Силови кабели средно напрежение

Характеристики, приложна област, методи на полагане на кабелите

Основен елемент от електропреносната мрежа са различните въздушни или подземни кабелни електропроводни линии. Силовите кабели средно напрежение се използват за разпределение на електрическата енергия в системи средно напрежение. Известно е, че в зависимост от номиналната величина на напрежението съществуват три йерархични нива при преноса на електроенергия - мрежи ниско напрежение (НН) - до 1,0 кV; средно напрежение (СН) - от 1,0 кV до 35 кV и мрежи за високо напрежение (ВН) - от 110 кV до 400 кV. Освен тях съществуват и още две мрежи - за свръхвисоко напрежение (СВН) - от 400 кV до 900 кV и за ултрависоко напрежение (УВН) - над 900 кV.

Характеристики на кабелите средно напрежение
Силовите кабели средно напрежение се произвеждат за напрежение от 660 V до 500 кV. Те са с медни и алуминиеви жила. Херметичната обвивка на жилата на кабелите може да бъде от олово, алуминий, полиетилен или каучук. Широко приложение намират кабелите с изолация от омрежен полиетилен, отговарящи на изискванията на IEC 502-83. Тези кабели са основно два вида - едножилни и двужилни, в зависимост от конструкцията на токопроводимите жила. От своя страна, едножилните кабели са с кръгли многожилни уплътнени жила или с кръгли плътни жила. Трижилните кабели са със секторни многожични жила, кръгли плътни жила и кръгли многожични уплътнени жила. Кабелите с изолация от омрежен полиетилен могат да бъдат класифицирани и в зависимост от конструктивното изпълнение на металния екран. Спрямо този признак те се поразделят в две групи. В първата група се включват едножилни кабели с метален екран от медни жици и медни контактни ленти, както и с метален екран от медни ленти. Втората група обединява трижилни кабели с общ за трите фази метален екран от медни ленти и трижилни кабели с метален екран поотделно за всяка фаза от медни ленти.
Основни електрически характеристики на силовите кабели са специфичното съпротивление, индуктивността и капацитетът
Капацитетът на кабели с екранирани фази или с жила с оловна обвивка с дължина 1 m се определя по формулата С = 2pere0/ln(R/r), където С е капацитетът на кабела (F/m); er е относителната електрическа проницаемост (например за хартиена изолация тя е 3,5-3,7), e0 е електрическа константа, чиято стойност е
8,85.10-12 F/m, а R и r са съответно радиусите на кабела до изолацията и на кабелните жила.
За определяне на специфичното съпротивление на кабелите обикновено се използва изразът
rq = r20 [1 + a(q-20)],
където r20  е специфичното съпротивление при температура 20 °С, измерено в Wmm2/m; a - температурен коефициент на съпротивлението, който за медта е равен на 0,00393/1°С, а за алуминия - 0,004/1°С.
Индуктивността на силовите кабели с жила, разположени във върховете на равностранен триъгълник, в симетрична трифазна система се определя по зависимостта
L = L1 + A.lgS/r,
където L е индуктивността на кабела, измерена в mH/km; L1 е параметър, чиято стойност се определя таблично, в зависимост от броя на проводниците в жилото; с А е означен параметър, който е равен на 0,463 за едножилни кабели и на 0,471 за трижилни кабели; с r е обозначен радиусът на тоководещите жила, а с S - разстоянието между центровете на жилата.
За определяне сечението на силовите кабели в разпределителната мрежа средно напрежение 6 - 35 кV обикновено се използват следните подходи - избор на сечение по икономична плътност на тока, избор на сечение по допустимо нагряване, избор на сечение по термична устойчивост. Избраното сечение на силовия кабел следва да съответства на най-голямата стойност, пресметната при използване на един от тези подходи.

Избор на сечение по термична устойчивост
За определяне сечението на силовите кабели по термична устойчивост обикновено се използва изразът Sту і Sизч = 103 IҐЦ(tф/(Аи max - Aи н). В него със Sизч е означено изчисленото сечение на кабела в mm2, IҐ е трайният ток на късо съединение в кА, Аи max и Aи н  са константи, които се определят в зависимост от началната и крайната температура, съответно преди и след късото съединение, tф е фиктивното време на късо съединение в секунди. Изборът на сечение на основата на характеристиката термична устойчивост е подходящ за кабели с релейна защита. Този подход се счита за не особено подходящ за кабели, защитавани с предпазители. Като основна причина за това се посочва фактът, че вложката се стопява за кратък период от време и кабелите не се нагряват до недопустими стойности на температурата.

