Устройство кабельной муфты на опоре воздушной линии электропередачи напряжением 35 кВ и выше



Введение. При строительстве и монтаже воздушной линии электропередачи (ВЛ) возникает проблема «врезки» к ней кабельной линии, например, из-за отсутствия трассы для ВЛ или из-за подключения кабельной линии подстанции (ПС) «глубокого ввода». Подстанция «глубокого ввода» располагается на территории промышленной зоны, в которой отсутствует экономичный вариант сооружения специального перехода над инженерными сооружениями. В законодательной базе по градостроительству и архитектуре застройки городов имеется положение о запрете сооружения воздушных линий электропередачи в пределах красной линии генерального плана. Аналогичное решение существует на застройку промышленных зон особых предприятий и производств. Традиционное инженерное сооружение перехода линий электропередачи с одного вида на другой может быть двух типов - закрытое устройство и открытое [3]. Закрытое - это капитальное строительное здание, в котором предусмотрены все коммуникации (отопление, освещение, связь, сигнализация, подъездная дорога с площадкой и другие по необходимости). Открытое - огражденная производственная территория. Ограда выполняется из железобетонных сплошных плит, с предусмотренными мероприятиями от проникновения вандалов, сигнализацией и освещением с благоустроенной внешней прилегающей территорией. В обоих типах сооружений предусматривается заземляющее устройство и мол- ниезащита.

Компоновка сооружения в том и другом случае предусматривает установку следующего высоковольтного оборудования: концевой кабельной муфты, разъединителя и ограничителя перенапряжений [4]. Каждое оборудование закреплено на монтажной рамной металлоконструкции, которая в свою очередь установлена на стойках из железобетона или металлоконструкции. Разъединитель имеет приводы главных контактов из ножей и ламелей, а также комплектных заземляющих штанг.

Под эти устройства для их сооружения отводятся земельные площади, в частности, на постоянное пользование, временное, на период строительства, а также для охранной зоны сооружения.

Технические проработки (поиск и исследование). По технико-экономическим показателям традиционные технические решения устройства и конструкции обладают существенными недостатками, заключающимися в значительных капитальных и эксплуатационных затратах, включая стоимость земельных угодий.

Целью предлагаемого оптимального технического решения является сооружение перехода линий электропередачи с одного вида на другой по технико-экономическим показателям.

Произведен поиск и исследование оптимального варианта сооружения перехода по предлагаемым отличительным признакам:

• -    устройство перехода кабельной муфты, не требующее дополнительного отвода земельных угодий для ее сооружения, поскольку сооружается на землях, отчужденных для линий электропередачи;

• -    компактность устройства можно достичь, если использовать в качестве разъединителя только штангу с ножом на опорном изоляторе, а ламель закрепить на оголовке рядом установленного ограничителя перенапряжения (ОПН). При этом основная функция разъединителя - создание видимой коммутации между ножом и ламелем обеспечивается. Поскольку фазное оборудование ОПН закреплено на своей собственной рамной металлоконструкции, то ОПН устанавливается с соблюдением габаритного расстояния междуфазного и с заземленными элементами, а также расстояния между ламелем и ножом при отключенном положении разъединителя, определяемого от класса напряжения;

• -    для гашения дуги от зарядного потенциала на кабельной и воздушной линии электропередачи в режиме холостого хода необходимо использовать отрезок прутка, как продолжение ламеля, из высокоомного материала;

• -    устройство кабельной муфты с сопутствующим оборудованием, по требованиям технической эксплуатации линий электропередачи, предусмотрено на полке, сооруженной из крепежной металлоконструкции, на стойке анкерной металлической опоры.

На рисунках 1, 2 показан возможный вариант компоновки устройства на стойке анкерной металлической опоры линии электропередачи:

• 1)    подводящие провода к опоре линии электропередачи;

• 2)    спуски токопроводников от подводящих проводов к стойке опоры с использованием натяжных гирлянд изоляторов;

• 3)    шлейфы проводников;

• 4)    разъединитель;

5)нож разъединителя 4;

• 6)    ламель разъединителя 4, расположенный на верхнем оголовке ограничителя перенапряжения 7 (ОПН);

• 7)    ограничитель перенапряжения;

• 8)    проводник, соединяющий ОПН 7 с муфтой 9;

• 9)    муфта кабельная;

• 10)    опорный электроизолятор;

• 11)    крепежная металлоконструкция для размещения оборудования;

• 12)    привод разъединителя 4;

• 13)    гирлянда изоляторов;

• 14)    консоли к стойке опоры.

