Кабели с бумажной изоляцией реферат

Обновлено: 02.07.2024

Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией (с вязкой пропиткой) имеют значительные ограничения по номинальному напряжению из-за интенсивных ионизационных процессов при переменном напряжении, и поэтому применяются в распределительных сетях России при напряжениях до 35 кВ включительно (за рубежом при напряжениях до 60 кВ).

В России силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжения до 35 кВ включительно выпускаются по ГОСТ 18410-73

(производители – заводы Камкабель, Севкабель, Иркутсккабель, Москабель и др.). Как уже отмечалось, эти кабели являются наиболее массовым видом продукции. Их доля составляет около 95 % от всех типов применяемых кабелей в распределительных сетях.

Кабели с вязкой пропиткой на напряжения до 10 кВ включительно (см. рис. 1) чаще всего выполняются трехжильными с поясной изоляцией и секторными медными или алюминиевыми жилами сечением от 6 до 240 мм2 и более (кабели марок ААГ, ААШв, АСБ, АСШв, CБ, CБШв и др.). Алюминиевые жилы могут быть однопроволочными во всем диапазоне сечений или многопроволочными уплотненными в диапазоне сечений от 70 до 240 мм2. Медные жилы изготавливаются в основном многопроволочными.

Кабель ААШв

7 – Подслой из битума и пленки ПЭТ; 8 – Наружный покров из ПВХ пластиката.

Кабель СБШв

Рис. 1. Элементы конструкции кабелей с поясной изоляцией на напряжение до 10 кВ:

Жила однопроволочная или многопроволочная, алюминиевая или медная;
Фазная бумажная изоляция, пропитанная вязким или не стекающим составом;
Заполнение из бумажных жгутов;
Поясная бумажная изоляция, пропитанная вязким или не стекающим составом;
Экран из электропроводящей бумаги для кабелей на напряжение 6 кВ и более;
Алюминиевая или свинцовая оболочка.
Подушка из битума и крепированной бумаги;
Броня из стальных лент;
Подслой из битума и ПЭТ пленки;
Наружный покров из ПВХ пластиката.

Изоляция кабелей состоит из лент кабельной бумаги на основе сульфатной целлюлозы толщиной 80, 120 и 170 мкм, пропитанной маслоканифольным составом. Для изготовления пропиточного состава используется кабельное масло или смесь нефтяных масел. В качестве загустителя используется канифоль, полиэтиленовый воск или полиизобутилен. Каждая фаза кабелей изолируется отдельно, а затем поверх скрученных изолированных жил накладывается общая, так называемая, поясная изоляция.

В кабелях на напряжение 6 кВ и выше на поясную изоляцию накладывается экран из полупроводящей бумаги. Промежутки между изолированными жилами в кабеле заполняются жгутами из сульфатной бу-маги.

В кабелях на напряжения 1 и 3 кВ толщина изоляции выбирается в основном из условия ее механической прочности.

Для кабелей на напряжение 1 кВ толщина фазной изоляции составляет 0,75–0,95 мм, а толщина поясной изоляции – 0,5–0,6 мм, для кабелей 3 кВ – 1,35 и 0,7 мм соответственно.

В кабелях на напряжения 6 и 10 кВ толщина изоляции выбирается с учетом напряженностей электрического поля в изоляции в рабочих и аварийных режимах (например, замыкание одной фазы на оболочку). Для кабелей 6 кВ толщина фазной и поясной изоляции составляет 2,0 и 0,95 мм, а для кабелей 10 кВ – 2,75 и 1,25 мм соответственно.

Основным недостатком бумажной пропитанной изоляции является ее большая гигроскопичность.

Для зашиты изоляции от увлажнения в процессе хранения, прокладки и эксплуатации кабели заключены в свинцовую или алюминиевую оболочку. В последнее время большинство кабелей изготавливаются в алюминиевой оболочке, т.к. алюминиевые оболочки достаточно герметичны, механически более прочны и более устойчивы к вибрационным нагрузкам по сравнению со свинцовыми оболочками. Однако кабели с алюминиевыми оболочками нельзя применять в условиях воздействия на них агрессивных сред.

