Контрольные кабели в электроустановках — назначение, виды конструкции, применение

Кабельные изделия в электрических сетях служат для передачи электроэнергии на расстояние. Они используются как непосредственные силовые магистрали энергетических потоков или для работы схем внутри систем управления, защит, автоматики, сигнализации.

Силовые кабели работают в основном с токами высоковольтных напряжений до 35, 110 кВ и выше или в сети 0,4 кВ. Они специально проектируются и изготавливаются под определённый вид напряжения. Контрольные модели используются для иных задач.

Назначение контрольных кабелей

Оно связано не с силовыми цепями, а с системами, их обслуживающими, в которых не передаются повышенные мощности. Их максимальное рабочее напряжение обычно ограничено величиной 380 или в отдельных случаях 1000 вольт.

Это положение помогает понять деление электрооборудования подстанций на:

• первичные силовые цепи;

• вторичные обслуживающие схемы.

Например, на ОРУ подстанции 110 кВ все силовое оборудование относится к первичной схеме, непосредственно распределяющей, принимающей и передающей электрическую энергию.

Вторичные цепи подключаются к измерительным трансформаторам тока и напряжения для учета процессов, происходящих в первичной схеме, а также к соленоидам и катушкам управления силовых выключателей, их блок-контактам и повторителям разъединителей, отделителей и других устройств.

Все вторичное оборудование соединяется между собой в электрические схемы кабелями, которые располагаются на поверхности строительных конструкций, в специальных кабельных лотках и каналах, в грунте или на открытом воздухе.

Эти кабели получили название контрольных. Оно объясняет их назначение — обеспечение контроля алгоритмов технологических процессов, происходящих в первичной схеме.

С помощью контрольных кабелей передаются электрические сигналы в схемах:

• измерения основных параметров электрической энергии;

• управления оборудованием силовых цепей,

• автоматики и защит электрической системы;

• других обслуживающих первичное оборудование устройствах.

Влияние кабелей при электрических измерениях и при подключении датчиков

При измерениях отдельные элементы цепи почти всегда соединяются друг с другом измерительным кабелем. Особенно сильное влияние может оказывать кабель, соединяющий датчик со схемой согласования, при большой его длине из-за активного сопротивления и емкости и их изменения при измерениях, а также при калибровке.

Влияние сказывается в уменьшении значения измеряемой величины (затухание). Оно может быть учтено теоретически или эмпирически, если определить значения измеряемой величины в схеме с кабелем и без кабеля.

Влияние кабеля можно оценить достаточно точно, применяя специальные схемы измерения.

Соединительные провода датчиков

Аналоговые пассивные чувствительные элементы обычно соединяются со схемами согласования двух- или многожильными проводами, активные — двухжильными, чаще всего экранированными кабелями. Длина кабеля в зависимости от принципа работы датчика и способа измерений может достигать несколько сотен метров, в некоторых случаях — 10 км.

Измерительные схемы с пассивными датчиками при коротких кабелях питаются чаще всего постоянным напряжением, а при кабелях с большим или изменяющимся сопротивлением жилы — постоянным током.

При активных пьезоэлектрических датчиках стремятся использовать измерительные кабели с хорошей изоляцией и длиной не более нескольких метров.

В устройствах с цифровой формой сигнала или при передаче его без проводов возможна передача сигнала на любые расстояния.

Как используются контрольные кабели

На фотографии ниже показан вывод конца контрольного кабеля из клеммной коробки измерительного высоковольтного трансформатора напряжения 330 кВ.

Для его защиты от влияния окружающей среды используется металлический бандаж и гофрированная труба. Все контрольные кабели, работающие в действующих электроустановках, маркируются специальными бирками и подписываются несмываемыми чернилами. Это значительно облегчает работу и поиск возможных неисправностей при эксплуатации.

С обратной стороны контрольные кабели монтируются в распределительных клеммных щитах, коробках, ящиках, как показано на очередной фотографии для оборудования 330 кВ.

Этот же принцип соблюдается и в цепях другого напряжения, например, 110 кВ.

Контрольные кабели от силового первичного оборудования прокладываются по специальным лоткам или каналам, подводят свои цепи на клеммные сборки, обеспечивающие надежную работу схемы на открытом воздухе при любых погодных условиях.

После сборки электрических цепей на клеммах распределительных шкафов снова используются очередные контрольные кабели, отходящие непосредственно на панели в соответствии со схемой и проектом.

Вариант их подключения к панелям РЗА показан на очередной фотографии.

