«Збільшення пропускної здатності кабельних ліній»

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Ім'я файлу: 7AF0915D-F3D0-4643-A803-4469A0584A5C.doc
Розширення: doc
Розмір: 5147кб.
Дата: 19.02.2023
скачати
Пов'язані файли:
Курс лекцій ОТВГНГ Ч ІІ.doc
Кабельні лінії.doc
249275.docx
alexi,+Локазюк+В.М..pdf
file_470433.rtf
ФККПІ_2021_122_Кулачинська_А_О.docx
EPA_2010_6.doc
15 Форми в Ms Access.docx

Вінницький національний технічний університет

Факультет електроенергетики та електромеханіки

Кафедра електричних станцій та систем

Пояснювальна записка

до дипломної роботи

за освітньо-кваліфікаційним рівнем «бакалавр»

на тему:

«Збільшення пропускної здатності кабельних ліній»

Виконав: студент 4 курсу, групи 2Е-11б

напряму підготовки

6.050701 – «Електротехніка та

електротехнології»

Романюк Д.В.
Керівник: доц. кафедри ЕСС

Собчук Н.В.

«____» ______________ 2015 р.
Рецензент: ________________________
«____» ______________ 2015 р.

Вінниця – 2015 року

Анотація

Кабелі високовольтні, конструкція, ізоляція, приклади електричних розрахунків, вимірювання характеристик часткових розрядів.

В бакалаврській кваліфікаційній роботі проаналізовано конструкцію кабелів високої напруги, методи вибору і способи прокладання кабельних ліній. Виконаний електричний розрахунок маслонаповнених кабелів, для підвищення пропускної спроможності кабельних ліній запропоновано ряд традиційних і нових методів та заходів. Для захисту кабелів від корозії запропоновані, відомі з наукової літератури, методи і засоби. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях розроблена у відповідності з нормативними документами.
Аннотация

Кабели высоковольтные, конструкция, изоляция, примеры электрических расчетов, измерения характеристик частичных разрядов.

В бакалаврской квалификационной работе проанализированы конструкция кабелей высокого напряжения, методы выбора и способы прокладки кабельных линий. Выполнен электрический расчет маслонаполненных кабелей, для повышения пропускной способности кабельных линий предложен ряд традиционных и новых методов и мероприятий. Для защиты кабелей от коррозии предложены, известны из научной литературы, методы и средства. Охрана труда и безопасность в чрезвычайных ситуациях разработана в соответствии с нормативными документами.

ВСТУП

Концентрація електричних навантажень і виникнення крупних територіально-промислових комплексів, часто віддалених від джерел електропостачання, зажадали збільшення напруги живлячих ліній електропередачі. Якщо на початку 50-х років найвищою напругою повітряних ліній електропередачі (ПЛ) було 220 кВ, то до кінця 70-х років максимальна напруга споруджуваних ліній змінного струму зросла до 1150 кВ, постійного струму — до 1500 кВ, що не є межею.

Найвища напруга кабельних ліній (КЛ) до недавнього часу була на один — два ступені нижче за максимальну напругу ПЛ. Так в нашій країні при максимальній напрузі ПЛ, рівній 220 кВ, напруга кабельних мереж не перевищувала 35 кВ. Це пояснювалося тим, що лінії змінного струму, виконані кабелями традиційних конструкцій, через їх велику зарядну потужність непридатні для передачі електроенергії на значні відстані, чому вони і використовувалися лише як розподільні мережі середньої і нижчої напруги.

Необхідність підвищення номінальної напруги кабелів викликана рядом чинників. Для підстанцій глибокого вводу (ПГВ) у великих містах спорудження живлячих ліній в повітряному виконанні складне, а інколи і нездійсненне з точки зору архітектурно-планувальних і естетичних міркувань. Повітряні ЛЕП до підстанції, розташовані поблизу центрів навантажень крупних промислових підприємств, не відповідають вимогам генплану, ускладнюють компоновку майданчиків, що приводить до збільшення їх розмірів. У промислових районах, де можливе забруднення атмосфери відходами виробництва, знижується надійність електропостачання по ПЛ. Ускладнено спорудження переходів ПЛ через водні перешкоди вже при ширині дзеркала, рівній 1 км., а при ширині, що перевершує 2 км., воно неможливе. Не можна не враховувати і економічні чинники: умовна «вартість» 1 га території коливається від 110 тис. грн. (для промислових підприємств) до 800—1000 тис. грн. (для центральних районів міст), а площа, що відводиться під КЛ, у багато разів менше площі, що відводиться під ПЛ тієї ж напруги. При цьому слід також врахувати, що, як правило, кабельні лінії вдається прокладати по коротших трасах, ніж повітряні. Крім того, надійність кабельних ліній вища, ніж повітряних, про що можна судити з порівняння потоку відмов, рівного 0,7 одиниці в рік для ПЛ 110 кВ і 0,016 одиниці в рік для КЛ тієї ж напруги [9].

