Силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией

на напряжение 1 – 35кВ

Силовые кабели с поясной изоляцией. Основная масса силовых кабелей на напряжение до 10 кВ выпускается трехжильными с секторными жилами, так называемые кабели с поясной изоляцией (рис. 1.5). Такие кабели выпускаются с медными и алюминиевыми жилами сечением от 6 до 240 мм².

Рис. 1.5. Трехжильный кабель с поясной изоляцией:

1 – жила; 2 – фазная изоляция; 3 – поясная изоляция;

4 – металлическая оболочка; 5,6 – защитные и упрочняющие покровы

В последние годы медь стала остродефицитной, поэтому в кабельной промышленности наиболее широко применяется алюминий, как для токопроводящих жил, так и для оболочек.

Электропроводность алюминия в 1,65 раза меньше, чем у меди, однако и плотность его в 3,3 раза меньше плотности меди, что позволяет получить алюминиевые жилы с одинаковым электрическим сопротивлением в 2 раза легче медных. В настоящее время 85 % силовых кабелей с пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией на напряжение 1 кВ и выше изготавливаются с алюминиевыми токопроводящими жилами. Изготовление однопроволочных алюминиевых жил в виде сплошного сектора дает большой экономический эффект в кабельной промышленности. Применение таких жил позволяет уменьшить диаметр кабеля, кроме того, при изготовлении таких жил повышается производительность труда, так как по сравнению с изготовлением многопроволочных жил сокращается объем волочильных операций и исключается операция скрутки жил. Сплошные секторные жилы имеют большую жесткость, чем скрученные, кроме того, несколько повышается трудоемкость монтажа кабелей с такими жилами. Однако, как показали исследования, жесткость кабеля в основном определяется не токопроводящими жилами, а, прежде всего материалом и конструкцией оболочки.

Изоляция кабелей состоит из лент кабельной бумаги, пропитанной маслоканифольным составом. В кабелях на напряжения 1–10 кВ каждая фаза изолируется отдельно, а затем поверх скрученных изолированных жил накладывается общая – поясная изоляция. Промежутки между изолированными жилами заполняются жгутами из сульфатной бумаги. Электрическое поле в кабелях с поясной изоляцией имеет сложный вид. Силовые линии поля в некоторых областях сечения кабеля не перпендикулярны слоям бумаги, поэтому появляется тангенциальная составляющая электрического поля в изоляции.

Выпускаемые в России кабели предназначены для работы в сетях с изолированной нейтралью. При этом в аварийном режиме напряжение между соседними неповрежденными фазами будет равно напряжению между этими фазами и оболочкой и равно линейному напряжению сети. Действительно, при замыкании одной из фаз на оболочку при изолированной нейтрали последняя приобретает потенциал поврежденной фазы. Следовательно, чтобы в аварийном режиме обеспечить примерное равенство средних напряженностей электрического поля в фазной и поясной изоляции, необходимо выбрать их равной толщины. Однако с учетом того, что аварийные режимы работы кабелей носят кратковременный характер, допускается некоторое увеличение напряженности поля в изоляции кабелей при кратковременных повышениях напряжения.

Основным недостатком бумажной пропитанной изоляции является ее большая гигроскопичность, поэтому для защиты изоляции от увлажнения в процессе хранения, прокладки и эксплуатации кабели заключают в металлическую оболочку. В России силовые кабели выпускаются в свинцовой и алюминиевой оболочках.

Кабели с алюминиевыми оболочками значительно легче кабелей со свинцовыми оболочками (плотность алюминия в 4,2 раза меньше, чем плотность свинца).

Высокая электропроводность алюминия дает возможность использовать алюминиевые оболочки в качестве четвертой жилы кабеля, что обеспечивает значительную экономию алюминия, изоляционных и защитных покровов. Однако кабели с алюминиевыми оболочками нельзя применять в условиях воздействия на них агрессивных сред (пары щелочи, концентрированные щелочные растворы). В таких условиях необходимо применять кабели в свинцовых оболочках.

