Способы защиты кабеля от механических повреждений

В населенных пунктах и на территориях предприятий электрические и информационные сети, как правило, — кабельные. Когда кабель только монтируется — его хорошо видно, но если кабель давно проложен, его обычно невозможно увидеть, поскольку он оказывается скрыт где-то внутри конструкции. И стоит начаться земляным работам или какому-нибудь ремонту, как тут же возникает угроза повреждения скрытого кабеля.

Чтобы этого не произошло, кабель защищают от механических повреждений, применяя специальные меры. Так кабель будет застрахован от нарушения его целостности, а вся структура, с которой он связан, — от перебоев в электроснабжении, коммуникации, проще говоря — от аварий.

Безусловно, существуют бронированные силовые кабели, оболочки которых, казалось бы и созданы для того, чтобы защищать внутренние проводники от механических повреждений. Но даже стальная оболочка может проиграть, окажи на нее слишком большое механическое усилие, допустим ковшом экскаватора. Оболочка кабеля в этом случае просто деформируется, а сама деформированная оболочка может запросто нарушить целостность изоляции и непосредственно проводников.

Чтобы заранее обезопасить кабель от подобных трагедий, на тех участках где наиболее вероятны строительные или земляные работы, а иногда и на всем протяжении линии, сооружают защитные конструкции: трубы, шахты, кабельные каналы и т. д. — в зависимости от материала кабеля, места его пролегания, класса напряжения и т. д.

В быту при прокладке кабеля для его механической защиты используются пластиковые кабельные каналы, пластиковые и металлические трубы, гофрированные трубы, металлорукава, специальные кабельные плинтуса.

Для каждой ситуации характерна своя категория средств защиты кабеля от механических повреждений

Для разных мест пролегания кабеля — разная защита

Подземные защитные средства применяют для кабельных трасс, проложенных (согласно ПУЭ 2.3.83) в местах вероятных земляных работ на глубине более 1,2 метров, причем защита устанавливается не по всей длине кабеля, а лишь на уязвимых участках и в тех местах, где высок риск воздействия на людей шагового напряжения.

Защитные средства наружной установки применяются для кабелей, проложенных на опорах либо по стенам зданий. Обычно к таким кабелям относятся слаботочные информационные кабеля либо электропроводка.

Если же кабель проложен внутри стены, то применяется защита внутренняя, монтируемая также внутри стены вместе с кабелем. В этом случае строительные, монтажные или ремонтные работы в здании не повредят кабель.

Подземные кабели комплектуются не только защитной металлической оболочкой, но также требуют применения довольно толстого слоя сыпучих материалов, поскольку именно подземные кабели сложнее всего монтируются, и в случае потребности в ремонте, дело обернется существенными материальными затратами.

Поэтому подземный кабель никогда не размещают в полой траншее, его устанавливают на некотором расстоянии от ее стенки, а если кабелей несколько, то выдерживают определенную дистанцию между ними. Так, если в одном месте кабель окажется поврежден, то соседний кабель вряд ли пострадает, а поврежденное место, будучи локализовано, может быть отремонтировано.

Материалы защищающие кабель

Наиболее прочными средствами механической защиты кабеля выступают железобетонные плиты или кирпичная кладка. Сверху над подземной линией могут даже располагаться какие-нибудь сооружения или проходы, данные материалы это позволяют.

Металлическая защита обычно применяется для небронированных кабелей. Такая защита представляет собой цельные либо перфорированные конструкции, иногда многоцелевого назначения.

Полимерные материалы допускаются только для защиты кабелей внутренней установки, ибо снаружи им грозит разрушительное воздействие ультрафиолета, влаги и т. д.

Если кабель установлен неподвижно глубоко под землей или снаружи здания, где ему принципиально не грозит динамическая нагрузка, применяют асбестовые и керамические защитные средства. Данные материалы также полезны для кабелей установленных в агрессивной внешней среде.

Если в месте пролегания кабеля часто ходят люди, то наиболее приемлема стандартная металлическая защитная конструкция, способная к небольшой деформации и отличающаяся высокой прочностью. Но есть у нее и недостаток — склонность к коррозии. Поэтому металлическая броня требует регулярного контроля.

Конструктивное исполнение защиты

Наиболее крупными по размеру защитными конструкциями для кабелей являются подземные тоннели (галереи, эстакады). Внутри них могут находиться несколько десятков кабелей, расположенных статично на специальных кронштейнах. Кроме кабелей внутри такого тоннеля могут проходить водопроводные, вентиляционные, канализационные и другие трубы.