1 КОНСТРУКЦІЇ КАБЕЛІВ ВИСОКОЇ НАПРУГИ

1.1 Конструкції маслонаповнених кабелів

Для кабельних ліній високої напруги застосовують маслонаповнені кабелі двох типів: низького тиску (НТ) і високого тиску (ВТ). В кабелях НТ масло під надмірним тиском поступає в канал, що проходить по осі струмопровідної жили, а звідти через зазори між проводами, які створюють жилу, — в паперову ізоляцію кабелю. Тиск в маслі підтримується за допомогою спеціальних апаратів — баків тиску, розташованих на трасі КЛ. Кабелі високого тиску виконуються з суцільною струмоведучою жилою, а тиск масла в паперовій ізоляції підтримується маслом, що знаходиться в трубопроводі, в якому поміщені кабелі трьох фаз. Загальний тиск масла в системі підтримується за допомогою автоматичних насосних пристроїв, що розташовуються на початку КЛ. Максимально допустимий надмірний тиск масла в стаціонарних режимах в кабелях низького тиску 0,49 МПа (5 кгс/см²), в кабелях високого тиску — 1,47 МПа (15 кгс/см²).

У кабелях низького тиску (рисунок 1.1, а, б) центральний маслопровідний канал розташований всередині струмопровідної жили, що має круглу форму і складається з мідних випалених дротів z-подібного або сегментного профілю. Жили перерізом 150 і 185 мм² виготовляються одношаровими, 240-400 мм² — двошаровими, 500-625 мм² —тришаровими, причому внутрішній шар виконується з z-подібних, інші — з сегментних дротів для створення гладкої зовнішньої поверхні жили. Жили перерізом 800 мм² мають один шар із z- подібних і три шари з круглих дротів, що забезпечує велику гнучкість кабелю. На бічній внутрішній поверхні дротів є канавки, які забезпечують циркуляцію масла між каналом і ізоляцією.

Застосування в якості струмопровідного матеріалу міді обумовлене її високою електропровідністю, достатньо високою механічною міцністю (тимчасовий опір розриву 206 МПа або 21 кгс/мм²), корозійною стійкістю.

Питомий електричний опір ρ_ел мідної жили кабелю при температурі 20 °С не повинен перевищувати

Ом

м. Фактично значення ρ_ел коливається в межах

Ом

м.

Рисунок 1.1 - Кабелі високої напруги (розріз)

а, б — низького тиску відповідно в свинцевій і алюмінієвій оболонках; в — високого тиску в сталевій трубі; 1 — внутрішній маслопровідний канал; 2 — струмопровідна жила; 3 — екран по жилі; 4 — ізоляція; 5 — екран по ізоляції; 6 — оболонка; 7 — полівінілхлоридні стрічки; 8— зміцнюючі стрічки; 9 — шар бітумного компаунду; 10 — шар бітумізованого кабельного паперу; 11 — шар кабельної пряжі; 12 — броня; 13 — зовнішній захисний покрив; 14 — захисний шар під шлангом; 15 — полівінілхлоридний шланг; 16 — дроти ковзання; 17 — ізоляційне масло; 18 — сталева труба
1.2 Область застосування маслонаповнених кабелів

Для кабельних ліній електропередачі низького тиску застосовують кабелі як в алюмінієвій оболонці (МНАШв, МНАгШв, МНАШву і МНАгШву) з тривало допустимим тиском масла 0,0245—0,49 МПа (0,25—5 кгс/см²), так і в свинцевій оболонці (МНС, МНСА, МНСК) з тиском масла 0,0245— 0,294 МПа (0,25—3,0 кгс/см²). Для кабельних ліній електропередачі високого тиску тривалий допустимий надмірний тиск масла в кабелі марки МВДТ повинен бути в межах 1,08—1,57 МПа (11— 16 кгс/см²).

Область застосування маслонаповнених кабелів різних марок приведена в таблиці 1.1.

Номенклатура кабелів, що випускаються, тимчасово обмежена в порівнянні зі встановленою ГОСТ 16441—78. Так, кабелі низького тиску виготовляються з мідними жилами перерізом 120, 150, 185, 240, 270, 300, 350, 400, 500, 550, 625 і 800 мм² на напругу 110 кВ; 240—800 мм² — 150 кВ; 300—800 мм² — 220 кВ; переріз жил кабелів високого тиску -- 550 і 625 мм².