Опыт изготовления и монтажа кабелей с алюминиевой оболочкой диаметром свыше 40 мм выявил их чрезмерную жесткость. Применение гофрированной оболочки увеличивает гибкость кабелей, однако при прокладке таких кабелей на наклонных трассах возможно стекание по гофрам пропиточного состава и образование воздушных включений в изоляции кабеля. В связи с этим гофрированные оболочки можно использовать только в кабелях, изоляция которых пропитана нестекающими составами.

Кабели с радиальным электрическим полем на напряжения 20 и 35 кВ. С увеличением рабочего напряжения возрастают напряженности электрического поля в изоляции кабеля, и при напряжениях больше 20 кВ значения тангенциальной составляющей напряженности поля в кабелях с поясной изоляцией близки к значениям, при которых возможен пробой изоляции. В связи с этим кабели на напряжения 20 и 35 кВ изготовляются либо в одножильном исполнении с круглыми алюминиевыми или медными жилами в свинцовой и алюминиевой оболочке, либо в трехжильном исполнении, при этом кабель скручивается из трех круглых изолированных жил, каждая из которых имеет свинцовую оболочку. В изоляции этих кабелей электрическое поле радиальное, при этом продольная составляющая напряженности поля практически отсутствует, что позволяет изготовлять кабели с бумажной изоляцией, пропитанной вязким маслоканифольным составом, на напряжения 20 и 35 кВ.

Выпускаемые в России трехжильные кабели с радиальным электрическим полем (так называемые кабели с отдельно освинцованными жилами) имеют марки ОСБ, АОСБ (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Трехжильный кабель с отдельно освинцованными жилами:

1 – жила; 2 – изоляция; 3 – свинцова оболочка; 4 – заполнение;

5 – проволочная броня

Кабели с отдельно освинцованными жилами выпускаются только с круглыми медными или алюминиевыми жилами сечением 25 – 185 мм² на напряжение 20 кВ и 120 – 150 мм² на напряжение 35 кВ. Для кабелей типа ОСБ применяют в основном многопроволочные жилы, причем лучшие характеристики имеют кабели с уплотненными жилами.

Алюминиевые оболочки для подобных кабелей из-за своей жесткости пока применения не нашли.

Кабели для вертикальных прокладок. При прокладке кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на трассах с большим перепадом уровней существует опасность стекания пропиточного состава в нижнюю часть трассы. В верхних участках трассы, таким образом, уменьшается электрическая прочность кабеля вследствие возникновения воздушных зазоров в изоляции. В нижних участках трассы из-за повышенного давления пропиточного состава возможна разгерметизация кабеля. Уменьшения эффекта стекания пропиточного состава можно добиться следующими мероприятиями: применением стопорных муфт при соединении строительных длин кабеля; уменьшением объема пропиточного состава в кабеле; увеличением вязкости пропиточного состава.

Некоторые общие требования к кабелям с бумажной пропитанной изоляцией на 1 – 35 кВ. Указанные кабели предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды ±50 °С. При прокладке кабелей минимальный радиус изгиба не должен превышать 15-кратного наружного диаметра кабеля для многожильных кабелей в свинцовой оболочке и 25-кратного – для остальных кабелей. Длительно допустимая температура жил кабелей на напряжение 1–35 кВ, так называемая рабочая температура, устанавливается равной 50 °С для 35 кВ и 80 °С для 1–3 кВ.

Гарантированный срок службы кабеля составляет не менее 25 лет.

Достоинства: высокие электрические параметры; большая надежность в эксплуатации.

Недостатки: технологический процесс изготовления сложен и малопроизводителен; кабели изготовляются только в металлической оболочке, так как пропитанная бумага невлагостойкая, что значительно удорожает и утяжеляет их конструкцию; из-за стекания пропиточного состава в кабелях имеются ограничения при вертикальных прокладках.

