Ошибки при обустройстве узлов транспозиции

Ошибки при обустройстве узлов транспозиции

Понятие «транспозиция экранов» хорошо известно тем энергетикам, которые применяют в своих сетях однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Это техническое решение позволяет минимизировать наведённые в экранах кабелей токи промышленной частоты и вызванные ими потери активной мощности, а значит — повысить эффективность кабельных линий. К сожалению, пока ещё встречается неудачная компоновка узлов транспозиции, затрудняющая монтаж и эксплуатацию.


Коробка транспозиции

В настоящее время в сетях 110— 500 кВ прокладываются однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Согласно Стандарту ОАО «ФСК ЕЭС» [1] практически каждая из линий с такими кабелями требует внедрения мер борьбы с паразитными потерями в экранах, среди которых известны:

  • одностороннее заземление экранов;
  • транспозиция экранов.

Оба мероприятия дают одинаковый результат (уход от потерь), но имеют различную область применения: одностороннее заземление экранов используется для линий длиной до 500—1000 м, а в остальных случаях нужна транспозиция экранов. Для организации транспозиции (рис. 1) кабельная линия делится на кратное трём число участков примерно равной длины. В местах сопряжения участков устанавливаются специальные соединительные муфты с выводами экранов наружу, называемые транспозиционными муфтами (МТ). Экраны кабеля выводятся из МТ при помощи соединительного провода с полиэтиленовой изоляцией (ППС) и заходят в коробки транспозиции (КТ-ОПН), в которых установлены ограничители перенапряжений (ОПН) для защиты оболочки кабеля от импульсных перенапряжений. По концам кабельной линии экраны выводятся из концевых муфт (МК) и просто заземляются.

 oshibki_pri_obystroistve_transozicii_ekranov.png

Рис. 1. Транспозиция экранов кабельной линии с однофазными кабелями

Внешний вид распространённой в России коробки транспозиции типа КТ-ОПН приведён на рис. 2, а этапы её монтажа подробно описаны в статье [2]. Важнейшим требованием, которое предъявляется к коробке транспозиции, является её максимальная герметичность, предполагающая в худшем случае даже эксплуатацию под водой. Разумеется, что 100% герметичность коробки может быть гарантирована лишь тогда, когда сведено к минимуму число открытий и закрытий её крышки. Именно поэтому в конструкции КТ-ОПН реализованы два важнейших запатентованных решения:

  • присоединение проводов ППС к коробке осуществляется только снаружи, через шесть проходных изоляторов, т.е. при монтаже коробки её не надо открывать;
  • внутри коробки размещены специальные ОПН с малым током проводимости, т.е. в процессе эксплуатации линии при периодических испытаниях оболочки кабеля постоянным напряжением 10 кВ не надо открывать коробку и отсоединять от экранов размещённые в ней ОПН.


Отмеченный комплекс мероприятий позволяет максимально долго сохранить герметичность коробки, проверенную в заводской лаборатории (рис. 3). К сожалению, порой возникают обстоятельства, требующие вскрытия коробки транспозиции — это поиск повреждений главной изоляции или оболочки кабельной линии, когда в коробках желательно заменить перекрёстное соединение экранов на прямое. Разумеется, после этого нет полной уверенности в том, так ли внимательно монтажники закрыли крышку коробки, не утеряно ли уплотнение, равномерно ли и с верным ли усилием затянуты более десятка болтов крышки.

 oshibki_pri_obystroistve_transozicii_ekranov2.png

Рис. 2. Коробка транспозиции экранов однофазных кабелей

В подобных случаях после открытия/закрытия крышки коробки транспозиции рекомендуется выполнить проверку герметичности с помощью полевой установки, аналогичной представленной на рис. 3. Процедура простая и основана на создании внутри коробки повышенного давления (например, с привлечением автомобильного компрессора) и далее измерения этого давления спустя 5 минут.

 oshibki_pri_obystroistve_transozicii_ekranov3.png

Рис. 3. Заводские испытания коробки на герметичность


Колодец транспозиции

Коробки транспозиции КТ-ОПН располагаются по трассе кабельной линии в специальных местах, защищённых от проникновения случайных лиц и называемых колодцами транспозиции. Как оказалось, конструкция колодца транспозиции очень сильно влияет на качество монтажа размещаемых в нём коробок транспозиции, а также на удобство последующей эксплуатации всей кабельной линии. Для того чтобы монтаж и эксплуатация транспозиции экранов были наиболее удачны, рекомендуется придерживаться нескольких простых, но важных правил.

1. Колодец транспозиции должен быть такого размера, чтобы был обеспечен удобный подход к коробке. Колодец не должен быть маленьким и мелким, так как в нём нельзя будет развернуться, он будет легко затопляться водой, а зимой насквозь промерзать. Лучше всего использовать железобетонные колодцы типа ККС-5, так как они просторны и позволяют разместить сразу две коробки (в случае двухцепной кабельной линии), достаточно прочны, массивны (не будут выдавлены грунтом).

