Кабельные линии

Начальный период развития кабельной техники был тесно связан с работами по электромагнитному телеграфу
Павел Львович Шиллинг
Телеграфный аппарат П. Л. Шиллинга

Кабельные линии -
линия для передачи электроэнергии или отдельных импульсов её, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепёжными деталями, а для маслонаполненных кабельных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла.

Классификация
внутриплощадочные — сети на территории одного объекта (завод, нефтебаза …), назначение — обеспечение технологической и производственной связью внутри объекта. Пример — имеется совокупность резервуаров для хранения жидких химикатов. В резервуарах есть датчики температуры, уровня и пр. Кабель, по которому передаются сигналы с датчиков в серверную для мониторинга и обработки будет входить в состав внутриплощадочных сетей.
местные — кабельные линии между зданиями в городе (разные предприятия) или близлежащими населенными пунктами (поселки, села…), назначение — обеспечение связью на местном уровне, например, каналы телефонной связи для присоединения ведомственной АТС к городской АТС.
внутризоновые — кабельные линии внутри одного края, области, назначение — обеспечение связью внутри данной зоны.
магистральные — кабельные линии проходящие (соединяющие) более одного субъекта, назначение — обеспечение связью между субъектами.
международные — кабельные линии проходящие через границу государств(а), назначение — обеспечение связью между странами (сеть Интернет

Состав
Кабельные линии состоят из узлов связи, необслуживаемых регенерационных (усилительных) пунктов — НРП, НУП, кабельной трассы.
узел связи — сооружение связи, в котором установлено оборудование систем передачи. Бывают обслуживаемые, полуобслуживаемые и необслуживаемые. В обслуживаемых узлах связи ведется круглосуточное дежурство, днем может присутствовать инженерно-технический персонал. В полуобслуживаемых узлах в рабочее время находится персонал, в нерабочее время узел закрывается. Обслуживание оборудования связи в необслуживаемом узле связи осуществляется по графику или по мере необходимости. Физически выглядит как здание или блок-контейнер
кабельная трасса (трасса) — кабель проложенный в грунте (чаще всего вне населенного пункта), в канализации (чаще всего по территории крупного населенного пункта). Сюда же входят кабельные колодцы, приямки, сигнальные столбики и знаки, вводно-кабельные помещения и прочие линейные сооружения.

Подземные и надземные кабельные линии
При прокладке на глубине 1-1,2 м кабели 20 кВ и ниже (кроме кабелей городских электросетей) допускается не защищать от механических повреждений.
Кабели до 1 кВ должны иметь такую защиту лишь на участках, где вероятны механические повреждения (например, в местах частых раскопок). Асфальтовые покрытия улиц и т. п. рассматриваются как места, где разрытия производятся в редких случаях. Для кабельных линий до 20 кВ, кроме линий выше 1 кВ, питающих электроприемники I категории*, допускается в траншеях с количеством кабельных линий не более двух применять всместо кирпича сигнальные прастмассовые ленты, удовлетворяющие техническим требованиям, утвержденным Минэнерго СССР. Не допускается применение сигнальных лент в местах пересечений кабельных линий с инженерными коммуникациями и над кабельными муфтами на расстоянии по 2 м в каждую сторону от пересекаемой коммуникации или муфты, а также на подходах линий к распределительным устройствам и подстанциям в радиусе 5 м.

В конце 80-ых и начале 90-ых годов в кабельной технике произошли решающие изменения благодаря вводу нового вида изоляционного материала –пропитанной бумаги
распределительных сетях России при напряжениях до 35 кВ включительно (за рубежом при напряжениях до 60 кВ).
Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией (с вязкой пропиткой) имеют значительные ограничения по номинальному напряжению из-за интенсивных ионизационных процессов при переменном напряжении, и поэтому применяются в
В 1908 г.появились первые трехжильные кабели на напряжение 20 кВ с поясной изоляцией и вязкой пропиткой

Подземные кабельные линии
При параллельной прокладке кабельных линий расстояние по горизонтали в свету между кабелями должно быть не менее:
1) 100 мм между силовыми кабелями до 10 кВ, а также между ними и контрольными кабелями;
2) 250 мм между кабелями 20-35 кВ и между ними и другими кабелями;
3) 500 мм* между кабелями, эксплуатируемыми различными организациями, а также между силовыми кабелями и кабелями связи;
4) 500 мм между маслонаполненными кабелями 110-220 кВ и другими кабелями; при этом кабельные маслонаполненные линии низкого давления отделяются одна от другой и от других кабелей железобетонными плитами, поставленными на ребро; кроме того, следует производить расчет электромагнитного влияния на кабели связи.
Допускается в случаях необходимости по согласованию между эксплуатирующими организациями с учетом местных условий уменьшение расстояний, указанных в пп. 2 и 3, до 100 мм, а между силовыми кабелями до 10 кВ и кабелями связи, кроме кабелей с цепями, уплотненными высокочастотными системами телефонной связи, до 250 мм при условии защиты кабелей от повреждений, могущих возникнуть при КЗ в одном из кабелей (прокладка в трубах, установка несгораемых перегородок и т. п.).
Расстояние между контрольными кабелями не нормируется.
* Согласовано с Министерством связи.
При прокладке кабельных линий в зоне насаждений расстояние от кабелей до стволов деревьев должно быть, как правило, не менее 2 м. Допускается по согласованию с организацией, в ведении которой находятся зеленые насаждения, уменьшение этого расстояния при условии прокладки кабелей в трубах, проложенных путем подкопки.
При прокладке кабелей в пределах зеленой зоны с кустарниковыми посадками указанные расстояния допускается уменьшить до 0,75 м.