Интересное видео о кабеле с бумажной изоляцией смотрите ниже:

Металлические оболочки, как правило, защищаются от коррозии и механических повреждений защитными покровами. Защитный покров кабелей состоит из подушки, брони и наружного покрова. Подушка защищает металлическую оболочку от коррозии, а также играет роль защиты от механических повреждений при наложении брони.

Броня может быть выполнена из стальных лент и из стальных оцинкованных круглых или плоских проволок.

Простейшая конструкция наружного покрова представляет собой чередующиеся слои битумного состава или битума, пропитанной кабельной пряжи или стеклянной пряжи, битумного состава и покрытия, предохраняющего витки кабелей от слипания на барабане (например, мелового покрытия).

Покровы типа Шв и Шп

Наиболее надежными являются наружные покровы типа Шв и Шп, которые имеют следующую конструкцию:

подклеивающий состав на основе битума,
пластмассовая лента
выпрессованный поливинилхлоридный или пластмассовый шланг.

Для прокладки кабелей в помещениях или местах с повышенной пожароопасностью битумные слои заменяются специальным негорючим составом (такие наружные покровы обозначаются индексом “нг” в марке кабеля, например кабель марки ААШнг). Применяются также наружные покровы пониженной горючести с пониженным дымо- и газовыделением (обозначаются индексом “нг-LS” в марке кабеля). Выбор типа защитного покрова определяется материалом оболочки кабеля, а также условиями его прокладки.

Кабели на напряжения 20 и 35 кВ изготавливаются либо в одножильном исполнении с круглыми алюминиевыми и медными жилами в свинцовой и алюминиевой оболочке (кабели марок ААГ, АСГ, СГ, ААШв), либо в трехжильном исполнении (см. рис. 2), при этом кабель скручивается из трех круглых изолированных жил, каждая из которых заключена в свинцовую оболочку (кабели марок АОСБ, ОСБ и др.).

Кабели с отдельно освинцованными жилами выпускаются с круглыми медными и алюминиевыми жилами сечением от 25 до 400 мм2 для кабелей 20 кВ и сечением от 120 до 400 мм2 для кабелей 35 кВ. Для кабелей этого типа применяют в основном многопроволочные уплотненные жилы. Для выравнивания электрического поля на поверхности жилы размещаются экраны из полупроводящей бумаги. Поверх изоляции также накладывается экран из полупроводящей бумаги, либо из металлизированной полупроводящей бумаги, либо из полупроводящей бумаги и алюминиевой или медной фольги.

Кабель АОСБ

Рис. 2. Элементы конструкции кабелей с отдельноосвинцованными жилами на напряжение 20 и 35 кВ:

Жила многопроволочная, алюминиевая или медная;
Экран из электропроводящей бумаги;
Фазная бумажная изоляция, пропитанная вязким или нестекающим составом;
Экран из электропроводящей бумаги;
Свинцовая оболочка.
Защитный слой из крепированой бумаги и полиэтилентерефталатной пленки;
Заполнение из кабельной пряжи;
Подушка из кабельной пряжи;
Броня из стальных лент;

Наружный покров из волокнистых материалов

В кабелях на напряжение 20 кВ толщина изоляции составляет 7,0 мм для жил сечением 25–95 мм2 и 6,0 мм для жил сечением 120–400 мм2.

В кабелях на напряжение 35 кВ толщина изоляции составляет 9,0 мм.

Толщина свинцовой оболочки в зависимости от сечения жилы находится в пределах 1,4–2,8 мм. Отдельно освинцованные жилы скручиваются с заполнением промежутков между ними пропитанной кабельной пряжей или стеклопряжей. Снаружи скрученные жилы с заполнением обматывают кабельной пряжей, а затем на них накладывают защитные покровы.

За рубежом получили также распространение так называемые Н-кабели (по первой букве немецкого изобретателя Хохштедтера). В Н-кабеле три изолированные и экранированные жилы скручиваются вместе и помещаются в общую свинцовую и гофрированную алюминиевую оболочку.