Внутри зданий для защиты кабелей применяют шахты. Кабель в шахте получается не только защищен, но и поддерживается на всем его протяжении.

Перфорированные каналы и перекрытия плит также подходят для защиты силовых, слаботочных и информационных кабелей в зданиях.

Снаружи проложенный участок кабеля может быть надежно защищен металлической или асбестовой трубой. Участки же кабелей проложенные внутри зданий защищают полимерными трубами. Данные трубы часто гофрированные, позволяющие не только безопасно протянуть кабель через отверстие, но и придать кабелю и его оболочке изогнутую форму по пути следования кабеля.

Когда кабель необходимо просто физически оградить, если он находится в неагрессивной среде, и динамической нагрузки особо нет, то подойдет лоток из сплошного или перфорированного материала, служащий своеобразной направляющей.

Специальные кабельные лотки и каналы используются также при монтаже кабелей в зданиях:

Наконец, для того чтобы обозначить пролегание подземного кабеля, используют сигнальные ленты. Данные ленты своим наличием показывают рабочим, ведущим раскопку, что здесь находится кабель.

Требования к элементам защиты и ее исполнению

Подземные кабели необходимо защищать более надежно. Здесь требуется песчаная (или подобная) подушка, на которую затем укладываются плиты. Если напряжение защищаемой линии более 35 кВ, то толщина плиты менее 50 мм недопустима.

При меньшем рабочем напряжении вместо плиты может быть уложен кирпич из обожженной глины без отверстий. Такие решения выполняют не только защитную, но и сигнальную функцию подобно ленте.

Кабель при укладке никогда не натягивают и сильно не извивают, его укладывают свободно, чтобы деформация от изменений температуры и движения грунта не создала опасных натяжений.

Будучи проложен под магистральным дорожным полотном или даже под грунтовой дорогой, кабель обычно защищается металлической трубой. Сталь или асбест в данном случае защитят кабель при просадке грунта. В данных условиях в одной трубе монтируется всегда только один кабель, а если кабелей несколько, то и труб может быть несколько.

Защитная сигнальная лента размещается не менее чем в 250 миллиметрах от изоляции кабеля, а также выступает не менее чем на 50 миллиметров с каждой стороны над ним. Над местами пересечений и над соединительными муфтами лента не укладывается, чтобы не создавать помех в случае ремонта. Кирпичный защитный слой, в отличие от ленты, укладывается определенным образом в зависимости от ширины траншеи.

Источник

Защита от высоковольтных кабелей

В статье будут рассмотрены требования и рекомендации по защите силовых кабелей от возможных механических воздействий указанные в ПУЭ-7, пунктах 2.3.83-2.3.10, 2.3.102-2.3.111, 2.3.134-2.3.135, 2.1.10 — 2.1.12.

Применяемые материалы и методы для защиты зависят от нескольких условий, при которых осуществлена или планируется прокладка кабельных линий.

При прокладке в траншее

При напряжении свыше 35 кВ, линии должны быть защищены, исключительно, железобетонными плитами толщиной не менее 50 мм, на всём протяжении кабеля.

Плита закрытия кабеля ПЗК

При напряжении ниже 35 кВ, помимо ж/б плит, допускается использование керамического полнотелого кирпича . Который укладывается в один слой поперёк кабельной трассы.

Укладка кирпича для защиты силового кабеля

Пластиковые сигнальные ленты разрешается использовать при напряжении ниже 20 кВ. Исключающими условиями являются:

• линии напряжением выше 1 кВ, питающие электроприемники 1-ой категории
• места пересечений кабельных линий с инженерными коммуникациями и над кабельными муфтами на расстоянии по 2 метра в каждую сторону от пересекаемой коммуникации или муфты
• на подходах линий к распределительным устройствам и подстанциям в радиусе 5 метров

Допускается не производить дополнительную защиту при прокладке на глубине 1-1,2 метра, кабели напряжением меньше 20 кВ, за исключением городских сетей.

Отметим, что сигнальные ленты и кирпич являются превентивными, сигнальными средствами, по защите от механических повреждений кабеля. Данные материалы смогут защитить кабель проложенный в земле, лишь от незначительных механических воздействий.

Кабельные линии необходимо обеспечить защитой посредством кабельных блоков в случаях:

• пересечения кабельных линий автомобильных и/или железных дорог
• стеснённости по трассе, при большом количестве других подземных коммуникаций и сооружений
• прокладки линии в агрессивных грунтах или вероятностном попадании в грунт агрессивных жидкостей и/или расплавленных металлов
• необходимости защиты от блуждающих токов

Кабельные блоки выполняются из стальных, чугунных, асбестоцементных, бетонных или керамических труб. При этом защитой от непосредственных механических воздействий служат лишь трубы из стали и чугуна.