Кабели на напряжение 110-500 кВ
Маслонаполненный кабель низкого давления
Маслонаполненный кабель высокого давления
Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена СПЭ (XLPE)

Маслонаполненный кабель низкого давления
Многопроволочная жила
Бумажно-масляная изоляция
Металлическая оболочка
Броня
Антикоррозионная защита

Достоинства Недостатки
Напряжение до 420 кВ (±600 кВ)
Относительно невысокая стоимость
Наличие отечественных технологий производства
Низкая экологическая безопасность
Пожароопасность
Сложность монтажа
Сложность ремонта
Большие расходы на эксплуатацию

Маслонаполненный кабель высокого давления
Многопроволочная жила
Бумажно-масляная изоляция
Три фазы в общей трубе
Давление масла 11-16 атмосфер

Достоинства Недостатки
Напряжение до 1000 кВ
Высокая надежность
Низкая повреждаемость
Наличие отечественных технологий производства
Низкая экологическая безопасность
Пожароопасность
Сложность монтажа, обслуживания, ремонта
Очень большие расходы на эксплуатацию

Кабель с СПЭ (XLPE) изоляцией
Жила
Экран жилы
СПЭ - изоляция
Экран изоляции
Электропроводящие ленты
Медная лента
Медный экран
Электропроводящие ленты
Алюмо-полимерная лента
Защитная оболочка

Достоинства Недостатки
Напряжение до 550 кВ
Экологическая безопасность
Простота монтажа и ремонта
Высокие эксплуатационные характеристики
Малые расходы на эксплуатацию
Высокая стоимость кабеля и арматуры
Отсутствие отечественных технологий производства

Сравнительные характеристики

Прокладка кабеля в траншее

Прокладка КЛ 110кВ с использованием кабельных лебедок Thaler GmbH
Строительство ПС «Марфино».
Компания «ЭнергоСервис»
г. Москва, ТЭЦ-23
Работы ведет «Гидроэлектромонтаж»

Промежуточное устройство тяжения
«CableDog»

Прокладка кабеля
в траншее

Установка
концевых
муфт

Присоединение кабельной линии

Элегазовые вводы в КРУЭ

Прокладка кабеля в траншее, расположение фаз треугольником
Засыпной грунт
Песчано-гравийная смесь
Бетонные плиты
Грунт

Прокладка в траншее двух параллельных линий
ПГС
Бетонные плиты
Засыпной грунт

Бетонные плиты
Засыпной грунт
Прокладка кабеля в траншее, расположение фаз в плоскости
ПГС

Схема транспозиции экранов кабеля
3
2
1 – Экран. 2 - Транспозиционная муфта. 3 – Устройство транспозиции.
1

Прокладка кабеля в трубах
Грунт
Трубы
Асфальт
Резервная труба

Прокладка кабеля в блоках
Грунт
Железная дорога
Блок
Резервный канал

Прокладка кабеля в тоннеле
Грунт
Тоннель

Прокладка кабеля 400 кВ в тоннеле 6,3 км (Берлин 1996-1998)

Прокладка кабеля
245 кВ в тоннеле
(Стокгольм 1999 год)

Основные причины прокладки кабеля
Невозможность строительства ВЛ
Повышенные требования к надежности и безопасности электроснабжения
Ввод новых мощностей в городах
Освобождение земли в городах под застройку

Замена воздушных линий на кабельные

Составляющие стоимости КЛ 220 кВ

Динамика изменения стоимости строительства КЛ по сравнению с ВЛ

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Воздушной линией электропередачи (ВЛ) называют устройство для передачи электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам, кронштейнам и стойкам на мостах, путепроводах и т. п. Провода ВЛ напряжением до 10 кВ крепят к изоляторам, установленным на траверсах деревянных или железобетонных опор.

Изоляция ВЛ ЛЭП вначале была полностью заимствована у телеграфных линий. Первоначально это были штыревые, стеклянные или фарфоровые колоколообразные изоляторы
Линия передачи однофазного переменного тока в Портленде (1889 г.)

Стеклянные изоляторы серии ПС, ПСВ, ПСД
Изолятор стеклянный линейный штыревой серии ШС
Областью применения стеклянных изоляторов серии ПС, ПСД и ПСВ являются воздушные линии электропередач и распределительные устройства электростанций. При этом требования к току уже были описаны выше – его частота не должна превышать 100 Гц, напряжение же может быть выше 1000 В.
Стеклянные изоляторы серии ШС являются практически аналогом предыдущей серии, с той лишь разницей, что напряжение в сети, использующей подобные устройства, может достигать 10 кВ, частота его по прежнему не должна превышать 100 Гц. Данные изоляторы также примечательны тем, что могут быть использованы в достаточно суровывх климатических условиях с большими перепадами температур.