Н-кабели имеют несколько меньшие габариты и, соответственно, при этом уменьшается расход материалов на их изготовление. Однако по сравнению с ними кабели с отдельно освинцованными жилами являются более гибкими и имеют лучшие условия для теплоотвода.

Для прокладки на вертикальных и крутонаклонных трассах с большим перепадом уровней высот (более 15-25 м), где существует опасность стекания пропиточного состава в нижнюю часть трассы, применяются кабели с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом (кабели марок ЦААБШв, ЦААБл, ЦСБ, ЦАОСБГ и др.).

Нестекающий пропиточный состав имеет большую вязкость, что практически исключает его перемещение вдоль кабеля.

Кабели с бумажной изоляцией, пропи-танной нестекающим составом, выпускаются на напряжение 6, 10 и 35 кВ в одножильном и трехжильном исполнениях. Их конструкции принципиально не отличаются от конструкции обычных кабелей c вязкой пропиткой, но толщина изоляции этих кабелей несколько больше. Кроме того, для увеличения электрической прочности изоляции кабелей на напряжение 35 кВ делается градированной по толщине.

Силовые высоковольтные кабели с бумажной изоляцией в свинцовой оболочке и кабельные муфты

Силовые кабели предназначаются для передачи и распределения электроэнергии по району и для подводки ее к токоприемникам.

Хотя кабельные более дорогие в процессе прокладки, чем воздушные линии, они все чаще используются в качестве приоритетного решения. Сегодня высоковольтные кабели в основном эксплуатируются на уровнях напряжения 380 кВ, 110 кВ, 35кВ, 20 кВ, 10 кВ и 400 В.

В то время как сегодня производятся почти только кабели с пластиковой изоляцией и оболочкой из сшитого полиэтилена, классический высоковольтный кабель представляет собой так называемый бумажный свинцовый кабель.

Кабели из сшитого полиэтилена начали широко прокладывать еще до 1980-х годов, хотя в некоторых странах этот процесс начался позже. Одна особенно примечательная особенность этого уровня напряжения - огромное разнообразие альтернативных типов полимерных кабелей.

Силовые кабели с бумажной изоляцией (слева) по сравнению с кабелем из сшитого полиэтилена

Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией

Свинцовые кабели с бумажной изоляцией имеют практически одинаковую базовую структуру для уровней напряжения от 400 В до 35 кВ. Они использовались для передачи энергии с момента появления систем первого электроснабжения в конце XIX века.

Бронированный силовой кабель в свинцовой оболочке начала XX века

Для рабочего напряжения до 35 кВ включительно такие кабели изготавливались с изоляцией из пропитанной масло-канифольным составом кабельной бумаги в свинцовой оболочке и броне в зависимости от условий прокладки.

Кабели и провода, прокладываемые на кораблях, применяемые в добывающей и обрабатывающей промышленности и в сельском хозяйстве, делались преимущественно с резиновой или пластмассовой изоляцией в гибком шланге из резины или полихлорвинила.

По числу жил различают силовые кабели: одно-, двух-, трех- и четырехжильные. Токопроводящие жилы могут быть одно и многопроволочные, а по форме — круглые, секторные, сегментные и овальные.

Как уже было сказано выше, трехжильный освинцованный кабель на напряжение до 6 кВ появился в конце XIX века. Сначала это был кабель с круглыми медными жилами, толстым слоем бумажно-пропитанной изоляции на жилах и такой же толщины общим (поясным) слоем изоляции поверх скрученных вместе изолированных жил, т. е. под свинцовой оболочкой.

Пример свинцового кабеля на рекламе Kabelwerke Brugg с 1927 года

Прокладка кабеля напряжением 30 кВ в Германии в 1928 году

Развитие силового кабеля шло по линии повышения рабочего напряжения кабеля и надежности его работы, однако, не за счет дальнейшего увеличения толщины изолирующего слоя, а за счет повышения качества и улучшения использования изолирующего материала в кабеле.