В більшості випадків кабельні лінії 110 кВ виконуються кабелями низького тиску. При напрузі 220 кВ застосовуються кабелі як високого так і низького тиску. При напрузі 330 кВ і вище застосовуються тільки кабелі високого тиску.

Вибір одного з двох типів маслонаповнених кабелів повинен бути обґрунтований стосовно конкретних умов траси. При цьому слід приймати до уваги переваги і недоліки кабелів кожного типу. Так, при використанні кабелів низького тиску потрібні менші витрати ручної праці при споруді і ремонті ліній (при пошкодженні замінюється, як правило, один пошкоджений кабель, а не ділянка всієї трифазної лінії); траса ліній може мати велику кількість поворотів і спусків у зв'язку з меншим допустимим радіусом вигину в порівнянні із сталевими трубопроводами кабелів високого тиску.

В той же час для споруди кабельних ліній низького тиску характерні наступні недоліки: висока трудомісткість в експлуатації через велику кількість обслуговуваних колодязів, електроконтактних манометрів, необхідності посиленого технагляду при роботах в районі траси; обмежена будівельна довжина кабелів при прокладанні по міських територіях (300—350 м) за умовами допустимої тривалості збереження траншеї в розритому стані; труднощі при розриванні траси механізмами у разі ремонту лінії через те, що простір над кабелями може бути зайнятий іншими комунікаціями; необхідність споруди колодязів для сполучних муфт на відносно невеликих відстанях один від одного для зменшення часу розривання траншеї в густонаселених районах; труднощі з розміщенням колодязів для стопорних муфт і підживлюючих пунктів через обмеженості місця; великі витрати кольорового металу і т.д.

До переваг кабелів високого тиску відносяться: висока пропускна спроможність і надійність ліній; менші витрати кольорового металу; збільшення будівельної довжини до 1000 м; зменшення кількості колодязів для з’єднувальних муфт і підживлюючих пунктів лінії; можливість поліпшення умов охолоджування кабелів (при використанні примусової циркуляції масла); менший вплив на лінії зв'язку; простіша будівельна частина лінії; зменшення витрат праці при експлуатації.

Проте при використанні кабелів високого тиску збільшуються радіуси повороту трубопроводу; зростають витрати ручної праці при будівництві лінії; потрібний великий об'єм масла для заповнення лінії.

В даний час маслонаповнені кабелі низького тиску 110 - 220 кВ застосовують в основному для кабельних ліній з відносно малими радіусами повороту траси і великою насиченістю підземними комунікаціями. Довжина таких КЛ зазвичай невелика - до 3—4 км., що в окремих випадках дозволяє уникнути установки стопорних муфт з підживлюючими баками тиску.

Кабелі високого тиску на напругу 220 кВ частіше використовуються для спорудження глибоких вводів при довжині кабельних ліній 3—15 км. і залежно від конкретних умов, наприклад, при великій різниці рівнів прокладки, великій передаваній потужності — 300—400 МВА і ін.

Таблиця 1.1 - Область застосування маслонаповнених кабелів

Марка кабелю	Конструктивне виконання	Область застосування
Кабелі низького тиску
МНАШв (МНАгШв) МНАШву (МНАгШву) МНС МНСА МНСК МНСШв	В алюмінієвій гладкій (гофрованій) оболонці, в шлангові з полівінілхлоридного пластикату. Те ж з підсиленим захисним шаром під шлангом. В свинцевій оболонці, з посилюючими і захисними покривами. В свинцевій оболонці, з підсилюючим покривом і з захисним покривом з шарів бітумного складу, поліетилентерефталатних (гумових) стрічок і просоченої кабельної пряжі (склопряжі). В свинцевій оболонці, з підсилюючим покривом, з подушкою під бронею з круглих стальних оцинкованих дротів, із зовнішнім покривів з шарів бітумного складу, поліетилентерефталатних (гумових) стрічок і просоченої кабельної пряжі (склопряжі). В свинцевій оболонці, з підсилюючим покривом, в шлангові з полівінілхлоридного пластикату.	В каналах споруд і тунелях. В землі (траншеях), якщо кабель не зазнає розтягуючих зусиль. В каналах споруд і тунелях. В землі (траншеях), якщо кабель не зазнає розтягуючих зусиль і захищений від механічних пошкоджень. Під водою, в болотистій місцевості, де кабель зазнає розтягуючи зусиль і де вимагається його додатковий захист від механічних пошкоджень. В землі (траншеях), якщо кабель не зазнає розтягуючих зусиль і захищений від механічних пошкоджень, а також в каналах споруд і тунелях.
Кабелі високого тиску
МВДТ МВДТк	В свинцевій оболонці, яка знімається на місці прокладки при протяганні кабелю в трубопровід. В контейнері з маслом.	В стальному трубопроводі з маслом під тиском, що прокладається в тунелях, в землі і під водою. Те ж.

