КОРОБКА ЭЛЕКТРОМОНТАЖНАЯ ДЛЯ КОММУТАЦИИ ПОКРЫТЫХ ИЗОЛЯЦИОННОЙ ОБОЛОЧКОЙ ЭКРАНОВ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно, к коробкам электромонтажным для коммутации экранов силовых кабелей с изоляционной оболочкой.
В силовых линиях 6-500 кВ применяют однофазные кабели, а в трехфазных силовых линиях используют трехфазные группы однофазных силовых кабелей, конструкция которых содержит жилу с изоляцией (изоляция кабель - жила), изготовленной, как правило, из сшитого полиэтилена. Для выравнивания электрического поля, которое воздействует на изоляцию кабель-жила, в конструкции кабеля предусмотрен требующий заземления металлический экран, имеющий внешнюю полиэтиленовую изоляционную оболочку (см., например [1], стр. 7).
Заземление экранов силовых кабелей с двух сторон кабеля вызывает появление в экране больших по величине токов, нагревающих экран и способных привести к его повреждению. Для снижения указанных токов применяют специальные схемы заземления и транспозиции экранов ([1], стр. 22-28).
В узлах заземления и транспозиции экранов силовых кабелей устанавливают электромонтажные коробки (концевые коробки, коробки транспозиции), обеспечивающие требуемую электрическую коммутацию экранов (см., например, [2]). Указанные коробки монтируют, как правило, в располагаемых в грунте железобетонных колодцах.
В рассматриваемых электромонтажных коробках осуществляют коммутацию концевых участков подводимых к коробкам выводов экранов силовых кабелей, которыми являются отводимые из муфт силовых кабелей и соединенные с экранами соединительные провода, как правило имеющие изоляцию того же класса, что и экран, и сечение, соответствующее сечению экрана [2].
Для защиты изоляционной оболочки экрана силового кабеля от наведенных импульсных напряжений в узлах заземления и транспозиции экранов используют ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН). Указанные ОПН устанавливают в описанных выше электромонтажных коробках, обеспечивая их требуемую электрическую коммутацию (см., например, [2]).
В настоящее время в указанных электромонтажных коробках используют ОПН, класс которого не превышает класс электрической прочности оболочки силового кабеля. При этом класс ОПН определяется величиной его наибольшего рабочего напряжения Uнр, то есть величиной действующего значения напряжения промышленной частоты, которое может быть неограниченно долго приложено к выводам ОПН и при превышении которого ток проводимости в ОПН начинает заметно возрастать.
Так, (см., например, [2], [3]) в сетях 6-500 кВ используют однофазные силовые кабели с полиэтиленовой оболочкой экрана, имеющей толщину около 5 мм, электрическая прочность которой соответствует электрической прочности изоляции класса 6 (10) кВ. В указанных сетях, вне зависимости от номинального напряжения кабеля, используют ОПН класса 6 кВ.
Указанный подход к выбору ОПН, при котором ОПН имеет относительно малую величину Uнр, объясняется желанием гарантированно предотвратить нарушение целостности оболочки даже при относительно небольших величинах импульсных перенапряжений.
Однако, как показывают исследования, выбранный по указанному принципу ОПН обеспечивает защиту оболочки от импульсных перенапряжений с излишне большим запасом.
Так, ОПН класса 6 кВ ограничивает импульсные перенапряжения на уровне 15-20 кВ, что с очень большим запасом меньше допустимых для рассматриваемой оболочки величин импульсных перенапряжений.
Между тем, выбор ОПН с заниженным значением Uнр по отношению к реально выдерживаемым оболочкой экрана значениям импульсных перенапряжений на практике приводит к большим сложностям при эксплуатации рассматриваемых электромонтажных коробок.
В процессе эксплуатации проложенных в земле силовых кабелей их наружная оболочка (оболочка экрана) должна быть периодически испытана на целостность постоянным напряжением, прикладываемым между экраном и землей, величину которого выбирают в соответствии с классом электрической прочности оболочки экрана.