Улучшение экономических показателей кабеля, т. е. в первую очередь снижение его стоимости, определялось экономией основных материалов за счет лучшего их использования и улучшения технологического процесса (сокращение производственного цикла, снижение отходов и брака в производстве).

В двадцатых годах XX века круглые жилы в многожильных силовых кабелях были заменены жилами сегментной и секторной формы, так как уровень кабельного производства настолько повысился к этому времени, что появилась возможность изготовлять надежные в эксплуатации силовые кабели с жилами некруглой формы до 10 кВ включительно.

Основным типом силового кабеля с бумажной пропитанной изоляцией является кабель с секторными жилами.

Этот кабель имеет слой изоляции на каждой жиле (фазовая изоляция) и общий слой изоляции поверх трех скрученных вместе изолированных жил (поясная изоляция). Такой кабель называется кабелем с поясной изоляцией или по виду электрического поля в нем — кабелем с нерадиальным полем, а по типу пропитки — кабелем с вязкой пропиткой.

Для обозначения кабеля этого типа употребляются условные обозначения (марки) в зависимости от рода брони и наружного покрова, например:

СГ— кабель без брони и каких-либо покровов поверх свинца,
СА — поверх свинцовой оболочки наложен слой асфальта,
СБ — поверх свинца наложена броня из двух стальных лент и покров из пропитанной битумом кабельной пряжи (джута),
СБГ — то же, что и в предыдущей конструкции, но без джутового покрова поверх брони,
ОП и СK — кабель с броней из плоских или круглых проволок.

Первая буква марки указывает на наличие оболочки, а последняя — на род защитных покровов.

С целью экономии свинца за счет уменьшения диаметра в многожильных силовых кабелях (двух-, трех- и четырехжильных) токопроводящие жилы кабеля делают не круглой, а секторной или сегментной формы.

Трехжильный кабель с секторными жилами имеет примерно на 15% меньший диаметр, чем кабель с круглыми жилами такого же сечения. Экономия на свинце, полученная в результате введения секторных жил, в трехжильных кабелях в среднем может быть оценена в 20%.

Жилы трехфазного кабеля могут иметь форму овала, приближающегося к эллипсу. Преимущество такой формы жилы состоит в том, что овальная жила не имеет таких острых углов, как секторная жила.

Применение жилы овальной формы в кабелях высокого напряжения 35 кВ может обеспечить до некоторой степени компенсацию тепловых изменений пропитывающего состава в изолирующем слое кабеля и тем самым повысить качество кабеля.

Основными изолирующими материалами, из которых на кабельном заводе изготовляется изолирующий слой силового кабеля, являются кабельная бумага и прочитывающий состав.

Пропитка бумажного слоя кабеля производится с целью замены воздуха в бумаге и между слоями бумажных лент более прочным в электрическом отношение минеральным маслом или каким-либо другим пропитывающим составом.

Роль бумаги состоит не только в том, что она удерживает пропитывающий состав. Наличие бумаги в изолирующем слое кабеля дает возможность получить изолирующий слой, пробивная прочность которого примерно в 3 раза превышает пробивную прочность пропитывающего состава.

Кабельная бумага, применяемая для изготовления изолирующего слоя силовых кабелей, должна обладать определенными механическими свойствами, обеспечивающими плотное наложение бумажных лент на жилу кабеля, физическими свойствами, необходимыми для правильного проведения процесса пропитки, и не должна содержать примесей, понижающих электрические свойства бумаги после пропитки.

Конструкция кабеля 20 и 35 кВ с поясной изоляцией не может обеспечить достаточной надежности в эксплуатации главным образом из-за наличия тангенциальных составляющих градиента в изоляции кабеля, вызванных нерадиальностью электрического поля.

На это напряжение применяется конструкция с тремя скрученными вместе освинцованными жилами в общей ленточной броне, условно обозначаемая маркой ОСБ. Эта конструкция впервые была предложена в 1923 г. С А. Яковлевым и С М. Брагиным.

