 |
|
Выбор и описание способов прокладки электрических сетей внешнего и внутризаводского электроснабжения
Электрические сети внешнего и внутризаводского электроснабжения выполняются линиями электропередачи и токопроводами.
Линии электропередачи (ЛЭП) и токопроводы представляют собой электроустановки, предназначенные для передачи электроэнергии. Они являются одними из основных элементов электрических сетей, обеспечивающих канализацию электроэнергии.
В зависимости от конструктивного исполнения ЛЭП могут быть кабельными (КЛЭП) или воздушными (ВЛЭП).
В наибольшей степени целям канализации электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий отвечают кабельные линии электропередачи. Сооружение воздушных линий электропередач дешевле кабельных. Прокладка кабелей осуществляется в местах, где затруднено строительство ВЛЭП. В сетях 6 – 35 кВ промышленных предприятий для передачи в одном направлении мощности более 15 МВА при напряжении 6 кВ, более 25 МВ∙А при напряжении 10 кВ и более 35 МВ∙А при напряжении 35 кВ, как правило, применяются токопроводы.
Выбор того или иного конструктивного решения электрической сети зависит от плотности застройки территории, ее насыщенности технологическими, сантехническими, транспортными и иными коммуникациями, от размещения нагрузок, уровня и агрессивности грунтовых вод, степени загрязненности воздуха и др.
Кабельная линия – это устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками), крепежными деталями, а для маслонаполненных кабелей – и с аппаратами подпитки.
Конструкция силового кабеля на напряжения до 35 кВ приведена на рисунке 3.9.1. Токопроводящие жилы изготавливают из меди или алюминия и нормируют их по сечению. По форме сечения жилы могут быть круглыми, сегментными или секторными. По числу жил кабели бывают одно-, двух-, трех- и чстырехжильными.
Рисунок - 3.9.1. Трехжильный кабель с поясной изоляцией:
1 — токопроводящие жилы; 2 — фазная изоляция; 3 — междуфазное заполнение; 4 — поясная изоляция; 5 — свинцовая или алюминиевая оболочка; 6 — подушка под броню; 7 — стальная ленточная броня; 8 — антикоррозийный покров
Изоляция кабелей может быть: бумажной, из лент кабельной бумаги, наложенной на жилу методом обмотки и пропитанной маслоканифольным составом; полиэтиленовой; из поливинилхлоридного пластиката; резиновой и кремнеорганической резины (нагревостойкие кабели).
Для зашиты изоляции жил от воздействия влаги, различных химических веществ, а также для предохранения от механических повреждений кабели снабжают оболочками. Оболочки бывают металлические – из свинца, алюминия или стали, пластмассовые и резиновые.
Свинцовые оболочки характеризуются устойчивостью против действия агрессивности сред, влагостойкостью, пластичностью, гибкостью. Алюминиевые оболочки более прочны, высокая электропроводность позволяет использовать их в качестве нулевой жилы, но они боятся почвенной и электрохимической коррозии.
В кабелях на напряжения 1 – 35 кВ для повышения электрической прочности между изолированными жилами и оболочкой прокладывается слой поясной изоляции.
Защитные покровы обеспечивают надежность и долговечность кабелей при эксплуатации в различных условиях прокладки. Они состоят из подушки и наружного покрова. Подушка – это слой из волокнистых материалов поверх оболочки под броней. Она предохраняет оболочку кабеля от повреждения, защищает ее от химической и электрохимической коррозии. Наружный покров предназначен для защиты оболочки и брони от коррозии и механических повреждений.
Покровы кабелей могут быть из волокнистых материалов или пластмассовые.
Для защиты кабелей от механических повреждений применяется броня из стальных лент или проволоки.
На напряжения 110 кВ и выше конструкции кабелей значительно усложняются. Кабели выполняются с бумажной изоляцией, пустоты в которой заполнены маслом под постоянным избыточным давлением. В зависимости от величины избыточного давления маслонаполненные однофазные кабели делятся на: кабели низкого давления, работающие под давлением до 0,1 МПа, среднего – до 0,3 МПа и высокого давления – до 1 МПа. Для поддержания давления масла в кабеле используются специальные насосные станции, устанавливаемые по концам кабеля и по трассе, где кабель разделяется на участки стопорными муфтами.
В состав кабельной арматуры входят концевые, соединительные, ответвительные и стопорные муфты. Конструкция муфт и заделок выбирается в зависимости от напряжения линии, технической характеристики кабелей и условий окружающей среды [23].
Номенклатура выпускаемых электрических кабелей и их технические характеристики приведены в [24].
