МУФТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при проектировании, строительстве и эксплуатации кабельных линий электропередачи.
Известно соединение кабелей в трехфазные кабельные линии с помощью соединительных муфт с расположением кабелей и муфт горизонтально в плоскости (СТО 56947007-29.060.20.071-2011. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС». Силовые кабельные линии напряжением 110-500 кВ. Условия создания. Нормы и требования. Приложение Л, стр.117 - прототип).
В гигиеническом нормативе «ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07. Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых и общественных зданий и на селитебных территориях» нормируются предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности магнитного поля промышленной частоты. ПДУ магнитного поля промышленной частоты внутри жилых помещений (и приравненных к ним зданий) составляет 4 А/м, для нежилых помещений тех же зданий и территории жилой застройки ПДУ - 8 А/м, для населенной местности вне зоны жилой застройки - 16 А/м, а для ненаселенной и труднодоступной местности - 80 А/м.
Кабельные линии, согласно ГОСТ 12.1.051-90 ССБТ «Расстояния безопасности в охранной зоне линий электропередачи напряжением свыше 1000 В, пункт 2.2 Охранная зона вдоль подземных кабельных линий электропередачи», находятся в охранной зоне, которую устанавливают в виде участка земли, ограниченного параллельными вертикальными плоскостями, отстоящими по обе стороны линии на расстоянии по горизонтали 1 м от крайних кабелей.
При прохождении трехфазной кабельной линии по населенной местности в охранной зоне напряженность магнитного поля, создаваемого токами трехфазной кабельной линии, не должна превышать ПДУ 16 А/м для населенной местности, а на границе охранной зоны, где начинается зона жилой застройки - ПДУ 8 А/м для зоны жилой застройки.
В месте муфтового соединения кабелей трехфазной кабельной линии при расположении кабелей и муфт в горизонтальной плоскости и проложенных, например, на глубине 1,5-2 м, добиться соблюдения ПДУ даже на нормированных ΓΗ 2.1.8/2.2.4.2262-07 для измерения уровнях 0,5 м, 1,5 и 1,8 м от поверхности земли и тем более на поверхности земли невозможно. В этом случае для соблюдения ПДУ муфтовое соединение кабелей трехфазной кабельной линии должно дополнительно быть или заглублено на 6-8 м, что практически невозможно, или закрыто ферромагнитным экраном.
Это можно отнести и к трехфазной двухцепным кабельным линиям, не имеющим промежуточного отбора мощности, параллельные цепи которых как в начале, так и в конце подключены к общим шинам и имеют одинаковые токи в кабелях одноименных фаз различных цепей A1 и A2, B1 и B2, C1 и C2.
Напряженность магнитного поля, создаваемого трехфазной двухцепной кабельной линией в местах муфтовых соединений с расположением кабелей и муфт горизонтально в плоскости, значительно превышает ПДУ на всех нормируемых уровнях.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение требований санитарно-эпидемиологических правил и норм по ПДУ магнитного поля промышленной частоты в населенной местности и зоне жилой застройки в местах нахождения муфтового соединения трехфазной двухцепной кабельной линии электропередачи.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является соблюдение на нормируемых уровнях в охранной зоне ПДУ 16 А/м для населенной местности, а на границе охранной зоны 1 м ПДУ 8 А/м для зоны жилой застройки, и обеспечение тем самым требований санитарно-эпидемиологических правил в местах нахождения муфтового соединения двухцепной кабельной линии электропередачи.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном муфтовом соединении трехфазной кабельной линии электропередачи, содержащем параллельные, горизонтально проходящие в земле кабели и соединительные муфты, причем соединительные муфты соседних кабелей сдвинуты относительно друг друга в шахматном порядке, трехфазная кабельная линия выполнена двухцепной, кабели и муфты внутри каждой цепи размещены в вершинах углов равностороннего треугольника, оба треугольника равны между собой, стороны треугольников, лежащих против верхних углов - основания треугольников, расположены на одной прямой, параллельной поверхности земли, в ближних вершинах углов оснований треугольников расположены одноименные кабель и муфта цепей, в дальних вершинах углов оснований треугольников расположены разноименные кабель и муфта цепей, в верхних вершинах углов треугольников расположены разноименные кабель и муфта цепей.
