8 ∙ 0,36 + 2 ∙ 634,3 = 6147,2 квар.

Полная мощность завода, приведенная к шинам 110 кВ трансформатора

ПС 110/10 кВ, в этом случае составит:

4.2 Выбор сечений и марки провода ВЛ-110 кВ

и кабельной линии 10 кВ

Экономические показатели питающих линий в значительной мере зависит от правильности выбора сечений проводов.

Для определения сечения проводов рекомендуют [3] экономические плотности тока j эк. Учитывая, что линия двухцепная и работает каждая линия в неявном резерве, расчет проводят по току номинального режима.

В качестве питающей линии выбираем сталеалюминевые провода марки АС. Ток линии в нормальном режиме при максимальной нагрузке определяем по формуле:

где U _ном – номинальное напряжение ВЛ-110 кВ.

Время использования максимальной загрузки для расчетов определяем по формуле:

Согласно расчетным данным, продолжительность использования максимальной нагрузки составляет Т_max = 3145 ч/год.

Из таблицы 10.1 [3] определяем экономическую плотность тока для алюминиевого провода j_эк = 1,1 А/мм².

Зная экономическую плотность, определим экономическое сечение:

Из таблицы 7.35 [3] выбираем провод марки АС-35/6,2 с током длительно допустимым I_доп = 175А.

По длительному нагреву данный провод удовлетворяет требованию.

Согласно ПУЭ [3] провод необходимо проверить по условию максимальных потерь на корону. Однако, согласно [3] минимальное сечение провода по условию возникновения коронированного разряда составляет 70 мм². Из [3] выбираем провод АС-70/11.

Проверку выполняем для гибких проводов при напряжении 35 кВ и выше по условию:

где Е – напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода, кВ/см, которая определяется по формуле:

где Е_о – значение начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см, которое определяется по формуле:

В выражениях для Е и Е_о приняты следующие обозначения:

U – линейное напряжение ВЛ (U =110кВ);

D_ср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз

m – коэффициент, учитывающий шероховатость провода (m = 0,82).

В этом случае имеем для провода АС-70/11:

1,07Е = 1,07 ∙ 25,1 = 26,9 кВ/см > 0,9 ∙ Е_о = 0,9 ∙34,7 = 31,2 кВ/см.

Таким образом, выбранный провод удовлетворяет условиям коронообразования.

Согласно ПУЭ для двухцепных ВЛ на напряжение 110 кВ по условию механической прочности, минимальное сечение должно быть q_min = 120 мм², поэтому необходимо выбирать провод АС-120.

Из [3] выбираем провод АС-120/19 с длительно допустимым током

Выбранный провод необходимо проверить на потерю напряжения:

DU’ = — продольная составляющая падения напряжения;

dU = — поперечная составляющая падения напряжения, где Х_ВЛ = х_о ∙ l _ВЛ = 0,427 ∙ 14 = 5,978 Ом;

С учетом составляющих падений напряжения можем определить расчетное значение DU_р, %:

Таким образом, окончательно выбираем провод АС-120/19 сечением

Учитывая, что к КРУ-10 кВ ПС 110/10 кВ, присоединяется сторонняя нагрузка с целью выбора места токораздела системы и предприятия на территории комбината, устанавливаем РТП-10 кВ. Данное РТП присоединяем к КРУ-10 кВ ГПП двухцепной кабельной линией.

Произведем расчеты по предварительному выбору сечения и марки кабельных линий 10 кВ:

Расчетная мощность комбината, согласно табл. № 14, составляет

Ток по одноцепной кабельной линии будет равен:

Определим экономическое сечение кабельной линии:

где j_эк = 1,6 А/мм 2 – экономическая плотность тока для кабеля алюминиевого с изоляцией из сшитого полиэтилена и Т_max = 3700 ч/год.

Из [19] выбираем кабель марки АПвП1, сечением q_кат = 300 мм 2 с длительно допустимым током I_{доп.кат} = 495 А.

Проверим выбранное сечение в нормальном и послеаварийном режимах:

I_доп = K₁ K₂ K₃ I_{доп.кат} = 1,0 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 495 = 495 А > I_р = 476 А, где К₁ = коэффициент, учитывающий количество кабелей в одной траншее (К₁ = 1,0) [3]:

К₂ – коэффициент, учитывающий температуру земли (К₂ = 1,0 при температуре земли +15 0 С) [3];

К₃ – коэффициент, учитывающий удельное сопротивление грунта

(К₃ = 1,0 при удельном сопротивлении грунта 120 см К/Вт) [3].

Учитывая, что I_p = 476 А < I_доп = 495 А, выбранное сечение удовлетворяет условию нормального режима работы.

В послеаварийном режиме:

I_доп.па = 1,3 I_доп = 1,3 ∙ 495 = 643,5 А < I_p.па = 2 ∙ I_p =952 А, т.к. данный кабель не проходит по условию послеаварийного режима.

Из [4] выбираем два кабеля сечением q_кат = 2х300 мм 2 с дополнительно допустимым током I_{доп.кат} = 990 А.

Для послеаварийного режима имеем:

I_доп.па = 0,9 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1,3 I_{доп.кат} = 0,9 ∙ 1,03 ∙ 990 = 1158,3 А > I_р.па = 952А.

Данное сечение кабелей удовлетворяет условию послеаварийного режима.

Учитывая незначительное расстояние от ПС 110/10 кВ до РТП, падение напряжения на кабельной линии учитывать не будем.