Высоковольтный кабель на напряжение выше 20 кВ всегда изготовливался по типу одножильного кабеля, т. е. с радиальным электрическим полем, так как в этом случае надежность работы кабеля при высоком, напряжении имеет особо важное значение.

Для 110 и 220 кВ преимущественно применялись кабели маслонаполненного типа главной особенностью которых является то, что бумажная изоляция этого кабеля пропитывается маловязким минеральным маслом, которое может легко перемещаться вдоль кабеля по центральной полой жиле под влиянием создаваемого в кабеле избыточного давления.

При изменении температуры кабеля легкоподвижное масло позволяет компенсировать с помощью подпитывающей аппаратуры температурные изменения объема в изолирующем слое, которые в кабеле с вязкой пропиткой приводят к образованию пустот и пробою.

Наличие полой жилы дает возможность высушить и про питать кабель в производстве так, что в нем практически не остается никаких пузырьков и включений газа.

По изготовлении кабель наматывается на барабан и присоединяется к специальному бачку с маслом, находящемуся под некоторым положительным давлением. Благодаря такому устройству в кабеле не образуются газовые включения даже при значительных изменениях температуры.

Современный кабель ОСБ-35 3х120 на напряжение 35 кВ

Кабельные муфты

Чтобы кабели можно было соединить с другим оборудованием или друг с другом, предусмотрены кабельные наконечники и соединительные муфты.

Поскольку кабели изготавливаются ограниченной длины, необходима соединительная арматура - так называемые кабельные муфты. Задача кабельной муфты - соединить два конца кабеля друг с другом.

Демонстрационный образец кабельной муфты на 30 кВ из музея в Лейпциге, который в открытом состоянии показывает, как устроено такое кабельное соединение:

Прямое соединение алюминиевого проводника сваривается и обрабатывается алюминиевым напильником. В случае медных проводников так называемые паяльные втулки помещаются на жилы кабеля и припаиваются.

Оголенные металлические жилы вручную оборачивают масляной бумагой шириной от 10 до 30 мм до тех пор, пока толщина изоляции не будет в 2,5 раза больше толщины изоляции кабеля.

Перед намоткой кабельный компаунд и бумагу необходимо нагреть до 130 градусов для того что бы выкипела влага. Для этого использовались открытые печи на древесном угле. Конечно, это было возможно только на открытом воздухе.

Чтобы влага не проникала в гильзы, используется заводская внутренняя гильза из свинца или оцинкованной стали для соединения свинцовых оболочек и их плотной пайки.

Незадолго до окончания процесса пайки в отверстие заливается кабельный компаунд, чтобы избежать образования воздушных карманов.

При проведении процесса пропитки силового кабеля должны быть приняты все меры к тому, чтобы испарить до пропитки оставшуюся в изолирующем слое влагу и наиболее полно пропитать весь изолирующий слой кабеля, сведя до минимума воздушные включения, которые могут образоваться в изолирующем слое во время п ропитки.

Пропитывающий состав должен подвергаться периодической очистке от механических примесей, вакуумной обработке для удаления влаги, приобретенной в процессе пропитки кабеля, и дегазации для удаления растворенного в нем газа (воздуха).

После охлаждения не менее 3 часов установленная розетка может использоваться в течение очень долгого времени (30 лет и более).

Подробнее про устройтсво и технологию монтажа кабельных муфт для силовых кабелей смотрите здесь: Соединительные муфты для силовых кабелей

Назначение: Для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках в электрических сетях на переменное напряжение 1, 6 и 10 кВ частотой 50 Гц. Кабели также могут быть использованы в электрических сетях постоянного тока. Вид климатического исполнения УХЛ 1, 5 и Т 1, 5, включая прокладку в почве.

ГОСТ: кабель силовой с пропитанной бумажной изоляцией соответствует ГОСТ 18410-73.