Фарфоровые изоляторы штыревые серии ШФ, ТФ
Изоляторы серии ИОС относятся к опорно-стержневым изоляторам. Они также используются для изоляции токопроводов с рабочим напряжением свыше 1000 В и частотой переменного тока, равной 100 Гц.
Линейка фарфоровых изоляторов также представлена изделиями серий ПТ, ИП, ИПТ, ИПУ и ИПТВ. Данные изоляторы могут быть использованы для создания вводных конструкций для трансформаторов, рабочее напряжение которых колеблется от 1 до 35 кВ с частотой тока 50 – 60 Гц. Для этих целей следует использовать изоляторы серий ПТ, ИПТ и ИПТВ. Изделия серий ИП и ИПУ могут быть использованы с целью изоляции токоведущих конструкций, рабочее напряжение в которых превышает 1 кВ, а частота тока составляет 100 Гц.
Фарфоровые изоляторы проходные серии ИПТ, ИПТВ, ПТ, ИП, ИПУ
Аналогом первого вида стеклянных изоляторов среди фарфоровых устройств являются изоляторы серий ШФ и ТФ. Их различие состоит в максимально допустимом напряжении для сетей с их использованием. Так, при использовании изоляторов серии ТФ, напряжение в сети не должно превышать 1000 В, в то время, как изоляторы серии ШФ позволяют работать с подобными величинами.

Фарфоровые изоляторы опорные сери ИО, ИОР, ОФР, СА, К-709, К-710, К-711
Эти фарфоровые изоляторы предназначены для изоляции и крепления токоведущих частей в
электрических аппаратах и распределительных устройствах.
Фарфоровые изоляторы опорно-стержневые серии ИОС
Изоляторы серии ИОС относятся к опорно-стержневым изоляторам. Они также используются для изоляции токопроводов с рабочим напряжением свыше 1000 В и частотой переменного тока, равной 100 Гц.

В конце 1906 г. были изобретены проходные, опорные, подвесные изоляторы на основе керамики, покрытой глазурью, позже эти изоляторы стали изготавливать из электротехнических стекол и специальных пластмасс.
Керамические изоляторы для контактной сети железных дорог серии ФСФ, КСФ, НСФ, ПСФ
Полимерные изоляторы линейные подвесные серии ЛК на 35/110/220/330/500 кВ
Последними в линейке керамических изоляторов являются устройства серий ФСФ, ПСФ, НСФ и КСФ. Данные изоляторы используются в железнодорожных сетях. Как известно, рабочее напряжение таковых составляет порядка 3 кВ (3,3 кВ, если быть точным), с частотой переменного тока 100 Гц. Стоит отметить, что изоляторы этих серий достаточно неприхотливы к атмосферным загрязнениям.
Также в последнее время широкое распространение приобрели полимерные изоляторы. Их неоспоримым плюсом является малая стоимость используемых материалов, а также их необычные свойства, которые не присущи другим диэлектрическим веществам.
Наиболее известной серией полимерных изоляторов является серия ЛК. Это подвесные линейные изоляторы, способные работать в сетях с напряжением от 35 до 500 кВ.

Классификация ВЛ
Сверхдальние ВЛ напряжением 500 кВ и выше
Магистральные ВЛ напряжением 220 и 330 кВ
Распределительные ВЛ напряжением 35, 110 и 150 кВ
ВЛ 20 кВ и ниже, подводящие электроэнергию к потребителям.
По НАПРЯЖЕНИЮ:
ВЛ до 1000 В (ВЛ низшего класса напряжений)
ВЛ выше 1000 В
ВЛ 1-35 кВ (ВЛ среднего класса напряжений)
ВЛ 110—220 кВ (ВЛ высокого класса напряжений)
ВЛ 330—750 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений)
ВЛ выше 750 кВ (ВЛ ультравысокого класса напряжений)

Оболочки и изоляции
Поливинилхлоридные пластикаты, применяемые в кабельных изделиях, делятся на три основные группы:
изоляционные — имеют высокие электрические характеристики;
шланговые — применяемые для защиты элементов кабельных изделий;
полупроводящие — используемые для изготовления экранов.[7]
Твёрдый поливинилхлорид имеет высокое содержание хлора (около 57 %) и воспламеняется с трудом. При воздействии пламени происходят следующие процессы:
80 °C — начинается размягчение материала;
100 °C — начинается образование хлороводорода;
160 °C — около 50 % хлороводорода выделяется в виде газа;
210 °C — поливинилхлорид плавится;
300 °C — около 85 % хлороводорода выделяется в виде газа;
350—400 °C — загорается «углеродный остов» молекулы поливинилхлорида.
Один килограмм твёрдого поливинилхлорида выделяет 350 литров газообразного хлороводорода, который при растворении может дать более 2 литров концентрированной (25 %) соляной кислоты.