Силови кабели сpедно напрежение

Класификация, характеристики и изисквания към полагането и експлоатацията

Силовите кабели СрН са предназначени за разпределение на енергията във външни и вътрешни електроснабдителни системи средно напрежение (6 - 35 kV). Най-широко използвани са кабелите с изолация от омрежен полиетилен, които биват два вида - едножилни и трижилни. От своя страна, едножилните кабели са с кръгли многожилни уплътнени жила или с кръгли плътни жила. Трижилните кабели са със секторни многожични жила, кръгли плътни жила и кръгли многожични уплътнени жила. Друг признак за класификация на силовите кабели от омрежен полиетилен е конструктивното изпълнение на металния екран. На основата му, едножилните кабели са две групи - с метален екран от медни жици и медни контактни ленти, както и с метален екран от медни ленти. Трижилните кабели са с метален екран поотделно за всяка фаза от медни ленти и с общ за трите фази метален екран от медни ленти.

Съпротивление, индуктивност и капацитет на кабелите

Сред основни електрически характеристики на силовите кабели са специфичното съпротивление, индуктивността и капацитетът. Специфичното съпротивление на кабелите за определена температура на жилата зависи функционално от специфичното им съпротивление при температура 20 °С и температурния коефициент на съпротивлението. За мед, стойността му е 0.00393/1 °С, а за алуминий - 0.004/1 °С.

Индуктивността на силовите кабели с жила, разположени във върховете на равностранен триъгълник в симетрична трифазна система, се определя по зависимостта

L = L1 + A.lgS/r. Във формулата с L е означена индуктивността на кабела в mH/km. Стойността на параметъра L1 се определя в зависимост от броя на проводниците в жилото. Във формулата с A е означен параметър, който има стойност 0.463 за едножилни кабели и 0.471 за трижилни кабели. От своя страна, S е разстоянието между центровете на жилата, а r е радиусът на тоководещите жила. При секторни жила, r се определя от площта на сектора.

За кабели с екранирани фази или с жила с оловна обвивка с дължина 1 метър капацитетът е право пропорционален на електрическа константа със стойност 8.85.10-12 F/m и относителна електрическа проницаемост. Капацитетът на силовите кабели е функционално зависим и от радиусите на кабела до изолацията и на кабелните жила.

Съгласно международния стандарт IEC 287, допустимото токово натоварване на силовите кабели, положени във въздух, се определя при максимална температура на жилото 90 °С и температура на околната среда 30 °С. За кабели, положени в земя, съгласно IEC 287 допустимото токово натоварване се пресмята при максимална температура на жилото 90 °С, температура на околната среда 20 °С, дълбочина на полагането 0.7 метра и топлинно съпротивление на почвата 1 K.m/W.

Методи за определяне на сечението

Определянето на сечението на силовите кабели на разпределителните мрежи 6 - 35 kV, се извършва на базата на няколко основни метода. Избира се сечение на силовия кабел, равно на най-голямата стойност, пресметната при използване на един от използваните подходи. Сред тях е изборът на сечението на силовия кабел по допустимо нагряване. В сила е условието, че когато кабелите се полагат по трасета, имащи различни условия на охлаждане, сечението се пресмята за участъка с най-неблагоприятно охлаждане. Правилото се взема предвид в случай, че участъкът с най-неблагоприятно охлаждане има дължина, по-голяма от 10 метра. Когато сечението на силовите кабели се избира по допустимо нагряване, се пресмятат максималните продължителни товари във всички участъци на разпределителната мрежа. Пресмятанията се правят при нормален и авариен режим на работа на електроснабдителната мрежа. Сечението на кабела се избира таблично на базата на изчислената стойност на допустимия ток на натоварване. Известно е, че Iдоп = Im/k1.k2. Във формулата с Im в А е означен по-големият от максималните продължителни товари в нормален и авариен режим на работа на мрежата. С к1 и к2 са показани корекционни коефициенти, съответно на допустимия ток на кабелите в зависимост от броя на паралелно положените един до друг кабели, а с к2 - на допустимия ток на кабелите в зависимост от околната температура. Корекционният коефициент к2 се изчислява по формулата: к2 = Ц(qдоп - qок)/(qдоп - qок.доп),

където qдоп е допустимата температура на жилото на кабела в °C, qок е действителната температура на околната среда в °C, а qок.доп е околната температура, при която е даден допустимият ток.

Сечението на кабелите СрН се пресмята и на основата на т.нар. икономична плътност на тока. За целта се използва формулата Suk = Im/jk, в която jk в А/mm2 е икономичната плътност на тока, а Im в А е максималният продължителен ток при нормален режим на работа. Със Suk е означено икономичното сечение на кабела в mm.

Определяне на сечението по термична устойчивост

Друг подход за определяне сечението на силовия кабел средно напрежение е по термичната устойчивост. На основата на тази характеристика се избират сеченията на кабели с релейна защита. Ако кабелите са защитавани с предпазители, подходът с избор на сечението по термичната им устойчивост не е подходящ. Причината е, че вложката се стопява за кратък период от време и кабелите се нагряват до недопустими стойности на температурата. Когато сечението на силовите кабели СрН се определя по термична устойчивост, се използват следните зависимости:

Smy і Siz = 103Iк.с.Ц(tf/(Aqmax - Aqn))

и

Smy і Siz = aIк.с.Цtf.