Провода 1 (рисунки 1, 2) воздушной линии электропередачи с помощью спусков 2 с верхних отметок и от них шлейфами 3 подключены с помощью аппаратных зажимов к контактным плашкам разъединителя 4. Нож 5 разъединителя 4, во включенном его положении, находится в контакте с ламелем 6, который в свою очередь закреплен гальванической связью с электрическим контактом ввода ОПН. ОПН соединен с помощью проводника 8 с вводом кабельной муфты 9. Шлейфы 3 удерживаются на габаритном расстоянии от заземленных металлоконструкций с помощью опорных элекгроизоляторов 10. А используемое высоковольтное электрооборудование, например, для класса напряжения 110 кВ [2]: ограничитель перенапряжения марки ОПН-110, элемент разъединителя [1] марки РНДЗ 2 110/1000, кабельная муфта марки РАТ - устанавливаются на крепежной металлоконструкции 11 (полка) и крепится на верхнем поясе стула или нижнего звена на высоте не менее 5 м. Привод 12 разъединителя закреплен на «стояке», который соединяет 11 и дополнительно предусмотренную консоль 14 к стойке опоры. Для закрепления спусков 2 предусмотрены натяжные гирлянды изоляторов 13, в качестве которых могут быть использованы цельные пластиковые натяжные изоляторы [2], например, серии ЛК 70/20. Упомянутая полка 11 для оборудования ориентирована в створе подходящих проводов 1 линии электропередачи к опоре, а оборудование установлено на консольном ее выпуске. Муфта 9 располагается (по проекции) на внешней части стойки опоры.

Рисунок 1 - Устройство кабельной муфты на опоре (общий вид конструкции)

Устройство работает следующим образом: электроэнергия, например, по воздушной линии и через искомое устройство, поступает в кабельную линию и далее к потребителю, при этом с проводов 1 линии электропередачи (рисунки 1, 2) на спуски 2, далее через шлейф 3 электроэнергия попадает на разъединитель 4, нож 5 которого контактирует с ламелем 6, далее с ламеля 6 за счет проводника 8 поступает в кабельную муфту 9. Причем ламель 6 закреплен на верхнем оголовке ОПН 7. Электроэнергия через муфту 9 распределяется по кабелю до потребителя. От грозовой деятельности вблизи воздушной линии электропередачи на ней будут присутствовать высокочастотные (ВЧ) гармоники напряжения, которые распространяются по воздушной и кабельной линиям электропередачи. ВЧ составляющие напряжения опасны для кабельной линии вследствие повышенной емкостной проводимости изоляции фазных проводников, что чревато возникновением перенапряжений в кабельной линии. Для повышения надежности эксплуатации необхо димо у кабельной муфты установить ограничитель перенапряжения. Источником ВЧ составляющих напряжения могут также быть переходные процессы в электрической сети (коммутация линии со значительной электрической нагрузкой, аварии и другие причины). Перенапряжениями в кабельной сети, а также в трансформаторах (по концам линий электропередачи) являются резонансные процессы RC(K).

При отключении разъединителем линии электропередачи в режиме холостого хода, при котором ток нагрузки на контактах разъединителя отсутствует, на отсоединяемых контактах «нож - ламель» возникнет электрическая дуга, увеличивающаяся соответственно отходящему ножу. Это чревато переходом на междуфазное короткое замыкание. Причиной тому является наличие емкостной проводимости и присутствие, даже при обесточенной линии, остаточного заряда в кабельной сети. Для погашения электрической дуги на контактах «нож - ламель» предусмотрен со стороны ламеля упомянутый отрезок прутка из высокоомного материала.

фиг, 1 - электрическая схема; фиг. 2 - вид сбоку; фиг. 3 - вид сверху Рисунок 2 - Устройство кабельной муфты на опоре

Для практической реализации, например, на напряжении 110 кВ можно использовать ламель, нож со штангой и приводы разъединителя на напряжении 220 кВ. При этом ОПН-110 кВ устанавливается на определенную высоту с помощью дополнительной подставки под нижний фланец ОПН. Причем в горизонтальной плоскости расстояние от оголовка ОПН-110 кВ до ножей разъединителя при отключенном его положении установлены с нормативным меж-дуфазным габаритным расстоянием.

Техническая новизна и положительный результат подтвержден патентом РФ на полезную модель (Роспатента) № 160351 от 18.02.2016 г. «Устройство кабельной муфты на опоре».

Заключение. Принцип предлагаемого технического решения может быть использован в системе электроснабжения объектов в сельской местности. Оно имеет следующие преимущества относительно традиционного устройства перехода одного вида ЛЭП на другой:

• -    устройство перехода кабельно-воздушной линии электропередачи не требует дополнительного отвода земельных угодий для её

сооружения, поскольку сооружается на землях, отчужденных для линий электропередачи;

• -    компактность устройства достигается использованием в качестве разъединителя только штанги с ножом на опорном изоляторе, при этом ламель закреплен на оголовке рядом установленного ОПН. При этом основная функция разъединителя - создание видимой коммутации между ножом и ламелем обеспечивается. ОПН устанавливается с соблюдением междуфазного габаритного расстояния и с заземленными элементами, а также расстояния между ламелем и ножом при отключенном положении разъединителя, определяемого классом напряжения;

• -    для гашения дуги от зарядного потенциала на кабельной и воздушной линиях электропередачи в режиме холостого хода, используется отрезок прутка, как продолжение ламеля, из высокоомного материала;

• -    устройство кабельной муфты с сопутствующим оборудованием, по требованиям технической эксплуатации линий электропередачи, предусмотрено на полке, сооруженной из крепежной металлоконструкции, на стойке анкерной металлической опоры.