Примітка. Букви в позначенні марки кабелю розшифровуються: М —маслонаповнений; Н — низького тиску; ВД — високого тиску; А — алюмінієва оболонка; С — свинцева оболонка; г — гофрована оболонка; Шв — шланги з полівінілхлоридного пластикату; у — посилений захисний шар під шлангом; А (для кабелю марки МНСА) — із зовнішнім покривом з шарів бітумного складу; К — броня з круглих сталевих оцинкованих дротів; Т — кабель, призначений для прокладки в трубопроводі; к — кабель в контейнері з маслом.
У решті випадків (менша довжина лінії, менша передавана потужність, невелика різниця рівнів прокладки) застосовуються кабелі низького тиску. При проектуванні вибір типу кабелю повинен бути підтверджений техніко-економічним розрахунком.
1.3 Арматура для маслонаповнених кабелів

Арматура є найбільш складним в конструктивному відношенні елементом кабельних ліній високої напруги.

До кабельної арматури ліній низького тиску відносяться з’єднувальні, стопорні і кінцеві муфти, а також кабельні вводи в трансформатори, ліній високого тиску - з’єднувальні, з’єднувально-розгалужувальні, розгалужувальні і кінцеві муфти [3, 22].

2 ТРАСИ І КОНСТРУКТИВНІ ЕЛЕМЕНТИ КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ

2.1 Вибір траси і способу прокладки кабельної лінії

Правильний вибір траси є одним з основних факторів, що визначають ефективність кабельних ліній. Тому до трас КЛ висувається ряд жорстких вимог, що часто суперечать один одному. Велика вартість кабелів високої напруги обумовлює прагнення до вибору траси мінімальної довжини, що в умовах міської чи промислової забудови не завжди виявляється можливим. На практиці можна вважати, що траса обрана задовільною, якщо відношення її довжини до довжини повітряної прямої між початковою і кінцевою точками не перевищує 1,3. З іншого боку, трасу слід вибирати таким чином, щоб по всій її довжині була по можливості мінімальна кількість перетинів з підземними комунікаціями, проїжджими дорогами, залізничними шляхами і т. д. Обрана траса повинна дозволяти розташовувати з'єднувальні та стопорні муфти, а також підживлюючі пристрої так, щоб можна було використовувати кабелі з максимальною будівельної довжиною. Для зменшення тягових зусиль при прокладці кабелів слід досягати того, щоб кількість кутів повороту траси була мінімальною, так само, як і розмір цих кутів.

У містах, як правило, траса повинна розміщуватися на тротуарних смугах, і тільки як виняток при наявності великої кількості підземних комунікацій під тротуаром допускається прокладка кабелів під проїзною частиною, при цьому камери з'єднувальних і стопорних муфт розташовуються за проїздом (на розділових смугах , всередині кварталів і т. д.).

Для КЛ низького тиску слід уникати проходження траси по території зі значними перепадами відміток профілю, щоб не допустити різкого збільшення кількості дорогих баків тиску.

У завданні на виробництво вишукування траси кабельної лінії повинні бути вказані дані, що мають істотне значення при виборі траси: тип і переріз кабелю, спосіб прокладки (в траншеї або в тунелі), кількість ланцюгів, наявність і місця переходів кабельної лінії в повітряну. За цими параметрами визначається необхідна ширина траси і допустимі кути її повороту. В процесі досліджень визначаються також тепловий і електричний опір грунту, його корозійна активність, агресивність грунтових вод по відношенню до цементу.

Принциповий напрямок проходження траси намічається спільно з архітектурно-планувальним управлінням міста або проектною організацією, яка веде генплан, і експлуатуючою організацією.

Після цього на генплані масштабу 1: 2000 наносять можливі варіанти напрямку траси кабельної лінії між її початковою і кінцевою точками.

Вибрані варіанти напрямку вивчають на місці і уточнюють можливість будівництва. При цьому враховується не тільки існуюча, а й перспективна забудова. Для варіантів, визнаних придатними, виконуються техніко-економічні розрахунки, і варіант, який опинився найбільш доцільним, узгоджується спочатку з зацікавленими відомствами, а потім - з архітектурно-планувальним управлінням (в містах) або з відділом генплану інституту - генерального проектувальника ( для КЛ, що споруджуються на території промислових підприємств). Перелік необхідних погоджень складається головним архітектором і обов'язковий для всіх організацій, що ведуть проектування кабельних ліній.