Так, в настоящее время (см., например, [3]) силовые кабели 6-500 кВ с оболочкой, имеющей электрическую прочность класса 6 (10) кВ, испытывают на целостность постоянным напряжением 10 кВ, прикладываемым в течение 1 мин.
Однако в ходе описанных испытаний через ОПН, имеющие выбранное указанным выше образом заниженное значение Uнр, под действием приложенного испытательного постоянного напряжения начинает протекать ток, который фиксируется испытательным оборудованием как повреждение целостности оболочки кабеля.
В связи с этим на практике на время проведения периодических испытаний оболочки кабелей на целостность рабочему персоналу приходится обходить все электромонтажные коробки и отсоединять установленные в них ОПН, а по окончании испытаний вновь включать ОПН в электрическую цепь. Это является трудоемкой процедурой, при этом может нарушиться целостность и герметичность коробок.
В качестве ближайшего аналога выбрана коробка электромонтажная, используемая, в частности, в качестве коробки транспозиции экранов силовых кабелей, описанная в [4].
Рассматриваемая коробка включает корпус, расположенные внутри корпуса ограничители перенапряжения и устройство коммутации, содержащее токопроводящие коммутационные элементы. Устройство коммутации включает токопроводящие контактные планки, установленные в корпусе на опорных изоляторах, и электрически связанные с ними соединительные провода. Устройство коммутации обеспечивает требуемое электрическое соединение подводимых к коробке выводов экранов, а также их электрическую связь с ограничителями перенапряжения. В корпусе установлены соединительные элементы, обеспечивающие электрическое соединение подводимых к коробке выводов экранов с устройством коммутации. В качестве указанных соединителей использованы, в частности, кабельные штыревые разъемы, обеспечивающие удобство коммутации подводимых к коробке кабелей. Коробка снабжена средством, обеспечивающим возможность соединения ограничителей перенапряжения с землей. Кроме того, коробка снабжена устройством управления, обеспечивающим включение и отключение ОПН без открытия и закрытия корпуса коробки.
Рассматриваемая коробка обеспечивает удобство коммутации.
Однако в данной коробке не предусмотрено использование ОПН, характеристики которых позволяют эксплуатировать коробку без отключения ОПН, при этом коробка снабжена специальным устройством управления, с помощью которого персонал вручную отключает и включает ОПН, что является трудоемкой процедурой и снижает удобство пользования коробкой.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение удобства пользования электромонтажной коробкой.
Сущность полезной модели заключается в том, что в коробке электромонтажной для коммутации покрытых изоляционной оболочкой экранов силовых кабелей, включающей корпус, расположенные внутри корпуса ограничители перенапряжения и устройство коммутации, содержащее токопроводящие коммутационные элементы, обеспечивающее коммутацию концевых участков подводимых к коробке выводов экранов и ограничителей перенапряжения, а также соединительные элементы, обеспечивающие электрическое соединение концевых участков выводов экранов с устройством коммутации, при этом коробка снабжена средством, обеспечивающим возможность соединения ограничителей перенапряжения с землей, согласно полезной модели использованы ограничители перенапряжения, наибольшее рабочее напряжение которых лежит в диапазоне от 0,8 до 1,2 от величины испытательного постоянного напряжения, прикладываемого между экраном силового кабеля и землей при проведении испытания изоляционной оболочки экрана силового кабеля на целостность.
Наличие в заявляемой коробке расположенных внутри ее корпуса устройства коммутации и ограничителей перенапряжения, а также средства, обеспечивающего возможность соединения ограничителей перенапряжения с землей, обеспечивают требуемую коммутацию подводимых к коробке выводов экранов.
Устройство коммутации содержит токопроводящие коммутационные элементы, в качестве которых могут быть использованы токопроводящие контактные планки, токопроводящие шины, токопроводящие зажимы, соединительные провода и прочее.