В предлагаемом устройстве для снижение напряженности магнитного поля на нормируемых уровнях используются свойства компенсации трехфазных магнитных полей: расположение кабелей и муфт каждой цепи в вершинах углов равностороннего треугольника приводит к сближению их осей и увеличению компенсации результирующей напряженности магнитного поля, создаваемого токами кабелей каждой цепи, а расположение кабелей и муфт по указанной схеме приводит к взаимной компенсации результирующей напряженности магнитного поля, создаваемого токами кабелей обеих цепей.
В зависимости от класса напряжения геометрические размеры муфтового соединения трехфазной двухцепной линии электропередачи: длину стороны треугольников, расстояние между серединами оснований треугольников и глубину расположения оснований треугольников выбирают исходя из наружных диаметров кабелей и муфт такими, чтобы напряженность магнитного поля на нормируемой высоте над землей в охранной зоне и на ее границе не превышала предельно допустимых уровней для наибольшего значения рабочего тока трехфазной двухцепной кабельные линии. Напряженность магнитного поля на поверхности земли тем меньше, чем больше углубление оснований треугольников и чем меньше стороны равносторонних треугольников, диаметры кабелей и муфт, а также расстояние между серединами оснований треугольников.
max
O
На фиг. 1 показана план-схема муфтового соединения трехфазной двухцепной кабельной линии в прототипе с расположением осей кабелей и муфт горизонтально в плоскости, на фиг. 2 - разрез α-α муфтового соединения трехфазной двухцепной кабельной линии 500 кВ в прототипе с расположением осей кабелей и муфт горизонтально в плоскости на глубине 1,925 м, с расстоянием между кабелем и муфтой внутри цепи 1,32 м и между кабелем и муфтой соседних цепей 2,8 м, на фиг. 3 - распределение напряженности МП на уровнях 0 м, 0,5 м, 1,5 м и 1,8 м от поверхности земли над муфтовым соединением трехфазной двухцепной КЛ 500 кВ с модулем фазного тока 1 кА и расположением осей кабелей и муфт горизонтально в плоскости на глубине 1,925 м, как показано на фиг.2, на фиг. 4 - схема разреза муфтового соединения при расположении в вершинах углов равносторонних треугольников кабелей диаметром 150 мм и соединительных муфт диаметром 510 мм двухцепной КЛ 500 кВ со схемой расположения фаз кабелей и муфт  левой цепи Ц1 и  правой цепи Ц2 при стороне равностороннего треугольника 0,6 м и расстоянием между серединами оснований треугольников 1,5 м, на фиг. 5 - распределение напряженности Н МП, создаваемого на поверхности земли муфтовым соединением двух цепей КЛ 500 кВ с модулем фазного тока 1 кА и расположением кабелей и муфт горизонтально в плоскости, как показано на фиг. 2, - кривая 7 и в вершинах углов равносторонних треугольников с глубиной расположения оснований треугольников h=2,425 м и схемой расположения фаз кабелей и муфт  и , как показано на фиг. 4, а также  и ,  и  - кривая 8.
max
В изложении предлагаемого устройства приняты следующие обозначения: соединительные муфты 1, кабели 2 кабельной линии электропередачи, поддерживающие элементы 3 соединительных муфт и кабелей, поверхность 4 земли, граница 5 охранной зоны 1 м, равносторонний треугольник 6; кривая 7 распределения напряженности магнитного поля, создаваемого токами на поверхности земли над муфтовым соединением с расположением горизонтально в плоскости кабелей и муфт двухцепной трехфазной кабельной линией 500 кВ; кривая 8 распределения напряженности магнитного поля, создаваемого токами двухцепной трехфазной кабельной линией 500 кВ на поверхности земли над муфтовым соединением с расположением кабелей и муфт  и ,  и , а также  и  в вершинах углов равностороннего треугольника, Ц1 и Ц2 - соответственно первая и вторая цепи двухцепной трехфазной кабельной линии, фазы A1, B1 и C1 кабелей и муфт первой цепи; фазы A2, B2 и C2 кабелей и муфт второй цепи, Н - действующее значение напряженности магнитного поля по большой оси эллипса поляризации поля, нормируемый параметр, А/м.
Предлагаемое устройство используют следующим образом.