1.4. Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 1 – 35кВ

Применение пластмасс для изоляции силовых кабелей позволяет значительно упростить технологию их изготовления. Пластмассовая изоляция может быть наложена на токопроводящие жилы методом выдавливания (экструзии) на червячных прессах. Этот процесс значительно более производителен, чем изолирование методом обмотки лентами. Кроме того, при этом отпадает необходимость сушки и пропитки изоляции. Применение пластмасс позволяет также облегчить конструкцию кабелей, упростить прокладку и монтаж, а также производить прокладку на трассах с большой разностью уровней.

Основными материалами, применяемыми для замены пропитанной маслом бумажной изоляции, являются полиэтилен, поливинилхлорид и этиленпропиленовая резина.

Одним из наиболее перспективных материалов для изоляции кабелей является полиэтилен. Этот материал обладает целым рядом преимуществ по сравнению с другими материалами: высокая электрическая прочность; малые значения плотности, е_r и tgδ; хорошая гибкость; влагостойкость. Следует отметить также, что из всех известных полимерных материалов в настоящее время только полиэтилен может быть получен очень чистым, содержащим минимальное количество примесей, что позволяет применять его в изделиях, предназначенных для работы при высоких напряженностях электрического поля.

Наиболее пригодным материалом для изоляции кабелей является сшитый полиэтилен, т.е. полиэтилен, имеющий пространственную структуру молекул. Электрические свойства его находятся на уровне свойств термопластичного полиэтилена, а нагревостойкость выше.

В России силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 0,66–6 кВ, предназначенные для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках, выпускаются с алюминиевыми и медными жилами сечением от 1,5 до 240 мм². Жилы этих кабелей могут быть круглыми и секторными. В качестве изоляции могут быть использованы поливинилхлоридный пластикат и вулканизированный полиэтилен.

Для защиты от влаги и механических повреждений кабели имеют пластмассовую или алюминиевую оболочку.

Кабели такого типа предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды от –50 до +50°С. Допустимый нагрев жил кабелей в аварийном режиме, не превышающем 8 ч в сутки и не более 1000 ч за срок службы, не должен превышать 80°С для изоляции из поливинилхлоридного пластиката и полиэтилена и 130°С – для изоляции из вулканизированного полиэтилена.

Силовые кабели на напряжение 10–35 кВ выпускаются, как правило, с изоляцией из вулканизированного полиэтилена как одножильными, так и трехжильными. Наиболее часто используются одножильные кабели, которые поставляются большими строительными длинами, более просты в монтаже и эксплуатации (с точки зрения выполнения ремонтных работ).

Отечественные одножильные кабели с изоляцией из вулканизированного полиэтилена на напряжение 10 кВ выпускаются с алюминиевыми токопроводящими жилами сечением 120–240 мм². Оболочка толщиной 1,9–2,1 мм может быть выполнена, к примеру, из поливинилхлоридного пластиката или поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести. Номинальная толщина изоляции 4 мм. Электропроводящие экраны по жиле и по изоляции имеют номинальную толщину 0,7 мм. Длительная рабочая температура не должна превышать 90 °С.

Аналогичную конструкцию имеют и отечественные кабели на напряжение 35 кВ. В качестве изоляции используются вулканизированный полиэтилен, в качестве оболочки – полиэтилен или поливинилхлоридный пластикат. При наличии значительных растягивающих усилий в эксплуатации применяется броня из круглых стальных оцинкованных проволок. Сечения жил кабелей – от 95 до 240 мм², токопроводящие жилы – медные или алюминиевые. Толщина изоляции – 7 мм; толщина электропроводящего экрана по жиле – 1,0 мм, по изоляции – 0,4 мм. Номинальная толщина оболочки должна составлять 2,3–2,5 мм.

Дата добавления: 2015-07-10