Узгоджений напрямок траси є завданням на виробництво вишукувань для остаточної розробки проекту. За узгодженим напрямом будується профіль траси (рис. 2.1), призначений для попереднього гідравлічного розрахунку і наближеного визначення місця розташування муфт і підживлюючих пристроїв.

При розробці робочої документації необхідна топогеодезична зйомка траси, виконана в масштабі 1: 500, а для окремих деталей траси (місця зближення та перетину з підземними комунікаціями, перетину з магістральними транспортними шляхами і т. д.) може знадобитися план траси в більшому масштабі (1:200 або 1:100). На цій стадії проектною організацією або (за її завданням) вишукувальною організацією проводиться зйомка смуги шириною 40-50 м (в межах «червоних» ліній вулиць або ліній забудови вулиць), віссю якої є узгоджений раніше напрямок траси КЛ. На матеріали зйомки наносяться всі підземні комунікації. При цьому для трубопроводів, крім їх призначення і діаметрів, вказуються абсолютні позначки люків колодязів і труби (для напірних верху труби, а для самопливних - лотка) для визначення відстані «в світлу» між трубою і поверхнею землі. На плані повинні бути показані всі колодязі підземних комунікацій і вказані позначки землі біля них, відмітки верху і низу колодязів, а також відмітки місць введення трубопроводів в колодці.

Рисунок 2.1 - Фрагменти поздовжнього профілю (а) і плану (б) траси кабельної лінії низького тиску:

1 - кабелі в лотках; 2 - кабелі в трубах; 3 - траса кабелю, 4 - "червона" лінія.

Для кабельних ліній електропередачі і зв'язку повинні бути показані їх відомча приналежність, початковий і кінцевий пункти траси, глибина залягання, марка, переріз і кількість кабелю, а для електричних кабелів - також і напруга. Для наземних споруд (опори ліній різного призначення, будівлі) показуються геометричні розміри їх фундаментів.

Матеріали виконаної таким чином зйомки передаються в архітектурно-планувальне управління для перевірки і нанесення «червоних» ліній, проектних відміток і перетинів з комунікаціями і спорудами.

На перевіреному плані наносять трасу проектованої КЛ (див. рис. 2.1). Для того, щоб точніше визначити взаємне розташування траси і паралельно прокладених комунікацій, а також розташованих поблизу будівельних споруд, на плані необхідно наносити не тільки вісь КЛ, але й фактичну її ширину. Наносять також траси раніше запроектованих, але ще не побудованих комунікацій. На плані показують прив’язочні відстані.

Якщо траса проходить по місцевості, де немає чітких орієнтирів, вона повинна бути запроектована з зазначенням кутів поворотів, довжин ділянок. Винос траси в натуру в цьому випадку проводиться інструментально, як правило, проектною організацією.

Проект траси кабельної лінії узгоджується з організацією, яка буде вести експлуатацію, з організаціями, інтереси яких торкаються проектом (у випадках порушення нормативних розривів, перекладки або винесення із зони траси КЛ підземних комунікацій), інститутами, які виконують проекти планування і забудови територій в районі проходження кабельної лінії.

Останньою погоджувальною інстанцією - архітектурно-планувального управління - пред'являється, крім плану, також і поздовжній профіль, побудований по осі проектованої КЛ. На профілі, крім відміток осі кабелю, показуються відмітки низу траншеї або тунелю і верху захисних плит або тунелю. З поздовжнім профілем зазвичай поєднується геологічний розріз, на якому вказуються характеристики грунтів по трасі, а також рівень грунтових вод.

Вибір способу прокладки (в траншеї або в тунелі) проводиться в ході проектування в залежності від параметрів КЛ і умов її проходження. Вартість прокладки кабелів у траншеях значно менше, ніж при тунельній прокладці, однак, якщо кількість ланцюгів лінії перевищує дві, ширина траншеї збільшується настільки, що цей спосіб прокладки стає недоцільним.

Прокладка кабелів високої напруги в траншеях відповідно до «Правил улаштування електроустановок» повинна проводитися на глибині, не меншій 1500 мм (за кордоном нормована глибина закладення кабелів, як правило, менше і коливається в межах від 800 до 1200 мм). Таким чином, маслонаповнені кабелі прокладаються в зоні, розміщеній нижче зони прокладки кабелів більш низької напруги (0,8-1,0 м) і газопроводів, і вище зони прокладки водопроводу і каналізації.