В муфтовом соединении трехфазной кабельной линии электропередачи, содержащем параллельные, горизонтально проходящие в земле кабели 2 и соединительные муфты 1 с поддерживающими их элементами. Соединительные муфты 1 соседних кабелей сдвинуты относительно друг друга в шахматном порядке, кабели 2 и муфты 1 внутри каждой цепи размещены в вершинах углов равностороннего треугольника. Оба равносторонних треугольника 6 равны между собой, причем стороны равносторонних треугольников 6, лежащих против верхних углов - основания равносторонних треугольников 6, расположены на одной прямой, параллельной поверхности земли, в ближних вершинах углов оснований треугольников расположены одноименные кабель 2 и муфта 1 цепей, в дальних вершинах углов оснований треугольников расположены разноименные кабель 2 и муфта 1 цепей, в верхних вершинах углов треугольников расположены разноименные кабель 1 и муфта 2 цепей.
max
max
Для муфтового соединения трехфазной кабельной линии с расположением кабелей и соединительных муфт горизонтально в плоскости, показанной на фиг. 1 и 2, напряженность магнитного поля над линией на всех нормируемых уровнях 0 м, 0,5 м, 1,5 м и 1, 8 м над поверхностью земли значительно превышает в охранной зоне ПДУ 16 А/м для населенной местности, а на границе охранной зоны 1 м - ПДУ 8 А/м для зоны жилой застройки, что следует из кривых распределения Н на фиг. 3. Предлагаемое устройство, показанное на фиг. 4, позволяет при тех же значениях фазных токов трехфазной двухцепной кабельной линии снизить напряженность магнитного поля на уровне 0 м (поверхность земли), а значит и на всех вышерасположенных нормируемых уровнях, до значений ниже ПДУ 16 А/м в охранной зоне и ПДУ 8 А/м на границе охранной зоны 1 м, как следует из кривой распределения Н на фиг. 5, что подтверждает достижение технического результата предлагаемого устройства и решение поставленной задачи по обеспечению требований санитарно-эпидемиологических правил и норм по ПДУ магнитного поля промышленной частоты в населенной местности и зоне жилой застройки в местах нахождения муфтового соединения трехфазной двухцепной кабельной линии электропередачи.
Положительный эффект снижения уровня напряженности магнитного поля на поверхности земли над муфтовым соединением трехфазной двухцепной кабельной линии электропередачи, содержащем параллельные, горизонтально проходящие в земле кабели 2 и соединительные муфты 1 с поддерживающими их элементами 3, причем соединительные муфты соседних кабелей сдвинуты относительно друг друга в шахматном порядке, достигается за счет того, что кабели и муфты внутри каждой цепи размещены в вершинах углов равностороннего треугольника 6. Оба равносторонних треугольника 6 равны между собой. Стороны равносторонних треугольников 6, лежащих против верхних углов. Их основания расположены на одной прямой, параллельной поверхности земли. В ближних вершинах углов оснований равносторонних треугольников 6 расположены одноименные кабель и муфта цепей, в дальних вершинах углов оснований равносторонних треугольников 6 расположены разноименные кабель и муфта цепей, а в их верхних вершинах расположены разноименные кабель и муфта цепей.
В зависимости от класса напряжения геометрические размеры муфтового соединения трехфазной двухцепной линии электропередачи: длину стороны треугольников, расстояние между серединами оснований треугольников и глубину расположения оснований треугольников выбирают исходя из наружных диаметров кабелей и муфт такими, чтобы напряженность магнитного поля на нормируемой высоте над землей в охранной зоне и на ее границе не превышала предельно допустимых уровней для наибольшего значения рабочего тока трехфазной двухцепной кабельные линии. Напряженность магнитного поля на поверхности земли тем меньше, чем больше углубление оснований треугольников и чем меньше стороны равносторонних треугольников, диаметры кабелей и муфт, а также расстояние между серединами оснований треугольников.
При использовании предложенного технического решения положительный эффект достигают за счет свойств компенсации трехфазных магнитных полей. Расположение кабелей и муфт каждой цепи в вершинах углов равностороннего треугольника приводит к сближению их осей и увеличению компенсации результирующей напряженности магнитного поля, создаваемого токами кабелей каждой цепи, а расположение кабелей и муфт по указанной схеме приводит к взаимной компенсации результирующей напряженности магнитного поля, создаваемого токами кабелей обеих цепей. Это позволяет соблюдать на нормируемых уровнях в охранной зоне ПДУ 16 А/м для населенной местности, а на границе охранной зоны 1 м ПДУ 8 А/м для зоны жилой застройки, и обеспечить тем самым выполнение требований санитарно-эпидемиологических правил в местах нахождения муфтового соединения двухцепной кабельной линии электропередачи.
Предложенное муфтовое соединение трехфазной кабельной линии электропередачи может найти широкое применение в магистральных и распределительных сетях при проектировании, строительстве и эксплуатации кабельных линий электропередачи.