Наличие соединительных элементов обеспечивает соединение выводов экранов с устройством коммутации.
Предпочтительным является выполнение указанных соединительных элементов в виде расположенных в сквозных отверстиях корпуса устройств, обеспечивающих фиксацию с их наружной и внутренней стороны соответственно концевого участка одного из выводов экрана и концевого участка одного из токопроводящих элементов устройства коммутации с обеспечением их разъемного электрического соединения.
В качестве указанных электрических соединителей могут быть использованы, в частности, кабельные штыревые разъемы, соединительные муфты, проходные изоляторы и прочее.
Принципиально важным в заявляемой электромонтажной коробке является то, что в ней использованы ОПН, имеющие Uнр, величина которого лежит в указанных выше пределах.
Как показали экспериментальные исследования авторов, такие ОПН обладают защитными характеристиками, достаточными для обеспечения надежной защиты оболочки кабеля от импульсных перенапряжений, и при этом их можно не отключать на время испытаний оболочки кабеля на целостность постоянным напряжением, поскольку протекающий в ОПН под действием испытательного напряжения ток будет достаточно мал, чтобы испытательная установка классифицировала этот ток, как повреждение оболочки кабеля.
То есть, при использовании в конструкции электромонтажной коробки ОПН с указанными величинами Uнр во время проведения периодических испытаний на целостность оболочки экранов силовых кабелей персоналу не требуется обходить все коробки и производить отключение, а затем повторное подключение ОПН, что значительно повышает удобство пользования коробкой.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является протекание во время испытания целостности оболочки силовых кабелей в ОПН токов проводимости, не идентифицируемых испытательным оборудованием как повреждение оболочки кабеля, что значительно повышает удобство пользования электромонтажной коробкой.
На фигуре представлено схематическое изображение коробки электромонтажной.
Коробка содержит полый, выполненный, в частности, из металла корпус 1, закрытый крышкой (на чертеже не показана). На одной из боковых сторон корпуса 1 выполнены сквозные отверстия (на чертеже позицией не обозначены), в которых закреплены соединительные элементы 2 (на чертеже позицией обозначен один соединительный элемент).
Коробка содержит расположенное внутри корпуса 1 устройство коммутации, включающее токопроводящие коммутационные элементы, выполненные, в частности, в виде токопроводящих контактных планок 3, 4, 5, а также 6, 7, 8 и соединительных проводов 9, 10, 11, 12, 13, 14.
Коробка также содержит опорные изоляторы, верхние фланцы 15 (на чертеже показан верхний фланец одного изолятора) которых служат для закрепления концевых участков планок 3, 4, 5 и/или 6, 7, 8, а также соединительных проводов 9, 10, 11, 12, 13, 14 с обеспечением их требуемого электрического соединения. Нижние фланцы (на чертеже не показаны) опорных изоляторов механически закреплены в донной части корпуса 1 с обеспечением их электрического контакта.
Соединительные элементы 2 обеспечивают разъемное электрическое соединение концевых участков подводимых к коробке выводов экранов 16, 17, 18, 19, 20, 21 и концевых участков соединительных проводов 9, 10, 11, 12, 13, 14 в соответствии с требуемой схемой коммутации. Соединительные элементы 2 выполнены, в частности, в виде кабельных штыревых разъемов.
Корпус 1, в частности, выполнен заземленным.
Коробка также содержит размещенные внутри корпуса 1 ОПН 22, 23, 24. Указанные ОПН имеют наибольшее рабочее напряжение, лежащее в диапазоне от 0,8 до 1,2 от величины испытательного постоянного напряжения, прикладываемого между экраном силового кабеля и землей при проведении испытания изоляционной оболочки экрана силового кабеля на целостность.