Они:

• выходят из специального кабельного канала двумя раздельными потоками;

• распределяются на левую и правую стороны панели;

• равномерно, однообразно выкладываются по всей площади;

• направляются к клеммным зажимам;

• разделываются на определенной высоте;

• однотипно маркируются.

Подобное размещение контрольных кабелей внутри цепей, которые они подключают между различными объектами электрооборудования, наносится на развернутые логические схемы электрических соединений. Фрагмент работы подобной части токовых цепей керна измерений ВЛ-110 кВ демонстрирует чертеж.

На нем показаны:

• черными треугольниками — клеммная сборка измерительных трансформаторов, расположенная на высоте;

• белыми треугольниками — клеммы распределительного шкафа, смонтированного на открытом воздухе;

• кружочками — клеммы на панели РЗА. В нашем случае она имеет порядковый номер — №108.

На этой схеме наглядно видно, что контрольным кабелем выполняется подключение токовых цепей и их сборка непосредственно от обмоток измерительных трансформаторов к панелям РЗА через промежуточное звено — распределительный клеммный шкаф.

При монтаже контрольного кабеля соблюдаются определённые правила подвода жил к клеммнику и их маркировка, необходимая для проведения периодического профилактического обслуживания и выполнения текущих контрольных замеров электрических сигналов в процессе эксплуатации.

Конструкция контрольного кабеля

Внутреннее устройство каждой модели чем-то, да отличается от всех остальных изделий, как показано на картинке ниже для двух разных модификаций.

Но все они имеют общие элементы:

• токопроводящие жилы;

• слой изоляции на жиле;

• заполнитель;

• оболочку.

Контрольный кабель в зависимости от требований условий эксплуатации может быть дополнен:

• броней;

• экранирующей лентой.

Особенности изготовления токопроводящей жилы

Она является обязательным элементом кабеля и изготавливается из металла:

• алюминия;

• состава алюмомеди;

• или меди.

Токопроводящая жила может быть выполнена из одной сплошной проволоки или создана из большого их количества свивкой для придания гибкости общей конструкции. Жилы из одной проволоки используются для кабелей, работающих в стационарных условиях, не подвергаемым динамическим нагрузкам на изгиб и кручение.

Для условий работы кабеля в передвижных, мобильных устройствах токопроводящие жилы выполняются из свитых проволок. Медные многопроволочные жилы в них покрываются слоем олова — лудятся или остаются чистыми, без защитного покрытия.

Внутри оболочки контрольного кабеля может использоваться разное количество жил начиная от четырех и вплоть до 61. Для алюминия поперечное сечение проволок должно начинаться от 2,5 мм кв и выше. Но, такие изделия разрешено применять исключительно на подстанциях с напряжением 110 кВ или ниже.

Вторичное оборудование более высоковольтных подстанций 220 кВ и выше разрешено подключать только медными проводами и кабелями. Низкие эксплуатационные характеристики алюминия не обеспечивают высокую надежность работы на ответственном оборудовании. Алюминий в их вторичных цепях запрещен.

Поперечное сечение медных жил контрольных кабелей стандартизировано от 0,75 до 10 мм2. Тонкие диаметры используют в слаботочных схемах связи, телемеханики, телеуправления, не создающих высокие мощности сигнала.

Для высокоточных систем измерения, чувствительных к потерям и падению напряжения в схеме, применяют повышенные диаметры тоководов.

Металл токопроводящих жил обязательно покрывается слоем диэлектрика, исключающего возникновение токов коротких замыканий и утечек между ними. На слое изоляции применяется маркировка:

1. цветом оболочки;

2. или цифрами.

При первом способе используется однотонная окраска или на ней дополнительно могут создаваться цветовые полоски. Цифровая маркировка наносится часто, с интервалом между цифрами не реже 3,5 см.

Толщина слоя изоляции на токопроводящей жиле обладает электрической прочностью, исключающей пробой диэлектрического слоя при максимальном рабочем напряжении и напрямую зависит от ее поперечного сечения. Она возрастает с увеличением диаметра проволоки.

Изолированные жилы собираются в общий пучок и подвергаются скручиванию для обеспечения стандартного числа повивов, которые допускают возможность изгибов кабеля в соответствии с техническим паспортом.

Классификация

Контрольные кабели различаются по:

1. металлу токопроводящей жилы;

2. материалу изоляции метала;

3. форме провода;

4. материалу оболочки;

5. защитному покрову.

Диэлектрический слой на металле жилы может быть нанесён из:

• резины;

• поливинилхлоридного пластиката;

• самозатухающего полиэтилена;

• полиэтилена низкой плотности;

• вулканизированного полиэтилена.