Избор на сечение по допустимо нагряване
В този случай важи условието, че когато кабелите се полагат по трасета, имащи различни условия на охлаждане, сечението се пресмята за участъка с най-неблагоприятно охлаждане. Правилото се взема предвид, когато участъкът с най-неблагоприятно охлаждане има дължина по-голяма от 10 метра. При избор на сечение по допустимо нагряване се пресмятат максималните продължителни товари във всички участъци на разпределителната мрежа. Пресмятанията се правят при нормален и авариен режим на работа на електроснабдителната мрежа. Сечението на кабела се избира таблично на базата на стойността на допустимия ток на натоварване, който се изчислява по формулата Iдоп=Iм/(к1к2)[А], където с Iм в А е обозначен по-големият от максималните продължителни товари, определени в нормален и авариен режим на работа, а к1 и к2 са корекционни коефициенти на допустимия ток на кабелите, в зависимост от броя на паралелните кабели и температурата на околната среда.
При определяне на сечението на кабелите средно напрежение на основата на т.нар. икономична плътност на тока се използва формулата Suk = Im/Juk, в която Im в А е максималният продължителен ток при нормален режим на работа, Juk в А/mm2 е икономичната плътност на тока, а Suk е икономичното сечение на кабела в mm.
След определяне на сечението на силовия кабел на базата на един от трите описани подхода, следва проверка по допустима загуба на напрежение, която се определя в зависимост от нормираните допустими отклонения на напрежението на консуматорите по паспорт.

Изисквания при избора на трасе
Разпределителната мрежа средно напрежение се изпълнява предимно с кабелни линии, като една кабелна линия се състои от един или няколко кабела с принадлежащите им кабелни муфи, крайни глави, скрепителни съоръжения, заземителни и сигнални устройства и др. Изискванията при избора на трасето и начинът на полагане на силовите кабели са уточнени в Наредба 3 от 9 юни 2004 г. за устройството на електрическите уредби и електропроводните линии (публикувана в ДВ бр. 90 и бр. 91 от 2004 г., в сила от 13.01.2005 г.). В наредбата е упоменато, че при избиране на кабелното трасе се избягват по възможност участъци с агресивна среда спрямо кабелните обвивки, има стремеж към предотвратяване на опасността от механическо натоварване или вибрации, нагряване от странични източници на топлина.
В случай че няма възможност за избягването им, се предвиждат защитни мерки. Освен с изискванията в Наредбата, мястото, през което преминават силовите кабели и начинът на полагането им следва да се съобразят и с редица други изисквания, свързани с противопожарните строително-технически норми, правилника за устройството на електрическите уредби, изискванията на взвривобезопасност, указанията на завода-производител на кабели и т.н.

Полагане на кабелни линии
За полагане на кабелните линии на напрежение от 1 до 35 кV се използват земни изкопи, канали, тунели, естакади, тръби и бетонни блокове. В градските мрежи силовите кабели могат да се полагат съвместно с тръбопроводи в общи колектори. При избора на начин на полагане се съблюдава постигането на висока икономическа ефективност на електроснабдителната система. Постигането на тази цел обикновено е свързано с избора на метод, при който дължините на трасетата са максимално намалени и по-възможност са избегнати местата на пресичането им с други съоръжения.
За най-евтино и лесно за изпълнение се счита полагането на силовите кабели в земни изкопи. Дълбочината на земния изкоп се определя в зависимост от вида на терена и напрежението на силовите кабели. Кабелите се полагат директно върху дъното на изкопа или върху възглавница от мека пръст. Покриват се с пясък или пресята пръст. Разстоянията между положените в изкопа кабели са нормативно регламентирани. Препоръчително е в един изкоп да се положат не повече от шест броя силови кабели за напрежение от 1 до 20 кV. Допуска се към тях допълнително да се положат и контролни кабели, които е добре да бъдат не повече от четири на брой. В случай че силовите кабели са повече от шест, е възможно използването на два отделни изкопа. Характерно за полагането в земен изкоп е високото допустимо натоварване на силовите кабели.

За полагане на повече от шест силови кабела се препоръчва използването на кабелни канали
Този метод позволява при максимални размери на канала полагането на над 50 броя силови кабели. Каналите са подземни, покрити с пласт пръст или полуподземни. Полагането на кабелите се реализира върху носещи конструкции от едната или двете страни на кабела, както и директно върху дъното на канала. В зависимост от броя на полаганите кабели, каналите могат да бъдат проходими или непроходими. Непроходими канали се използват при полагането на 6 до 12 броя кабела. Когато броят на кабелите превишава 12 се препоръчва използването на проходими канали. За да се осигури безпроблемна експлоатация, кабелите се подреждат в кабелния канал в зависимост от изискванията на производителя. При полагането на кабели с различни напрежения следва най-отгоре да се поставят кабелите с високото напрежение, а под тях контролните кабели.

Полагане в кабелни тунели
Когато броят на кабелите е много голям, се препоръчва тяхното полагане в кабелни тунели. Този метод се явява един от най-скъпите и при използването му е необходимо стриктно спазване на противопожарните норми. Необходимо е в кабелните тунели да се предвидят сигнализатори за дим и топлина, както и пожарогасителни, автоматично действащи разтопяеми глави (дренчерни и спринклерни). Полагането на кабелите се реализира върху метални лавици, като най-отдолу се поставят контролни кабели, след това кабели до 1 кV и най-отгоре кабели за средно напрежение. От гледна точка на пожаробезопасността, отделните лавици се отделят с помощта на хоризонтални прегради, изработени от негорим материал.

Полагане по кабелни естакади
В случаите, когато съществуват ограничения в използването на някои от посочените методи, като наличие на блуждаещи токове, химически активна почва или други корозионни агенти, се използва полагането на кабелите по естакади.
Кабелните естакади представляват метални конструкции, върху които се полагат кабелите. Те са два вида - открити и закрити. Сред основните изисквания при проектирането на кабелните естакади е отчитане на степента на пожаро- и взривоопасност на околната среда, разположението на сградите, машините и съоръженията.
Общо изискване за кабелните канали, тунели и помещения е те да са снабдени с естествена или изкуствена вентилация. Също така следва да бъде спазено изискването те да имат минимален наклон на дъното от 0.1% към водосборното място или канализацията. Друго важно изискване е кабелните канали, тунели и естакади никога да не се запълват максимално. Минимум 15% от капацитета им следва да се оставя свободен с оглед осигуряване на възможност за полагане на допълнителен брой кабели.
При изграждане на кабелните линии се използват различни начини съобразно конкретните условия, но при спазването на общи изисквания и правила.

Предпазване на кабелите от механични повреди
За предпазване на кабелите от механични повреди, при монтажа и експлоатацията им е необходимо да се спазват определени изисквания, например, полагането на кабелите змиеобразно с резерв от 1 до 5% от общата дължина, при което оставянето на резерв във вид на кабелен пръстен не се допуска. За да се избегне недопустимото им нагряване, кабелите следва да се полагат на необходимото разстояние от затоплени повърхнини. Кабелите, положени хоризонтално върху носещи конструкции, следва да се закрепват в краищата до кабелните глави, от двете страни на кабелните муфи и завоите. Когато бронираните и небронираните кабели се полагат в места, в които съществува опасност от механичното им повреждане или допира на хора, е необходимо да се защитят с тръби. Също така, небронираните кабели се монтират с еластични подложки, като по този начин кабелните обвивки се предпазват от механични повреди и корозия. Предпазването на кабелите от корозия и от блуждаещи токове се реализира в съответствие с изискванията на Наредбата за защита на подземните метални съоръжения от корозия. Заземяването и зануляването на кабелите с метална обвивка се извършва в съответствие с изискванията, посочени в Наредба 3.

Кабелните линии, положени на открито
са изложени на прякото въздействие на слънчевата радиация, поради което освен от механични повреди е необходимо да се предвиди и защитата им от слънчевите лъчи. Подобни мерки могат да не се предприемат в случай че кабелите са с пластмасова изолация или поливинилхлоридна защитна обвивка.
Всяка кабелна линия следва да има име или номер. Когато кабелната линия се състои от няколко паралелни кабела, то всеки от тях има едно и също име (номер) и допълнителни букви, например А, Б, В и т.н. Открито положените кабели в канали, тунели, естакади и др. трябва да са означени трайно с маркировки (пластмасови, метални с нанесени върху тях тип на кабела, работно напрежение, сечение и номер).