Так, в частности, для силовых кабелей 6-500 кВ, имеющих оболочку класса 6(10) кВ, постоянное испытательное напряжение при проверке ее на целостность составляет на практике 10 кВ, выбраны ОПН 22, 23, 24, у которых Uнр лежит в диапазоне 8-12 кВ.
Каждый из ОПН 22, 23, 24 электрически включен в одну из коммутационных цепей с помощью контактных планок 6, 7, 8. При этом один концевой участок планок 6, 7, 8 закреплен на верхним фланце 25 (на чертеже позицией обозначен верхний фланец одного ОПН) одного из ОПН 22, 23, 24 с обеспечением их электрического соединения. Нижний фланец (на чертеже не показан) каждого ОПН 22, 23, 24 механически закреплен в корпусе 1 и установлен в нем с обеспечением заземления. Коробка содержит средство, обеспечивающее возможность заземления ОПН 22, 23, 24. Указанное средство включает расположенную внутри корпуса 1 шину заземления 26, электрически соединенную с нижними фланцами ОПН 22, 23, 24, а также соединительный элемент 27 цепи заземления, установленный в корпусе 1 и обеспечивающий соединение шины 26 с наружной шиной заземления 28.
Устройство работает следующим образом.
Работу заявляемой коробки рассмотрим на примере использования ее в узле транспозиции экранов группы из трех однофазных силовых кабелей.
При реализации метода транспозиции экранов силовых кабелей используется схема соединения экранов группы из трех однофазных силовых кабелей (см., например [1], стр. 26-28), в которой каждый экран разделен на секции, которые соединяют перекрестно. В каждой из фаз выводятся два вывода, соответствующих ”левому” и ”правому” участкам экрана силового кабеля, которые заводятся в электромонтажную коробку - в ”коробку транспозиции”, где осуществляется их требуемое перекрестное соединение.
Таким образом, в коробку заводятся шесть одножильных выводов экранов: кабели 16 и 17, соответствующие ”левому” и ”правому” участкам экрана первого фазного кабеля, кабели 18 и 19, соответствующие ”левому” и ”правому” участкам экрана второго фазного кабеля, кабели 20 и 21, соответствующие ”левому” и ”правому” участкам экрана третьего фазного кабеля.
Открывают крышку корпуса 1 и осуществляют электрическое соединение расположенных в нем коммутационных элементов в соответствии со схемой транспозиции экранов, соединяя провод 9 и 12, провод 11 и 14, провод 10 и 13 с помощью контактных планок 3, 4. 5, а также подключают к образованным коммутационным цепям ОПН 22, 23, 24 с помощью планок 6, 7, 8.
Закрывают крышку корпуса 1.
С наружной стороны в соединительные элементы 2 заводят шесть одножильных кабелей 16, 17, 18, 19, 20, 21.
С внутренней стороны в соединительные элементы 2 заводят соединительные провода 9, 10, 11,; 2, 13, 14.
Транспозиция экранов в коробке достигается путем описанного выше попарного электрического соединения соответствующих ”левых” и ”правых” участков экранов фазовых кабелей.
При проведении периодических испытаний оболочек силовых кабелей на целостность оболочки кабели отключают от сети, их экраны разземляют, между экраном и землей прикладывают постоянное испытательное напряжение и измеряют ток с помощью измерительного прибора. При этом благодаря выбору ОПН 22, 23, 24, у которых Uнр лежит в указанных выше пределах, персоналу не требуется перед проведением описанных выше испытаний обходить коробки и отключать установленные в них ОПН 22, 23, 24, а затем вновь подключать их.
Источники информации:
1. кн. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. Санкт-Петербург, 2010.
2. ж. Электроэнергия. Передача и распределение. №6 (21), 2013. Дмитриев М.В. Выбор и реализация схем заземления экранов однофазных кабелей 6-500 кВ.
3. ж. Новости электротехники. №1 (79), 2013. Дмитриев М.В. Кабельные линии.
4. патент RU 113883.