У той же час така глибина забезпечує на більшій частині території нашої країни прокладку маслонаповнених кабелів нижче глибини промерзання грунту. Якщо траншея кабельної лінії не може «вписатися» між комунікаціями, що перетинаються, її доводиться заглиблювати (в різних випадках до 4 м). При цьому іноді виявляється доцільним розглянути можливість перебудови існуючих комунікацій. Прокладка кабелів високої напруги на глибині, меншій 1500 мм, допускається за наявності обгрунтувань за узгодженням в кожному окремому випадку з Головтехуправлінням Міністерства енергетики та електричфікації України.

Тунельна прокладка кабелів високої напруги застосовується значно рідше, ніж прокладка в траншеях. Це пояснюється не тільки високими капітальними витратами на спорудження тунелів, але також і тим, що в загальних тунелях з цими кабелями не можуть прокладатися другі кабелі, крім тих, які мають безпосереднє відношення до КЛ (контрольні та сигнальні, кабелі низької напруги систем отоплення, освітлення та вентиляції тунелю). Таким чином, в ряді випадків доводиться по загальній трасі з тунелем КЛ високої напруги будувати додаткові кабельні споруди (тунелі, канали або траншеї) для кабелів, які за інших умов могли б розміщуватися на вільних полицях в тунелі.

Перевагою тунелів є можливість постійного візуального контролю стану кабелів, мала ймовірність їх механічного пошкодження, а також деяке збільшення їх пропускної спроможності.

Крім того, при тунельній прокладці можна передбачити можливість додаткової прокладки маслонаповнених кабелів в майбутньому.

У тих випадках, коли три і більше ланцюгів КЛ прокладаються по загальній трасі, краще споруджувати спеціальний тунель. До тунельного прокладання кабелів доводиться вдаватися також і в тих випадках, коли будівництво КЛ відкритим способом виявляється неможливим (наприклад, при проходженні траси по території діючих промислових підприємств).
2.2 Конструктивні елементи кабельних ліній

Елементи кабельної лінії високої напруги можна умовно розділити на основні, що відносяться безпосередньо до високовольтної частини лінії, і допоміжні, службові для забезпечення нормальної роботи основних елементів.

Основні елементи - це власне кабелі високої напруги разом з будівельною частиною (траншеї з лотками або тунелі), камери зі стопорними і сполучними муфтами, приміщення з кінцевими і підживлюючими пристроями, автоматичні насосні станції (для кабелів високого тиску). До допоміжних елементів відносяться пристрої для освітлення та опалення камер разом з живлячими їх низьковольтними кабелями і системи сигналізації тиску масла.

2.3 Приклад вибору способу прокладки, типу і конструктивного виконання кабельної лінії високої напруги

Кабельна лінія призначена для живлення за схемою «Блок лінія - трансформатор» двохтрансформаторної підстанції 110/10 кВ машинобудівного заводу, розташованого в межах міської території. Потужність кожного трансформатора 80 MB∙А, коефіцієнт завантаження 0,7, коефіцієнт потужності cos(φ) = 1,0. За умовами роботи підприємства максимальне навантаження підстанції в аварійному режимі (вихід з ладу одного трансформатора) 102 MB∙А. Траса лінії проходить по території великого міста, частково - по району багатоповерхової забудови, насищенному підземними комунікаціями, частково - по лісопарковій (заповідній) зоні.

По рельєфу трасу можна розділити на три ділянки. На першій ділянці траса лінії, починаючись від районної підстанції «Міська», проходить частково по території міської забудови, перетинає лісопаркову зону і закінчується на її кордоні. Рельєф місцевості на цій ділянці спокійний, з коливанням абсолютних відміток від 169,0 до 173,1 м. Довжина ділянки 1670 м. Друга ділянка довжиною близько 650 м розташована на перетині траси з яром, по дну якого протікає річка і проходить залізна дорога загального користування. Схили яру засаджені низькорослими (до 10 м) деревами з чагарниками. Житлова та промислова забудова відсутня, але в перспективі в зоні відчуження залізниці намічається спорудження кооперативних гаражів. Абсолютні відмітки поверхні коливаються від 170,0 до 129,5 м.

Третя ділянка траси починається за схилом яру і проходить по території багатоповерхової житлової забудови, закінчуючись на підстанції 110/10 кВ «Заводська». Коливання рельєфу тут від 168,5 до 176,0 м, довжина ділянки 1739 м.

На першій і третій ділянках траси будівництва лінії 110 кВ в повітряному варіанті виключається через необхідність вирубки просік під ПЛ в заповідному лісопарку (на першій ділянці) і архітектурно-планувальних міркувань (на третій ділянці). У зв'язку з цим спосіб прокладки для цих ділянок вибирається однозначно: лінія тут може проектуватися і споруджуватися тільки в кабельному виконанні.