2. Коробка должна размещаться в верхней части колодца, чтобы попадающие в колодец грунтовые и дождевые воды редко достигали коробки, и чтобы зимой она не вмерзала в лёд.

3. Коробка должна размещаться так, чтобы проходные изоляторы смотрели вниз, в пол колодца, ведь именно в нижней части колодца в него при помощи ППС заводятся шесть экранов кабельной линии, отходящих от транспозиционных муфт.

4. Сечение жилы провода ППС должно быть равно сечению экрана силового кабеля (как правило, до 240 мм2). Не рекомендуется применять «универсальные» провода сечением 400 мм2 , поскольку они настолько жёсткие, что при монтаже их невозможно изогнуть и ввести в проходной изолятор коробки транспозиции.

5. Монтаж и испытания кабельной линии не требуют вскрытия коробок КТ-ОПН. Открывать/закрывать крышку коробки может потребоваться лишь в случае поиска повреждений изоляции кабеля или его оболочки. На рис. 4 схематично отражены первые три из пяти названных выше простых правил обустройства колодца транспозиции.

 oshibki_pri_obystroistve_transozicii_ekranov4.png

Рис. 4. Монтаж коробки в колодце транспозиции двухцепной кабельной линии


Неудачные решения и их последствия 

 oshibki_pri_obystroistve_transozicii_ekranov6.png

Рис. 5. Коробка транспозиции, установленная в «компактном» колодце транспозиции

К сожалению, в последнее время появился ряд силовых кабельных линий, где при обустройстве узлов транспозиции сделаны серьёзные отступления от названных выше правил. Разберём один из таких случаев, выявленный в Санкт-Петербурге. Фотографии колодца транспозиции с установленной коробкой, сделанные на этой линии весной 2015 года, представлены на рис. 5 и 6. В чём были ошибки?

 oshibki_pri_obystroistve_transozicii_ekranov7.png

Рис. 6. Вскрытие коробки транспозиции в «компактном» колодце транспозиции

Во-первых, применён маленький колодец транспозиции (узкий и неглубокий), который легко затапливается водой, а зимой насквозь промерзает (ни одна из известных в мире фирм не делает коробки транспозиции для эксплуатации во льду). Неудачно выполнена крышка колодца, из-за чего зимой она так сильно примерзала к его стенкам, что её было не открыть. Также существует риск выдавливания колодца.

Во-вторых, для соединения экранов кабеля с коробкой транспозиции были взяты провода огромного сечения 400 мм2 , что, учитывая их жёсткость и малый габарит колодца, не позволило нормально присоединиться к проходным изоляторам. Чтобы выйти из положения, монтажникам пришлось вскрыть коробку, убрать из неё проходные изоляторы, присоединить к изъятым изоляторам провода и только после этого с большими усилиями устанавливать изоляторы обратно в корпус коробки, но порой уже без штатных уплотняющих колец. Иными словами, при монтаже были нарушены инструкции завода-изготовителя КТ-ОПН.

В-третьих, из-за малого размера колодца при монтаже коробки транспозиции её не удалось разместить проходными изоляторами вниз, ведь тогда до них было бы не добраться — поэтому коробку разместили на боку так, что крышка оказалась сверху. Расположенная подобным образом коробка, с учётом утери уплотняющих колец, вела себя как своеобразная накопительная ёмкость для воды и не способна была самостоятельно её стравливать (даже в те времена года, когда уровень воды в колодце транспозиции опускался).


Заключение 

1. Рекомендуется придерживаться отмеченных в статье правил обустройства узлов транспозиции (в части выбора размеров колодца транспозиции и расположения в нём коробки транспозиции КТОПН).

2. Следует минимизировать число манипуляций с крышкой коробки транспозиции, так как при небрежном обращении они чреваты потерей герметичности. На время монтажа коробки транспозиции КТ-ОПН или на время испытаний оболочки кабельной линии постоянным напряжением 10 кВ открывать коробку не надо.

3. В случае если вскрытие коробки КТ-ОПН всё же потребовалось, то полезной будет проверка герметичности коробки, которую легко выполнить при помощи компактной переносной установки (автомобильный компрессор и манометр).

4. Целесообразно шире привлекать производителей коробок транспозиции для экспертизы принимаемых проектных решений, для контроля за соблюдением правил монтажа и эксплуатации узлов транспозиции, а также для проверки герметичности коробок в полевых условиях.

 




___________ 

Автор статьи: Дмитриев М.В., к.т.н., доцент Санкт-Петербургского политехнического университета 

Материал опубликован в журнале «Электроэнергия. Передача и распределение №4  2019».