В тях с Siz е означено изчисленото сечение на кабела в милиметри, с Iк.с. - трайният ток на късо съединение в кА, Aqn и Aqmax са константи, определяни конкретно за началната qn и крайната qmax температури преди и след късото съединение, tf е фиктивното време на късо съединение в секунди.

След като сечението на силовия кабел е определено на базата на един от трите описани подхода - по допустимо нагряване, по термична устойчивост или по икономична плътност на тока, се прави проверка по допустима загуба на напрежение. По принцип, дължините на линиите в разпределителните мрежи СрН на промишлените обекти и загубите на напрежение в тях са малки. Ако за определеното сечение при проверката се докаже, че DU Ј DUдоп, то кабелът е коректно избран. Допустимата загуба на напрежение зависи от допустимите отклонения на напрежението на консуматорите.

Предпазване от механични повреди и прегряване

За да се предпазят кабелите от механични повреди при монтажа и експлоатацията им, следва да се спазват редица изисквания. За да се избегне недопустимото им нагряване, кабелите следва да се полагат на необходимото разстояние от затоплени повърхнини. Също така, кабелите се полагат с резерв 1 - 5% от общата им дължина, като оставянето на резерв във вид на кабелен пръстен не е допустимо. В списъка с изисквания фигурира и това, небронираните кабели да се монтират с еластични подложки, като по този начин кабелните обвивки се предпазват от механични повреди и корозия. Също с цел избягване на механични повреди, положените хоризонтално върху носещи конструкции стени и други кабели, се закрепват в краищата до кабелните глави, от двете страни на кабелните муфи и завоите. Когато бронираните и небронираните кабели се полагат в места, в които съществува опасност от механичното им повреждане или допир на хора, е необходимо да се защитят с тръби.

Освен от механични повреди, кабелните линии, положени на открито, се предпазват и от прякото слънчево въздействие. В случай че кабелите са с пластмасова изолация или поливинилхлоридна защитна обвивка, не е необходимо да се вземат специални мерки за защитата им от директно попадане на слънчевите лъчи.

Условия за безпроблемна експлоатация

За да се гарантира безпроблемната експлоатация на силовите кабели, трябва проводимостта на заземяващите или зануляващите защитни проводници да бъде по-голяма от проводимостта на кабелната обвивка. Друго общо изискване при полагането им е взаимно резервиращи се кабелни линии на напрежение до 20 kV да се полагат в отделни земни изкопи или върху носещи конструкции, разположени на различни стени на кабелното съоръжение, когато захранват потребители нулева или първа категория.

Заземяването и зануляването на кабелите с метална обвивка се извършва в съответствие с нормативните изисквания в областта на електрическите уредби.

Полагане на кабелните линии

При полагането на кабелните линии следва да се избере начин на полагане на линиите, при който дължините на трасетата са максимално намалени и по-възможност, местата на пресичането им с други съоръжения, избегнати.

Счита се, че най-евтиният и елементарен начин за полагане на силовите кабели са земните изкопи. Методът е приложим за полагане на не повече от шест силови кабела на напрежение от 1 до 20 kV. Към силовите кабели в земния изкоп допълнително могат да се положат до четири контролни кабела. Полагането в земен изкоп се характеризира с високо допустимо натоварване на силовите кабели. Ако те са повече от шест, е възможно използването на два отделни изкопа. Дълбочината на земния изкоп се определя в зависимост от вида на терена и напрежението на силовите кабели. Разстоянията между кабелите, положени в изкоп, както и между него и други съоръжения, са определени нормативно.

Кабелни канали и тунели

Друг начин за полагане на силови кабели средно напрежение се състои в използването на кабелни канали. Методът е приложим за повече от шест силови кабела. Броят на кабелите, които могат да бъдат положени в един канал, достига до над 50 броя. Те се полагат върху носещи конструкции от едната или двете страни на кабела, както и директно върху дъното на канала. С оглед безпроблемната им експлоатация се подреждат в кабелния канал в зависимост от изискванията на производителя. За да се гарантира сигурност на работа на положените в кабелни канали силови кабели, покривката им да следва е от материал, който не поддържа горенето.

Силовите кабели средно напрежение се полагат и в кабелни тунели. Методът е от най-скъпите и използването му става при стриктно спазване на противопожарните норми. При всички случаи, кабелните канали, тунели и помещения следва да са снабдени с естествена или изкуствена вентилация. Също така, следва да бъде спазено изискването те да имат минимален наклон на дъното от 0.1% към водосборното място или канализацията. Друго важно изискване е кабелните канали, тунели и естакади никога да не се запълват максимално. Минимум 15% от капацитета им следва да се оставя свободен с оглед осигуряване на възможност за полагане на допълнителен брой кабели.

Кабелни естакади

Сред начините за полагане на кабели са и кабелните естакади. Методът се използва основно, когато полагането в изкопи, канали и тунели не е приложимо поради наличието на блуждаещи токове, химически активна почва или други корозионни агенти. Кабелните естакади са два основни вида - открит и закрит, наричан още галериен тип. В открити естакади се полагат до 24 кабела. От своя страна, закритите кабелни естакади са с едностранни или двустранни носещи конструкции. Ако броят на кабелите е над 60, се използват тристранни кабелни естакади, съставени от две слепени галерии.