Провода изготавливают в основном круглого профиля, но в отдельных случаях им придается плоская форма.

Материалом оболочки может служить:

• резина обыкновенная или негорючая;

• поливинилхлоридный пластикат.

Защитный покров для контрольных кабелей, работающих в экстремальных условиях, создается из:

• алюминия;

• свинца;

• гофрированной стальной ленты.

Броневые и защитные покровы создаются для контрольных кабелей, работающих в четырех классах повышенных механических нагрузок:

• Первый тип кабелей работает внутри помещений, кабельных каналах и траншеях без воздействия на него больших усилий на растяжение. Их броня создается намоткой двух лент из стали и покрывается антикоррозионным составом.

• Второй тип предназначен для эксплуатации в каналах, туннелях и помещениях без растягивающего усилия.

• Третий вид эксплуатируют в грунте, траншеях без значительного усилия на растяжение. У них броня из двойных стальных лент защищена наружным покровом — шлангом из поливинилхлоридного пластиката.

• Четвертый вид предназначен для прокладки в грунте и каналах. На них не должно оказываться большое усилие растяжения. Броня состоит из двух стальных проволок, покрытых слоем цинка и сверху защищена шлангом или покровом из ПВХ-пластиката.

Описание маркировки

Кабель маркируют для того, чтобы кратко выраженное обозначение предоставило полную информацию о его составе и характеристиках:

• материалах жил и изоляционного слоя;

• составе оболочки и ее конструкции;

• наличии брони и ее покрова;

• количества токопроводящих жил и их поперечного сечения.

Для маркировки контрольных кабелей используют заглавные буквенные символы:

• буква «К» означает «контрольный»;

• металл токопроводящей жилы обозначают для: алюминия «А»; алюмомеди — «АМ»; меди — отсутствием буквы;

• материал для изоляции жил: резину — «Р»; пластикат поливинилхлоридный — «В»; полиэтилен с низкой плотностью — «П»; самозатухающий полиэтилен — «Пс»;

• материал оболочки: гофрированная стальная лента — «Ст»; резину — «Р»; не поддерживающую горение резину — «Н; пластикат поливинилхлоридный — «В»;

• форму провода: плоскую — «П»; круглую — не маркируют.

Эксплуатационные особенности

Влияние температуры окружающей среды

При прохождении электрического тока по металлической жиле создается нагрев, который может оказывать влияние на свойства и структуру изоляционного слоя, ухудшать их или даже создавать пробой его. Поэтому проходящую по кабелю нагрузку контролируют защитными устройствами и ограничивают отключением автоматическими выключателями.

Рабочая температура кабеля должна соответствовать параметрам, указанным в технических условиях для его эксплуатации.

При низких температурах окружающей среды многие виды изоляции, особенно на основе полиэтилена, теряют свои пластические свойства и гибкость. Даже от незначительного изгиба на морозе они лопаются, покрываются слоем трещин, теряют диэлектрические свойства.

Поэтому при температурах, меньших чем -5 градусов по Цельсию, монтаж и прокладка контрольных кабелей запрещена, а в зимнее время профилактические ремонтные работы на улице даже не планируются.

Если же создается необходимость устранения возникших неисправностей в контрольных кабелях во время мороза, то существует специальная технология их подготовки и разогрева за счет подключения токов через жилы с контролем их температуры.

Работа в агрессивных средах

Воздействие химических веществ на контрольный кабель ограничивают применением для его оболочки резинового покрова, который отличается гибкостью и высокой стойкостью к гигроскопичности. Однако этот материал:

• дороже стоит;

• более восприимчив к нагреву и не допускает повышения температуры выше 65 градусов;

• теряет эластичность при длительной эксплуатации.

Световое воздействие

Постоянное облучение солнечными лучами может разрушать отдельные виды материалов защитного покрова кабеля. Лучше всего их предохраняет от этого воздействия броня, свинец, алюминий. Но, современные оболочки из резины и пластмасс не нуждаются в металлической оболочке по этому параметру на заявленный производителем ресурс эксплуатации.

Механические нагрузки на растяжение

Они могут создаваться при нарушении технологии монтажа или в процессе эксплуатации из-за усиления давления грунта по разным причинам. Для противодействия этих сил кабель помещается в броню из металлических лент.

Таким образом, контрольный кабель:

• используется там, где необходимо передавать управляющие или иные сигналы между объектами электрической схемы, удаленных на расстояние;

• создается разной структурой и классами защиты, соответствующими определенным условиям эксплуатации.