Кабели для подстанции

Кабели, используемые на подстанциях, являются критически важными элементами, обеспечивающими передачу электроэнергии между различным оборудованием (трансформаторами, выключателями, распределительными устройствами) и подключение к линиям электропередачи. К ним предъявляются высочайшие требования по надежности, электробезопасности, стойкости к токам короткого замыкания и условиям эксплуатации.

1. Классификация кабелей на подстанции

Кабели на подстанции можно классифицировать по нескольким ключевым признакам:

1.1. По назначению:

• Силовые кабели: Для передачи больших мощностей.
  • Высокого напряжения (ВН): 6, 10, 35, 110, 220 кВ и выше. Соединяют силовые трансформаторы с распределительными устройствами (РУ) или используются для ввода/вывода мощности.
  • Среднего напряжения (СН): 6-35 кВ. Для распределения внутри РУ.
  • Низкого напряжения (НН): До 1 кВ. Для питания собственных нужд подстанции (освещение, отопление, вентиляция, системы управления).
• Кабели контрольные: Для передачи сигналов управления, защиты, измерения и сигнализации в системах релейной защиты и автоматики (РЗА), телемеханики (АСУ ТП).
• Кабели связи: Организация служебной и технологической связи.

1.2. По уровню напряжения:

• Кабели на напряжение 1-35 кВ: Наиболее распространены для внутренних связей.
• Кабели на напряжение 110-500 кВ: Используются для ответственных вводов и выводов.

1.3. По типу изоляции:

• С бумажно-масляной изоляцией (МНК, МВДТ): Классические, но постепенно вытесняемые.
• С изоляцией из сшитого полиэтиена (СПЭ/XLPE): Современный стандарт.
• С ПВХ-изоляцией: В основном для НН и контрольных кабелей.

2. Конструкция силовых кабелей для подстанций

Конструкция кабеля зависит от напряжения, но общие принципы сохраняются.

2.1. Кабели на 6-35 кВ (СПЭ-изоляция):

1. Токопроводящая жила: Медь или алюминий, секторной или круглой формы.
2. Экран по жиле (полупроводящей): Выравнивает электрическое поле вокруг жилы.
3. Изоляция: Из сшитого полиэтиена (XLPE). Обладает высокой термостойкостью (до +90°C).
4. Экран по изоляции (полупроводящей): Замыкает электрическое поле на экран.
5. Медный экран (заземляющий): Оплетка или продольно наложенная лента. Служит для заземления, защиты от помех и как проводник для токов короткого замыкания.
6. Оболочка: Из ПВХ (для обычных условий) или полиэтилена (для агрессивных сред).

2.2. Кабели на 110 кВ и выше (СПЭ-изоляция):
Конструкция усложняется. Часто это одножильные кабели с усиленной изоляцией и обязательным металлическим экраном (гофрированная алюминиевая или свинцовая оболочка) поверх медного экрана для механической защиты и компенсации электромагнитных влияний.

3. Ключевые требования и особенности

3.1. Стойкость к токам короткого замыкая (КЗ)

• Кабель должен выдерживать огромные термические и электродинамические нагрузки при КЗ.
• Медный экран и жила рассчитываются на特定ленные значения токов КЗ и их продолжительность (обычно 1-3 секунды).

3.2. Уровень изоляции

• Номинальное напряжение (U₀/U):
  • U₀ — напряжение между жилой и землей.
  • U — междуфазное напряжение.
• Для надежной работы в сети с изолированной нейтралью кабель выбирается с запасом. Например, для сети 10 кВ часто используют кабель на 8.7/15 кВ или 12/20 кВ.

3.3. Пожарная безопасность

• Не распространяющие горение (нг): Обязательное требование.
• С пониженным дымовыделением (LS): Критически важно в закрытых помещениях, кабельных туннелях и галереях для обеспечения видимости при эвакуации.
• Огнестойкие (FR): Должны сохранять работоспособность в течение заданного времени (например, 60-180 минут) в условиях пожара, обеспечивая работу систем аварийного останова и защиты.

3.4. Защита от внешних воздействий

• Броня: Для кабелей, прокладываемых в земле на территории подстанции или в зонах с риском механических повреждений, применяется броня из стальных оцинкованных лент (Б) или проволок (К).

4. Популярные марки кабелей для подстанций

• Силовые, 1-35 кВ:
  • АПвПуг: С алюминиевой жилой, изоляцией из сшитого полиэтиена, в полиэтиленовой оболочке, бронированный. Универсальный для прокладки в земле.
  • ПвПуг: То же, но с медной жилой. Более надежный и долговечный.
  • АСБл, ЦАСБл: С бумажно-масляной изоляцией, алюминиевой жилой, бронированные. Устаревшие, но еще встречаются.
• Силовые, 110 кВ и выше:
  • ПвП: С медной жилой, изоляцией из СПЭ, в полиэтиленовой оболочке.
  • АПвП: С алюминиевой жилой.
• Контрольные:
  • КВВГ-нг(A)-LS: Медный, с ПВХ-изоляцией, не распространяющий горение, с пониженным дымовыделением. Для прокладки в пучках.
  • АКВБбШв: Алюминиевый, бронированный, для прокладки в земле.
  • КПСЭнг(A)-FR: Огнестойкий, для систем противопожарной защиты и автоматики.

5. Прокладка и монтаж

5.1. Способы прокладки:

• В земле (траншеях): С песчаной подготовкой и защитой сигнальной лентой.
• В кабельных туннелях и галереях: На лотках и полках.
• В кабельных этажах и каналах.
• По конструкциям зданий и сооружений.

5.2. Особенности монтажа:

• Соблюдение минимального радиуса изгиба: Нарушение ведет к необратимому повреждению изоляции.
• Термоусаживаемые и холодноусаживаемые муфты: Для соединения и оконцевания кабелей. Обеспечивают герметизацию и выравнивание электрического поля.
• Заземление экранов: Медные экраны кабелей ВН и СН обязательно заземляются с обеих сторон для безопасности и нормальной работы защиты. Для борьбы с циркулирующими токами иногда применяют одноточечное заземление или установку защитных устройств (свитчеров).
• Маркировка: Все кабели должны быть четко промаркированы для удобства обслуживания и ремонта.

6. Выбор кабеля для проекта

При выборе кабеля для подстанции инженер учитывает:

1. Напряжение сети: Определяет номинальное напряжение кабеля (U₀/U).
2. Рабочий ток: Определяет сечение жилы по допустимому току нагрузки с учетом поправочных коэффициентов (группировка, температура грунта).
3. Ток КЗ: Проверка термической стойкости выбранного сечения.
4. Условия прокладки: Определяет тип оболочки, наличие брони, степень пожарной опасности (нг, LS, FR).
5. Экономическая целесообразность: Сравнение стоимости меди и алюминия с учетом долговечности и потерь.

Заключение

Кабели для подстанций — это высокотехнологичная продукция, от правильного выбора, монтажа и эксплуатации которой зависит бесперебойность работы всей энергосистемы. Современный тренд — это повсеместный переход на кабели с изоляцией из сшитого полиэтиена (СПЭ), которые превосходят традиционные бумажно-масляные по надежности, экологичности и удобству монтажа.

Использование кабелей с улучшенными противопожарными характеристиками (нг, LS, FR) и грамотное проектирование кабельных трасс являются обязательными условиями для строительства безопасных и современных подстанций.