В системах электроснабжения потребителей применяются различные способы прокладки кабельных линий (рис. 3.9.2): в земляных траншеях, в кабельных каналах и туннелях, коллекторах, в блоках, по эстакадам и галереям, по стенам зданий и других сооружений.
В земляной траншее (рис. 3.1.9.2, а) может быть проложено 1 – 6 кабелей напряжением до 10 кВ. При большем количестве ухудшаются условия их охлаждения. Глубина прокладки кабелей должна быть не менее 0,7 м. На дне траншеи, чтобы избежать вмятин, повреждений кабеля, устраивается мягкая подушка из просеянной земли или песка. Кабель укладывается на подушку "змейкой" для компенсации температурных деформаций и устранения влияния смещений почвы, закрывается кирпичом или бетонными плитами с целью защиты его от механических повреждений. При прокладке в одной траншее нескольких кабелей напряжением до 10 кВ расстояние между ними должно быть не менее 100 мм.
Расстояние силового кабеля от подземных и надземных сооружений определяется ПУЭ, например, до фундаментов зданий должно быть не менее 0,6 м, до теплопровода – 2 м, до трубопровода – 0,5 м.
При необходимости прокладки кабелей на глубине менее 0,7 м (например, при вводе в здание), а также в местах пересечения с железнодорожными путями, автодорогами кабели для защиты от механических повреждений заключают в металлические или асбоцементные трубы.
Рисунок 3.9.2 – Виды кабельных сооружений: а – траншея; 6 – канал; в – туннель; г – блок; д – галерея; е – эстакада
Кабельный канал (рис. 3.9.2, б) представляет закрытое съемными металлическими или бетонными плитами и заглубленное в грунт, пол и т.д. полностью (на 400... 1200 мм) или частично (выступающее на 150...350 мм над планировочной отметкой) непроходное сооружение, предназначенное для размещения в нем кабелей. В кабельном канале может быть проложено от 6 до 30 – 35 кабелей При сдвоенных и строенных каналах возможно увеличение их количества. Применение каналов устраняет влияние на кабели агрессивности грунта, блуждающих токов, упрощает отыскание места повреждения и облегчает производство ремонтных работ кабельных линий.
В кабельном канале совместно могут быть проложены силовые кабели напряжением до и выше 1 кВ, контрольные кабели, кабели связи.
Кабельным туннелем (рис. 3.9.2, в) называется закрытое сооружение (коридор) глубиной до 2,5 м, с расположенными в нем опорными конструкциями для размещения на них кабелей, со свободными проходами по всей длине. Туннели оборудуют пожарной сигнализацией, обеспечивают надежной гидроизоляцией от грунтовых вод и вентиляцией для снижения температуры нагрева кабелей. Туннельная канализация электроэнергии целесообразна при совместной прокладке более 30 кабелей.
Коллектором называется подземное сооружение круглого или прямоугольного профиля, предназначенное для совместного размещения кабельных линий, трубопровода.
Кабельный блок (рис. 3.9.2, г) представляет собой сооружение с трубами (асбоцементными или бетонными) для прокладки в них кабелей. Трубы укладывают в один или несколько рядов в траншею на бетонное основание. После стыковки трубы скрепляют бетоном в общий блок. В местах соединений, ответвлений кабелей, а также на прямых участках длиной более 150 м устраивают кабельные колодцы, облегчающие протяжку кабелей через ответвления блоков.
Прокладка кабелей в закрытых галереях (рис. 3.9.2, д) и на открытых эстакадах (рис. 3.9.2, е) применяется на территории, загруженной подземными коммуникациями, при большой агрессивности почвы, коррозии, затрудняющих прокладку кабелей другими способами. Кабели могут прокладываться и на общих эстакадах с технологическими коммуникациями, а также по стенам зданий.
Надземный способ прокладки кабелей обеспечивает хороший отвод тепла от кабелей благодаря естественной вентиляции, удобство обслуживания.
Воздушная линия электропередачи представляет собой устройство для передачи электроэнергии по неизолированным проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам, или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т.п.).
Неизолированные провода могут быть однопроволочными (сечением до 10 мм2) и многопроволочными (свыше 10 мм2), алюминиевыми (А), сталеалюминиевыми (АС), стальными (С) или медными (М). Медные провода вследствие дефицита меди используются редко.
По условию механической прочности для ВЛЭП выше 1 кВ допускается применение алюминиевых проводов сечением не менее 35 мм2, сталеалюминиевых и стальных – не менее 25 мм2.