Кабельный блок из труб

А в ситуациях высокого уровня грунтовых вод, при надземной прокладке, допускается прокладка линий в железобетонных лотках или коробах с плитами покрытия.

Кабельный лоток из железобетона с плитой покрытия

При прокладке в помещениях

Для кабелей напряжением до 1 кВ, для защиты допускается использование коробов (пункт 2.1.10 — 2.1.12).

Коробом называется закрытая полая конструкция прямоугольного или другого сечения, предназначенная для прокладки в ней проводов и кабелей. Короб должен служить защитой от механических повреждений проложенных в нем проводов и кабелей.

Металлический короб для защиты силовых кабелей

Одним из заблуждений является, распостранённое мнение о том, что кабельные лотки с крышкой также являются защитой кабеля от механических воздействий. Этот факт опровергает пункт 2.1.11, где чётко прописано: “Лоток не является защитой от внешних механических повреждений проложенных на нём проводов и кабелей.”

Металлический лоток для прокладки силовых кабелей

В случаях, когда нет возможности выполнить прокладку кабелей на расстоянии:

• не менее 0,5 метра от различных трубопроводов,
• не менее 1 метра между кабелем и газопроводом и/или трубопроводом с горючими жидкостями,
• а также при пересечении с другими кабелями

Следует обеспечить дополнительную защиту кабелей посредством металлических труб, кожухов и т. д. (п. 2.3.134 — 2.3.135 )

Источник

Экранирование в электрических сетях

Для защиты электротехнического оборудования от помех и прочих электромагнитных влияний достаточно эффективной мерой является экранирование. Согласно ГОСТ 30372-95, экранированием называется способ ослабления электромагнитной помехи с помощью экрана, имеющего высокую электрическую и (или) магнитную проводимость.

Физика экранирования

В электроэнергетике используются частоты 50 или 60 Гц. Гармоники от них можно принимать во внимание в диапазоне примерно до 1,5 кГц, если речь идет о воздействии на силовое оборудование (о средствах связи будет сказано отдельно). Спектр молнии очень широкий, помехи для радиосвязи наблюдаются вплоть до частоты 30 МГц. Тем не менее, пик спектра удара молнии находится в районе 500 Гц.

На низких частотах пригодна модель, предложенная еще Фарадеем. Внешнее электрическое поле вызывает поляризацию в толще экрана. В результате на поверхности внутри экрана находятся электрические заряды, противоположные по знаку зарядам на внешней поверхности. В итоге поле от этих зарядов компенсирует внешнее электрическое поле.

Экранирование от магнитного поля низкой частоты обусловлено тем, что, при коэффициенте магнитной проницаемости материала экрана много большим 1 и достаточной толщине конструкции силовые линии магнитного поля проходят по экрану, не попадая в пространство, заключенное внутри него.

Совсем не обязательно, чтобы экран был выполнен из сплошного листа без отверстий. В экране могут быть отверстия. Мало того, он может представлять собой клетку из электропроводящего материала. Такой вариант экрана называется «клетка Фарадея». Но при этом должно соблюдаться условие: линейные размеры отверстий или шаг между прутьями сетки по линейным размерам меньше (в идеале — много меньше) длины волны излучения, от которого производится экранирование. Также важен хороший электрический контакт (в идеале — сварка) между прутьями клетки.

Согласно ГОСТ Р 51317.1.2-2007 (МЭК 61000-1-2:2001) «Совместимость технических средств электромагнитная. Методология обеспечения функциональной безопасности технических средств в отношении электромагнитных помех» под низкими частотами применительно к экранированию подразумеваются частоты ниже 9 кГц.

На частотах выше 9 кГц при рассмотрении явления экранирования используется иная модель. Если предельно упростить процессы для облегчения понимания, то экран на высоких частотах работает следующим образом. Под действием внешнего излучения в экране возникают вихревые токи. Эти токи создают электромагнитное поле, компенсирующее внешнее воздействие.

Экранированные кабели

Некоторые типы силовых кабелей имеют экран. Чаще всего это экран представляет собой металлическую ленту, которой обмотана изоляция токопроводящих жил. Также встречаются варианты экрана из толстой проволоки и комбинация толстой проволоки и металлической ленты. Известны конструкции кабелей с экранами из токопроводящей бумаги и токопроводящей резины. Очень редко можно встретить силовые кабели с экраном, представляющим собой оплетку из тонкой проволоки, хотя для сигнальных кабелей такая конструкция весьма распространена.