Количество жил. Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1-10 кВ выпускается трех- и четырехжильными с секторными жилами, так называемые кабели с поясной изоляцией. Такие кабели выпускаются с медными и алюминиевыми жилами сечением от 6 до 240 кв.мм. Алюминиевые жилы могут быть монолитными, однопроволочными, одножильными (ож) во всем диапазоне сечений. Кроме того, в диапазоне от 70 до 240 кв.мм выпускаются также кабели с многопроволочными(мп) уплотненными жилами. Медные жилы изготавливаются в основном многопроволочными (мп), однако в диапазоне сечений от 6 до 50 кв.мм применяются монолитные, одножильные (ож) жилы.

Изоляция кабелей состоит из лент кабельной бумаги, пропитанной маслоканифольным составом. В кабелях на напряжение 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. Основным недостатком бумажной пропитанной изоляции является ее большая гигроскопичность, поэтому для защиты изоляции от увлажнения в процессе хранения, прокладки и эксплуатации кабели заключаются в металлическую оболочку.

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. Стекание состава происходит в основном по промежуткам между проволоками в скрученных многопроволочных жилах, а также в зазоре между металлической оболочкой и изоляцией и в меньшей степени внутри самой бумажной изоляции.

В верхних участках трассы, таким образом, уменьшается электрическая прочность кабеля вследствие возникновения воздушных зазоров в изоляции. В нижних участках трассы из-за повышенного давления прочного состава возможна разгерметизация кабеля. Поэтому кабели с бумажной пропитанной изоляцией обычной конструкции можно прокладывать на трассах с разностью уровней между высшей и низшей точками расположения кабелей не более 15-25 м. В случае, если разность уровней выше, необходимо применять кабели с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом.

Силовые кабели состоят из следующих основных элементов: токопроводящих жил (ТПЖ), изоляции, оболочек и защитных покровов. Помимо основных элементов в конструкцию силовых кобелей могут входить экраны, нулевые жилы, жилы защитного заземления и заполнители.

Токопроводящие жилы предназначены для прохождения электрического тока, они бывают основными и нулевыми. Основные жилы применяются для выполнения основной функции кабеля – передачи по ним электроэнергии. Нулевые жилы предназначены для протекания разности токов фаз (полюсов) при неравномерной их нагрузке. Они присоединяются к нейтрали источника тока.

Жилы защитного заземления являются вспомогательными жилами кабеля и предназначены для соединения не находящихся под рабочим напряжением металлических частей электроустановки, к которой подключен кабель, с контуром защитного заземления источника тока.

Изоляция представляет собой слой диэлектрика (пропитанной бумаги, пластмассы, резины и т. д.), наложенный на токопроводящую жилу. Служит для обеспечения необходимой электрической прочности токопроводящих жил кабеля по отношению друг к другу и к заземленной оболочке (земле).

Экраны используются для защиты внешних цепей от влияния электромагнитных полей токов, протекающих по кабелю, и для обеспечения симметрии электрического поля вокруг жил кабеля.

Заполнители предназначены для устранения свободных промежутков между конструктивными элементами кабеля в целях герметизации, придания необходимой формы и механической устойчивости конструкции кабеля.

Оболочки защищают внутренние элементы кабеля от увлажнения и других внешних воздействий.

Защитные покровы предназначены для защиты оболочки кабеля от внешних воздействий. В зависимости от конструкции кабеля в защитные покровы входят подушка, бронепокров и наружный покров.

Силовые кабели удобно классифицировать по номинальному напряжению, на которое они рассчитаны; классификационными признаками могут служить также вид изоляции и конструктивные особенности кабелей (см. рис. 1.1).

Все силовые кабели по номинальному рабочему напряжению можно условно разделить на две группы. В группу низкого напряжения кабелей включены кабели, предназначенные для работы в электрических сетях с изолированной нейтралью переменного напряжения 1, 3, 6, 10, 20 и 35 кВ частотой 50 Гц. Эти же кабели могут быть использованы в сетях переменного напряжения с заземленной нейтралью и в сетях постоянного напряжения. Такие кабели выпускаются в России с бумажной пропитанной, пластмассовой и резиновой изоляцией, причем наиболее перспективным видом изоляции является пластмассовая.