На другій ділянці спосіб прокладки вибирається виходячи з ряду технічних та економічних міркувань:

прокладка кабелю по крутопадаючій трасі на схилах яру і на переході під діючою залізницею і річкою утруднена і вимагає застосування дорогих заходів (прокол довжиною близько 50 м, зміцнення схилів яру);

при прокладці кабелю неминуче пошкодження насаджень на схилах яру; у зв'язку з появою розтягуючих зусиль обов'язковим є застосування броньованого кабелю марки МНСК-110, більш важкого і дорогого, ніж неброньований кабель МНАШву;

особливості рельєфу місцевості на другій ділянці (глибокий яр з берегами, росташованими майже на однаковому рівні) роблять можливим спорудження там повітряної вставки в КЛ, при цьому кількість опор виявляється мінімальною (2-3);

з точки зору капітальних затрат спорудження лінії на цій ділянці в повітряному виконанні також є кращим (вартість ПЛ не перевищує 30 тис. грн. на 1 км, в той час, як кілометр КЛ в розглянутих умовах коштує 450-500 тис. грн.). Не відображається на порівняльній вартості ПЛ і КЛ і деяке подовження траси ПЛ порівняно з кабельним варіантом через необхідність обходу земельної ділянки, відведеної під будівництво гаражів. Збільшення «вартості» території в смузі відводу при спорудженні ПЛ в даному випадку може не прийматися в розрахунок, тому що на даній ділянці відсутні підземні комунікації, подовження яких є основною причиною збільшення «вартості» території.

Остаточне рішення: перша і третя ділянки проектуються в кабельному виконанні , друга ділянка - в повітряному.

У зв'язку з відсутністю на першій і третій ділянках розтягуючих зусиль для прокладки приймається кабель в алюмінієвій оболонці марки МНАШву. Оболонка кабелю заземлюється з обох кінців.

3 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК МАСЛОНАПОВНЕНИХ КАБЕЛІВ

3.1 Визначення допустимого навантаження

Одним з основних елементів проекту кабельної лінії високої напруги є вибір перерізу і марки кабелю. Оптимальний вибір цих параметрів обумовлює не тільки економічність проекту, але в ряді випадків - і працездатність лінії.

Вибір перерізу кабелів напругою нижче 110 кВ регламентований «Правилами улаштування електроустановок» і проводиться по економічній щільності струму з подальшою перевіркою по пропускній спроможності і термічній стійкості до струмів короткого замикання.

Для кабелів напругою 110 кВ і вище вибір перерізу по економічній щільності струму втрачає сенс, так як переріз кабелів, відповідний економічній щільності, менше перерізів, допустимих по пропускній здатності кабелів (рис. 3.1). Остання обставина пов’язана з тим, що економічні перерізи жил, тобто перерізи, для яких сума вартостей капіталовкладень і втрат електроенергії є мінімальною, для розглянутих кабелів істотно менше, ніж для кабелів менших напруг через більшу вартість кабельних ліній і менших втрат електроенергії в них [9, 19].

Таким чином, основним критерієм для вибору перерізу кабелів високої напруги є їхня пропускна здатність, тобто граничне струмове навантаження, що залежить від допустимої температури струмоведучої жили та ізоляції. На практиці переріз кабелів високої напруги вибирають в наступному порядку: задають переріз кабелю, потім перевіряють допустиме струмове навантаження на нього для прийнятих умов прокладки. У тому випадку, якщо прийнятий переріз забезпечує значний запас пропускної здатності, розрахунок повторюють для наступного (меншого) стандартного перерізу. Якщо останній виявиться недостатнім, приймають раніше вибраний переріз. Обраний кабель перевіряють по термічній стійкості до струмів короткого замикання.

Основна розрахункова формула. Тривало допустимі навантаження на маслонаповнений кабель визначають з умов теплового балансу, що випливають з виразу, аналогічного закону Ома в електротехніці :

(3.1)

де Т - опір тепловому потоку, °С/Вт;

- різниця температур нагрітого тіла (в даному випадку - кабелю) і навколишнього середовища, °С; Р_т - тепловий потік, Вт.

Рисунок 3.1 - Залежність допустимої сили струму від перерізу кабеля:

1 - струм, відповідний економічному навантаженню; 2 - струм, відповідний пропускній здатності кабелю.
Як і в електротехніці, в теплових розрахунках вводиться поняття питомого теплового опору матеріалів, (°С•см)/Вт:

де S - переріз, нормальний напрямку теплового потоку, см², l - довжина шляху теплового потоку, см.