Сечение экранированного силового кабеля для прокладки под землей в траншее

Экранирование кабелей применяется в следующих основных случаях:

• Кабели на напряжение свыше 2 кВ, проложенные в земле или в воде, а также проходящие в непосредственной близости от металлических конструкций. Наличие экрана предотвращает возникновение коронных разрядов между токопроводящими жилами и почвой (водой, металлическими конструкциями). Такие разряды приводят к разрушению изоляции кабеля.
• Рядом с силовым кабелем проходят сигнальные кабели, чувствительные к наводкам. Это требование закреплено в ПУЭ-7, п. 3.4.11
• Кабели, соединяющие частотно-регулируемый привод с мотором. Это связано с тем, что энергия по такому кабелю передается на частотах порядка десятков кГц.

Силовые кабели, прокладываемые в земле и в воде, также часто имеют металлическую броню. Эта броня предназначена для механической защиты кабеля, тем не менее, она обладает экранирующими свойствами. Согласно ПУЭ-7, п. 3.4.11, наличие брони или металлической оболочки обязательно для кабеля, соединяющего вторичную обмотку трансформатора на напряжение 110 кВ и выше, со щитом.

Экранированные токопроводы

На объектах генерации и высоковольтных подстанциях нашли свое применение комплектные пофазно-экранированные токопроводы. В них токопровод каждой фазы заключен в замкнутый непрерывный экран. При этом экран может быть герметичным, при больших напряжениях в него закачивают элегаз. Экраны подключают в одной точке к контуру заземления объекта.

Главные функции, которые выполняют пофазно-экранированные токоотводы — уменьшение взаимодействия между проводниками при внешних коротких замыканиях, а также устранение нагрева индуцированными токами расположенных поблизости конструкций из металла и железобетона. Другие важные функции экрана — защита токопровода от пыли и влаги, повышение безопасности эксплуатации и обслуживания.

Требования СО 153-34.21.122-2003

Вопросы экранирования с целью защиты от вторичного воздействия молнии рассмотрены в СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций». Этот документ рекомендует использовать, при наличии такой возможности, в качестве экрана металлическую арматуру здания.

Арматура железобетонного здания обладает свойством экранирования

При электрическом соединении элементов арматуры друг с другом объекта получается «клетка Фарадея». Она защищает от электромагнитных воздействий удара молнии оборудование внутри здания. Арматура, согласно инструкции, должна быть соединена с системой молниезащиты здания.

В том случае, когда внутри защищаемого пространства имеются экранированные кабели, их экраны соединяются с системой молниезащиты на обоих концах и на границах зон. При прокладке кабелей между зданиями, если экран кабеля выдерживает ток молнии, дополнительное внешнее экранирование не требуется. Иначе для защиты кабеля рекомендуется размещать его в металлической трубе или экранированном коробе. Внешний экран или собственный экран кабеля на обоих концах соединяют электрически с общими заземляющими шинами зданий.

Экранирование для защиты оборудования и персонала

На понизительных станциях и открытых распределительных устройствах, находящихся под напряжением 300 кВ и выше, уровень электромагнитного излучения от оборудования опасен для обслуживающего персонала. В связи с этим применяются защитные меры в виде металлических сеток, магнитных экранов из материалов с высокой магнитной проницаемостью и т. п. Соответствующие рекомендации приведены в п. 4.2 ПУЭ-7.

В современной электроэнергетике широко применяются разнообразные устройства связи. В частности, цифровизация энергетики без них невозможна.

Электроэнергетическое оборудование и линии электропередач является источником широкополосных помех. Для нормальной работы систем связи, установленных на подстанциях, необходимо обеспечить надежное экранирование слаботочного оборудования. С этой целью аппаратуру связи устанавливают в металлические шкафы, подключенные к общему контуру заземления объекта. Поскольку на работу средств связи могут оказывать влияние даже помехи с длиной волны порядка нескольких сантиметров, конструкция шкафа не должна иметь в себе крупных отверстий. При необходимости контролировать работу оборудования связи через смотровое окно, применяется экранирование окна токопроводящей сеткой, либо установка в окно токопроводящего стекла. Указанные элементы должны иметь электрическое соединение со шкафом.

Экранирование средств связи в электроэнергетике регламентируется семейством стандартов ГОСТ МЭК 6100, а также стандартами организаций. Данное экранирование должно защищать аппаратуру связи от составляющих спектра выше 9 кГц, т. е. относится к категории высокочастотного экранирования. Для высоких частот металлический экран может быть тонким, но важна его высокая проводимость.

Источник