Фрагмент (участок) ВЛЭП и основные ее параметры приведен на рис.14. ВЛЭП состоит из следующих конструктивных элементов: проводов; защитных тросов, монтируемых в верхней части опор для защиты проводов от атмосферных перенапряжений; опор, поддерживающих провода и тросы на определенной высоте; изоляторов для изоляции провода от опоры; арматуры, при помощи которой провода крепятся на изоляторах, а изоляторы — на опоре.
Рисунок 3.9.3 – Конструктивная схема одноцепной ВЛ (а) и параметры ВЛ (6): 1 — анкерная опора; 2 — промежуточная опора
Основными параметрами ВЛЭП являются: пролет воздушной линии или расстояние между двумя соседними опорами; высота подвеса линии – расстояние от земли до места крепления провода на изоляторе; стрела провеса провода – расстояние по вертикали между горизонтальной прямой, соединяющей точки крепления провода на опорах, и низшей точкой провеса провода в пролете; габарит провода над землей – расстояние от провода до поверхности земли при наибольшей стреле провеса.
Воздушные линии электропередачи могут быть одно- и двухцепными. Под цепью понимается три провода трехфазной линии.
Для ВЛЭП применяются следующие типы опор [6]: промежуточные, устанавливаемые на прямых участках трассы ВЛЭП и в нормальных режимах работы не воспринимающие усилий, направленных вдоль ВЛЭП; анкерные, устанавливаемые на пересечениях с различными сооружениями и воспринимающие усилия проводов вдоль ВЛ; угловые, устанавливаемые в местах изменения направления трассы ВЛ; концевые, устанавливаемые в начале и конце ВЛ и воспринимающие усилия от одностороннего тяжения; специальные—ответвительные (на которых выполняется ответвление от ВЛ), перекрестные (на которых выполняется пересечение ВЛ двух направлений). Кроме того, опоры ВЛЭП могут быть одноцепными и двухцепными; деревянными, железобетонными и металлическими.
Провода на опорах могут располагаться (рис. 3.9.4): для одноцепных линий – треугольником (а) или горизонтально (б), для двухцепных линий – обратной елкой (в) или шестиугольником (г).
На ВЛЭП применяются фарфоровые и стеклянные изоляторы: на напряжение до 35 кВ включительно – штыревые (ШС,ШФ), которые крепятся к опорам на крюках или штырях; на напряжение 35 кВ и выше – подвесные изоляторы (ПС, ПФ), которые собираются в гирлянды. Количество изоляторов в гирлянде зависит от номинального напряжения и требуемого уровня изоляции. Гирлянды подвесных изоляторов могут быть поддерживающими или натяжными. Поддерживающие гирлянды располагаются вертикально на промежуточных опорах, натяжные – на анкерных опорах почти горизонтально.
Рисунок 3.9.4 – Расположение проводов и защитных тросов на опорах: а – треугольником; б – горизонтально; в – обратной елкой; г – шестиугольником
Токопроводы напряжением 6 – 35 кВ находят применение в системах внешнего и внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий.
В зависимости от вида проводников токопроводы могут быть жесткими (жесткие шины различного профиля и сечения) и гибкими (с использованием неизолированных проводов).
Применение токопроводов позволяет повысить надежность электроснабжения, упростить эксплуатационное обслуживание, обеспечить экономию кабельной продукции, сократить число ячеек в источнике питания. Значительное реактивное сопротивление токопроводов способствует уменьшению токов КЗ, поэтому от установок реакторов на отходящих линиях можно отказаться.
Наряду с этим токопроводы имеют, как правило, большие, чем КЛЭП, потери мощности и энергии вследствие значительного индуктивного сопротивления и потери в крепящих и строительных конструкциях.
Жесткие токопроводы могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением фаз, а также симметричными (подвесными с жесткими шинами, опорными или подвесными изоляторами).
У симметричных токопроводов фазы расположены по вершинам равностороннего треугольника. Этим обусловлены меньшие потери мощности, меньшая реактивность, а следовательно, невелики и потери напряжения.
Гибкие токопроводы выполняются в виде воздушной линии, смонтированной на железобетонных или металлических опорах и подвешиваемой на натяжных или подвесных изоляторах. Каждая фаза гибкого токопровода расщеплена и состоит из нескольких проводов.
Необходимость применения компактных токопроводов, позволяющих использовать индустриальные способы монтажа, привела к разработке комплектных симметричных трехфазных токопроводов гипа КСТ, в которых фазы расположены по вершинам треугольника на опорных изоляторах в общем корпусе. Выпускаются такие токопроводы на токи 1600 и 2500 А с индуктивным сопротивлением 0,08 Ом/км, в виде отдельных секций.
Основным недостатком КСТ является его высокая стоимость.