Значення питомих теплових опорів матеріалів, (°С•см)/Вт, що приймаються в конструкціях кабелів, наступні:

Паперова ізоляція маслонаповне- Полівннілхлорид 7,0

них кабелів 5,0 Просочений джут 6,0

Поліетилен 4,0 «Зшитий» поліетилен 3,5

Для складання рівняння теплового балансу кабелю розглянемо теплову схему його заміщення (рис. 3.2).

Позначимо: І - струм в провіднику кабелю, А; R_ж - електричний (активний) опір жили кабелю змінного струму на одиницю довжини кабелю, Ом; Т₁ - тепловий опір між провідником і оболонкою (тобто практично -тепловий опір ізоляції ) на одиницю довжини кабелю, (°С•м)/Вт; Т₂ - тепловий опір між оболонкою і бронею на одиницю довжини кабелю, (°С•м)/Вт; Т₃ - тепловий опір зовнішніх захисних покривів кабелю на одиницю його довжини, (°С•м)/Вт; Т₄ - тепловий опір середовища навколо кабелю (зовнішній тепловий опір кабелю) на одиницю довжини кабелю, (°С•м)/Вт ; W_d- діелектричні втрати в ізоляції кабелю на одиницю його довжини , Вт; п - число жил кабелю; λ₁ і λ₂ - відношення втрат відповідно в металевій оболонці і броні до втрат в струмоведучих жилах (коефіцієнт втрат).

Рисунок 3.2 - Теплова схема заміщення для маслонаповненого кабелю.
Як видно з рис. 3.2 то через теплові опори Т₁, Т₂, Т₃іТ₄ проходять теплові потоки з виділенням тепла в жилі кабелю (джоулеві втрати, рівні І²R_ж), діелектричними втратами в ізоляції і тепловиділенням в оболонці і броні.

Вважаючи, що діелектричні втрати W_d рівномірно розподілені по товщині ізоляції, приймемо, що перепад температури в ізоляції, викликаний діелектричними втратами, дорівнює половині відношення W_d на тепловий опір ізоляції.

Тепловиділення в оболонці і броні враховують за допомогою коефіцієнтів λ₁ і λ₂:

(3.2)

З урахуванням цих припущень тепловий закон Ома для стаціонарного теплового режиму кабелю прийме наступний вигляд:

(3.3)

звідки

(3.4)

Формула (3.4) є універсальним виразом для визначення допустимого струмового навантаження на маслонаповнений кабель, прокладений в землі. У ряді випадків ця формула спрощується. Так, для кабелів постійного струму W_d = 0; для одножильних кабелів (а саме такими є маслонаповнені кабелі, що випускаються в Україні) п = 1; для неброньованих кабелів λ₂= 0.

Визначення величин, що входять у формулу (3.4) . Різниця температур

між жилою і середовищем, навколо кабеля, є для кожної місцевості практично постійною величиною.

Відповідно до ГОСТ 16447-78 найбільша допустима температура мідної жили кабелю дорівнює 80 °С. Максимальна температура грунту на глибині прокладки кабелів високої напруги (1,5 м і більше від поверхні землі) визначається за даними метеорологічних спостережень і коливається в межах 10-20 °С.

Електричний опір жили на змінному струмі більший опору на постійному струмі внаслідок поверхневого ефекту і ефекту близькості і може бути визначений за формулами:

для кабелів низького тиску

(3.5)

для кабелів високого тиску, що прокладаються в металевих трубах,

(3.6)

де

- опір жили кабелю постійного струму, Ом на 1 м.

Для розрахункової температури

значення

, Ом на 1 м, можна визначити з виразу

(3.7)

де

- електричний опір жили на постійному струмі при 20 °С, Ом на 1 м;

- питомий опір матеріалу жили на постійному струмі при 20 °С, Ом∙м;

- температурний коефіцієнт опору матеріалу жили. Значення

для різних провідних матеріалів (за даними МЕК) такі:

	, Ом∙см	, 1/°С
Мідь	1,7241∙10^-6	3,93∙10^-3
Алюміній (в струмоведучій жилі)	2,826∙10^-6	4,03∙10^-3
Алюміній (в оболонці кабеля)	2,84∙10^-6	4,03∙10^-3
Свинець	21,4∙10^-6	4,0∙10^-3
Сталь	13,8∙10^-6	4,5∙10^-3

у₁ і у₂ - відповідно коефіцієнти поверхневого ефекту і близькості, що визначаються за формулами

(3.8)

(3.9)

де
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

скачати