Рис. 1.1. Классификация силовых кабелей

Кабели с пластмассовой изоляцией более просты в изготовлении, удобны при монтаже и в эксплуатации. Производство силовых кабелей с пластмассовой изоляцией в настоящее время значительно расширяется. Силовые кабели с резиновой изоляцией выпускаются в ограниченном количестве. Кабели низкого напряжения в зависимости от назначения выпускаются в одножильном, двухжильном, трехжильном и четырехжильном исполнении (рис. 1.2–1.4).

Рис. 1.2. Двухжильные кабели с круглыми (а) и сегментными (б) жилами

Одножильные и трехжильные кабели предназначены для работы в сетях напряжением 1–35 кВ, двух- и четырехжильные кабели используются в сетях напряжением до 1 кВ.

Рис. 1.3. Трехжильные кабели с круглыми (а) и секторными (б) жилами

Четырехжильный кабель предназначен для четырехпроводных сетей переменного напряжения. Четвертая жила в нем является заземляющей или зануляющей, поэтому ее сечение, как правило, меньше сечения основных жил. Однако при прокладке кабелей во взрывоопасных помещениях и в некоторых других случаях сечение четвертой жилы выбирается равным сечению основных жил.

Рис. 1.4. Четырехжильные кабели

В группу кабелей высокого напряжения включены кабели, предназначенные для работы в сетях переменного напряжения 110, 220, 330, 380, 500, 750 кВ и выше, а также кабели постоянного напряжения кВ и выше. Основная масса кабелей высокого напряжения в России в настоящее время изготовляется с пропитанной маслом бумажной изоляцией – это маслонаполненные кабели низкого и высокого давления. Высокая электрическая прочность изоляции этих кабелей обеспечивается избыточным давлением масла в них. Однако за рубежом получили также распространение газонаполненные кабели, в которых используется газ, как в виде изолирующей среды, так и для создания избыточного давления в изоляции. Кабели высокого напряжения с пластмассовой изоляцией являются наиболее перспективными, однако проблема создания таких кабелей на напряжения 110 кВ и выше в настоящее время еще полностью не решена.

Маркировка силовых кабелей обычно включает буквы, указывающие на материал, из которого изготовлены жила, изоляция, оболочка, и тип защитного покрова. Маркировка кабелей высокого напряжения отражает также особенности его конструкции.

Медные токопроводящие жилы в маркировке кабелей не отмечаются специальной буквой, алюминиевая жила обозначается буквой А, стоящей в начале маркировки. Следующая буква марки кабеля указывает на материал изоляции, причем бумажная пропитанная изоляция не имеет буквенного обозначения, полиэтиленовая изоляция обозначается буквой П, поливинилхлоридная – буквой В, а резиновая изоляция – буквой Р. Далее следует буква, соответствующая типу защитной оболочки: А – алюминиевая, С – свинцовая, П – полиэтиленовый шланг, В – оболочка из поливинилхлорида, Р – резиновая оболочка. Последние буквы указывают на тип защитного покрова.

Например, кабель марки СГ имеет медную жилу, бумажную пропитанную изоляцию, свинцовую оболочку, защитные покровы отсутствуют. Кабель марки АПАШв имеет алюминиевую жилу, изоляцию из полиэтилена, алюминиевую оболочку и шланг из поливинилхлоридного пластиката. Маслонаполненные кабели в своем обозначении содержат букву М (в отличие от газонаполненных – буква Г), а также букву, указывающую на характеристику давления масла в кабеле и связанные с этим особенности конструкции. Например, кабель марки МНС – это кабель маслонаполненный, низкого давления, в свинцовой оболочке с упрочняющим и защитным покровом или кабель марки МВДТ – маслонаполненный кабель высокого давления в стальном трубопроводе.

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 мм 2 .

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 мм 2 на напряжение 20 кВ и 120 – 150 мм 2 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 мм 2 . 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 мм 2 . 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 мм 2 , 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.

Читайте также: