Статьи

Авария энергосистемы Москвы 2005 года явилась следствием серьезного отставания технического перевооружения  электрических подстанций России. Одним из важных объектов такого отставания является кабельная канализация на электрических подстанциях. Разработанная несколько десятков лет назад, кабельная канализация до настоящего времени базируется на устаревших технических средствах. На рис.1 показана типичная картина состояния  кабельной канализации на многих электрических подстанциях России.

Рис.1  Типичное состояние кабельной канализации на   электрических   подстанциях  России

Анализ современного состояния кабельной канализации  на электрических подстанциях целесообразно увязать с анализом требований главы 2  "Правил устройства электроустановок" (ПУЭ)  и "Строительных норм и правил Электротехнические устройства" (СНиП 3.05.06-85)  в части кабельной канализации. Основные из этих требований определяют, что:

• в процессе монтажа в кабельной канализации и эксплуатации кабелей должно быть исключено возникновение в них опасных механических напряжений и повреждений (п.2.3.15  ПУЭ);
• элементы кабельной канализации на электроподстанциях должны выполняться из несгораемых материалов (п.2.3.18 ПУЭ);
• защитные плиты лотков кабельной канализации должны быть приспособлены для их подъёма и съёма (П.2.3.111 ПУЭ);
• в кабельной канализации электроподстанций  должна быть обеспечена возможность замены кабелей и проводов (п.2.1.19 ПУЭ);
• места соединения и ответвления кабелей и проводов должны быть доступны для осмотра и ремонта (п.2.3.112 ПУЭ);
• температура воздуха внутри кабельной  канализации должна быть не более чем на 100С  выше температуры  наружного воздуха (п.2.3.132 ПУЭ);
• выход кабелей из кабельной канализации к шкафам управления и защиты должны выполняться в трубах, не заглубленных в землю, или с применением уголка, швеллера и др. (п.2.3.111 ПУЭ);
• для проезда автотранспорта через кабельные лотки должны быть уложены железобетонные плиты (п.2.3.11 ПУЭ); 
• в кабельной канализации кабели рекомендуется прокладывать  целыми строительными длинами (п.2.3.120 ПУЭ);
• внутри кабельной канализации контрольные кабели и кабели связи следует размещать только под или только над силовыми кабелями, разделяя их несгораемой перегородкой с пределом огнестойкости не менее 0,25 часа (п.2.1.16,  п.2.3.80, п.2.3.120 ПУЭ); 
• в местах пересечения и ответвления кабельной канализации допускается прокладка контрольных кабелей и кабелей связи  и  под силовыми кабелями,  контрольные кабели допускается прокладывать рядом с силовыми кабелями напряжением до 1 кВ (п.2.3.120 ПУЭ); 
• при проектировании кабельной канализации должна быть предусмотрена возможность дополнительной прокладки  кабелей в размере не менее 15% от размещаемого по проекту для обеспечения замены, ремонта, дополнительной прокладки кабелей на весь период эксплуатации (п.2.3.112 ПУЭ); 
• элементы кабельной канализации должны  иметь  обработанную,  очищенную внутреннюю поверхность для предотвращения повреждений оболочек кабелей при их  затяжке в канализацию (п.2.3.110 ПУЭ).

Состояние кабельной канализации на большинстве электроподстанций  далеко от удовлетворения перечисленным  требованиям не только потому, что истек срок ее службы, но и главным образом потому, что использованные ранее технические средства для ее построения устарели морально, требуется использование новых технологий и материалов, которые появились в последние годы.  Обобщение перечисленных выше требований ПУЭ позволяет сделать следующие выводы:

• основным направлением создания усовершенствованной кабельной канализации должно быть направление, связанное с разработкой модернизированных  наземных железобетонных кабельных лотков;
• должны быть дополнительно разработаны технические средства для обеспечения пересечения и ответвления кабелей в кабельной канализации с предоставлением возможности быстрой замены и ремонта вышедших из строя кабелей в кабельной канализации;
• должны быть усовершенствованы крышки кабельных лотков, которые в существующем виде тяжелы,  подвержены механическим разрушениям, неудобны.

Для выбора технических решений усовершенствованной кабельной канализации  следует принимать во внимание типы и количество кабелей, которые прокладываются по территории открытых распределительных устройств (ОРУ)  электрических подстанций. По территории ОРУ прокладываются: кабели для питания постоянным и переменным током электроприводов силового оборудования, силовые кабели 6-10 кВ, контрольные кабели (цепи вторичной коммутации)  автоматических и автоматизированных систем технологического управления  -  АСТУ, кабели собственных нужд (освещения, сварочных постов и т.п.), кабели охранной и пожарной сигнализации.  Количество кабелей зависит от компоновки ОРУ и количества установленного на нем оборудования. Количество контрольных кабелей на отдельных направлениях может колебаться от 5  до  24, а всего на подстанциях с десятью воздушными линиями (ВЛ) напряжением 110  и  220 кВ надо уложить почти 200 строительных длин только контрольных кабелей.

Для подстанций класса напряжением 330 кВ на территории ОРУ количество прокладываемых кабелей может быть в два раза большим. Протяженность трасс кабельной канализации может достигать одного км на одной подстанции.

Конфигурация кабельной канализации включает в себя прямолинейные участки, участки с поворотом на 900,  места подключения кабелей к оборудованию, переходы через дороги. Модернизация кабельной канализации на старых электроподстанциях должна предполагать использование таких технических средств и новых лотков, которые не требовали бы сложных перестроек и новых  переукладок кабелей. При строительстве новых электроподстанций следует ориентироваться на новые технологии применение всех элементов усовершенствованной кабельной канализации.

Для выработки правильных решений при разработке усовершенствованной кабельной  канализации следует принять во внимание основные неисправности существующей лотковой кабельной канализации, а  они следующие:

• разрушение железобетонных элементов, в первую очередь крышек;
• разрушения в местах подключения кабелей к шкафом или к оборудованию;
• длительное наличие воды в канализации;
• смещение крышек лотков и их падения на кабели, находящиеся в лотках;
• незащищенность от механических и атмосферных воздействий мест разветвления кабелей;
• наличие открытых участков кабельной канализации;
• неправильная прокладка кабелей в лотках;
• сильная коррозия металлоконструкций кабельной канализации.

Последствия таких неисправностей очевидны: возможны повреждения изоляции кабелей,  лежащих в кабельной канализации.
Выделяется группа недостатков кабельной канализации, проявляющихся в процессе эксплуатации. К этой группе относятся, например, следующие недостатки:

• кабели, проложенные навалом в канализации, очень трудно заменять и ремонтировать;
• докладку новых кабелей и замену вышедших из строя осуществляют зачастую при снятии только части тяжелых крышек, а кабель протаскивают под оставшимися крышками, что может привести к задирам и повреждениям изоляции кабелей;
• кабельная канализация вопреки запретам используется в качестве "тропинок"  для прохождения эксплуатационного персонала, что может привести к смещениям, обрушениям крышек кабельной канализации.

Анализ зарубежного опыта строительства кабельной канализации на ОРУ электрических подстанций показывает, что основными особенностями кабельной канализации в передовых странах является применение более высококачественных материалов для изготовления лотков и крышек,  использование современных технологий строительства и использование для прокладки в лотках более надежных и стойких к механическим воздействиям кабелей. Исходя   из этого, основным направлением модернизации существующей кабельной канализации и строительства новой на российских электрических подстанциях является разработка усовершенствованных лотков и крышек для кабельной канализации и новых дополнительных технических средств для повышения функциональных возможностей кабельной канализации (устройств для  разветвления и пересечения кабелей).   Усовершенствованные лотки, крышки, вновь разрабатываемые устройства сочленения, разветвления направлений кабельной канализации должны быть оптимизированы по конструктивным размерам, используемым материалам и стоимостным показателям. Базовые конструкции усовершенствованной кабельной канализации должны предполагать возможности быстрой замены кабелей, проложенных в канализации, проведение технических мероприятий по защите кабелей от внешних электромагнитных влияний, увеличение срока службы.

Самым простым решением при модернизации кабельной канализации на старых электрических подстанциях является замена старых, изношенных лотков и крышек на новые лотки и крышки, изготовленные из бетонов с улучшенными характеристиками. Замену лотков и крышек следует производить полностью на всей протяженности локального прямолинейного участка таким образом, чтобы не допускать чередования на реконструированном участке старых и новых лотков.

При новом строительстве рекомендуется  использовать лотки и крышки новых конструкций, максимально учитывающих возможности новых технологий изготовления бетонных изделий. Лотки и крышки усовершенствованных конструкций представлены следующими видами:

• лоток из бетона с  улучшенными механическими характеристиками с прежними геометрическими размерами;
• лоток из фибробетона;
• лоток из бетона с улучшенными характеристиками с металлической арматурой, обеспечивающей заданную защиту от электромагнитных помех. С этой целью лотки имеют вывод металлических элементов для обеспечения электрического соединения друг с другом и/или  соединения с заземлением.

На рис.2 представлена одна из возможных конструкций такого лотка, которая предусматривает пазы в донной части,  в которые выведены петли от металлической арматуры лотка.  При установке таких лотков металлические петли могут быть  электрически соединены друг с другом для создания  электромагнитного экрана, который  может периодически присоединяться к заземлениям.  Пазы в этой конструкции обеспечивают роль дренажной системы для удаления попавшей в  лотки воды.

             Рис.2.   Конструкция лотка  усовершенствованного типа

Самым "уязвимым" местом кабельной канализации являются крышки  -  они подвергаются частым снятиям и установкам.  Для повышения их долговечности предлагаются два варианта:  вариант модификации крышек, при котором крышки изготавливаются из особо прочных бетонов и имеют усиленную металлическую арматуру,    и   вариант   облегченной   крышки  с   каркасом  в  виде металлического профиля, в который вставляются пластины из не поддерживающего горения композита типа "Армлен"  и  оцинкованная сетка с заданными размерами ячеек.

На рис.3 представлена конструкция облегченной крышки лотка. Для  фиксации крышки на лотке на ней предусмотрены металлические ограничители. Для обеспечения электрического соединения крышки с крышкой с их торцов предусмотрена установка специальных "защелок", что  позволяет создать общий электромагнитный экран кабельной канализации.

Рис.3.  Облегченная крышка кабельного лотка

Третьим базовым элементом усовершенствованной кабельной канализации является устройство сопряжения лотков на пересечениях секций кабельной канализации, основное назначение которых  -  обеспечить упорядоченное пересечение и изгибы кабелей в местах пересечений секций кабельной канализации. В целях унификации устройства сопряжения сконструированы на базе усовершенствованных лотков, но имеют выемки в одной или в двух боковых стенках лотка.  В тех случаях, когда устройства сопряжения на основе типовых лотков не позволяют обеспечить требуемые радиусы изгибов прокладываемых кабелей, предусматриваются устройства   сопряжения  больших размеров 1000х1000  и  2000х2000 мм.

Размер ячеек металлической сетки-арматуры лотков и крышек выбирается, исходя из расчетов электромагнитных влияний, имеющих    место   быть   на   электроподстанциях. При правильных подсоединениях и заземлениях металлический экран кабельной канализации позволяет снизить требования к контрольным кабелям и, следовательно, можно использовать более дешевые контрольные кабели.

Отдельной проблемой следует выделить надежность кабелей, прокладываемых в кабельной канализации. Требования к этим кабелям по негорючести  выливаются в необходимость использования изоляции из пластмасс, не поддерживающих горение, а как известно, срок службы таких пластмасс невысок. Необходимо провести работы по обеспечению значительного повышения срока службы кабелей, прокладываемых в кабельной канализации электрических подстанций.

В настоящее время подготовлены технические решения по организации производства средств усовершенствованной  кабельной канализации, которую  можно выполнить за   3-4  месяца. Составлен перечень необходимых разработок нормативно-технической документации по производству, установке, монтажу,  эксплуатации и ремонту усовершенствованной кабельной канализации. Технико-экономические расчеты подтверждают эффективность этой кабельной канализации несмотря на более высокие затраты на ее строительство по сравнению с существующей кабельной канализацией.

См также Описание кабельных лотков, разработанных ЗАО "Связьстройдеталь"