Холянов В.С., Холянова О.М. Основы электроэнергетики

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 3.4. Трёхжильный кабель с поясной изоляцией из пропитанной бумаги:

1 – жилы; 2 – изоляция жил; 3 – заполнитель; 4 – поясная изоляция;

5 – защитная оболочка; 6 – бумага, пропитанная компаундом;

7 – семиленточная броня; 8 - пропитанная кабельная пряжа

Такие кабели выпускаются с медными и алюминиевыми жилами сече-

нием от 6 до 240 мм

. Алюминиевые жилы могут быть однопроволочными во

всём диапазоне сечений, кроме того, в диапазоне 70-240 мм

выпускаются такие

кабели с многопроволочными уплотнёнными жилами. Медные жилы

выпускаются в основном многопроволочными, однако в диапазоне сечений от 6

до 50 мм

применяются также однопроволочные жилы. Используют медные

жилы в тех случаях, когда это предусмотрено требованиями ПУЭ, например, во

взрывоопасных зонах классов В-1 и В-1а.

Для изоляции жил применяют кабельную бумагу, пропитанную вязким

составом, резину и пластмассу (поливинилхлорид и полиэтилен).

Для крутонаклоненных и вертикальных трасс, где возможно стекание

пропиточного состава и как следствие ослабление изоляции жил кабеля в

верхней части трассы и выпучивание оболочки на нижнем уровне, применяют

кабели с обеднённой пропиткой бумажной изоляции или кабели с изоляцией,

пропитанной нестекающей стекловидной массой на основе церезина. Для

кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией жил перепады уровней

трассы не ограничивают.

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 появляются тангенциальная состав-

ляющая электрического поля в изоляции, что существенно ослабляет изоляцию

в этих местах.

Выпускаемые в нашей стране кабели предназначены для работы в сетях с

изолированной нейтралью. При этом в аварийном режиме напряжение между

соседними поврежденными фазами будет равно напряжению между этими

фазами и оболочкой и равно линейному напряжению сети. Действительно, при

замыкании одной из фаз на оболочку в случае изолированной нейтрали

последняя приобретает потенциал повреждённой 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 кабе-

лей носят кратковременный характер, допускается некоторое увеличение

напряженности поля в изоляции кабелей при кратковременных повышениях

напряжения. В отечественных кабелях толщина изоляции между фазами

приблизительно на 36% больше толщины изоляции между жилами и

оболочкой. Для рабочих же режимов средние напряженности электрического

поля в фазной и поясной изоляции будут примерно одинаковыми, если толщина

изоляции между жилами будет примерно на 70% больше, чем между жилой и

оболочкой.

Для кабелей на напряжение 6 кВ толщина фазной изоляции составляет 2

мм, а толщина поясной – 0,95 мм, для кабелей на напряжение 10 кВ –

соответственно 2,75 и 1,25 мм.

Оболочки кабелей изготовляют из свинца, алюминия, резины и

пластмассы. Алюминиевые оболочки достаточно герметичны и механически

более прочные по сравнению со свинцовыми. Алюминий имеет повышенную

стойкость к вибрационным нагрузкам. Высокая электропроводность алюминия

дает возможность использовать алюминиевые оболочки в качестве четвёртой

жилы, что обеспечивает значительную экономию алюминия, изоляционных и

защитных покровов. Однако кабели с алюминиевыми оболочками нельзя

применять в условиях воздействия на них агрессивных сред.

Для предупреждения коррозии металлических кабельных оболочек и для

их механической защиты, а также для механической защиты пластмассовых

оболочек кабели имеют наружные антикоррозионные покровы, представ-

ляющие собой чередующиеся слои битумного состава, бумажных или пласт-

массовых лент, металлической брони. Элементами защитных покровов могут

также являться выпрессованные полиэтиленовый или поливинилхлоридный

шланги.

В конструкции защитных покровов можно выделить следующие элемен-

ты: подушка, броня и наружный покров.

Подушка защищает металлическую оболочку от коррозии, а также играет

роль защиты оболочки от механических повреждений при наложении на кабель

брони. Если в конструкции защитных покровов подушка не предусматривается,

то в марке кабеля имеется буква «О».

Для защиты кабелей от механических повреждений используется стальная

броня. Если на кабель накладывается броня из стальных лент, то в марке

кабеля имеется буквенное обозначение Б. Броня из стальных оцинкованных

круглых проволок обозначается буквой К, а из стальных оцинкованных

плоских проволок - буквой П.

Наружный покров предназначен для защиты от коррозии стальной брони

кабеля. Простейшая конструкция наружного покрова, не имеющая буквенного

обозначения, представляет собой чередующиеся слои битумного состава или

битума, пропитанной кабельной пряжи или стеклянной пряжи из штапе-

лированного волокна. Если наружный покров накладывается на кабели,

предназначенные для эксплуатации в помещениях или местах с повышенной

пожароопасностью, то битумные слои заменяются специальным негорючим

составом. Такие наружные покровы обозначаются буквой «Н».

Наиболее надежными являются наружные покровы типа полиэтиленового

(Шп) или поливинилхлоридного (Шв) шланга.

Защитные покровы, не имеющие противокоррозионных слоёв, обозначаются

буквой Г.

Например, кабель марки ААШ

имеет алюминиевую жилу, бумажную

изоляцию, алюминиевую оболочку, защитный покров в виде поливинил-

хлоридного шланга и наружный защитный покров.

3.4.2. Кабели с радиальным электрическим полем напряжением 35 кВ

С увеличением рабочего напряжения возрастают напряжённости элект-

рического 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 чем кабели на напряжения 20 и 35 кВ изготовляются либо в

одножильном исполнении с круглыми алюминиевыми и медными жилами в

свинцовой и алюминиевой оболочке, либо в трехжильном исполнении, при

этом кабель скручивается из трёх круглых изолированных жил, каждая из

которых имеет свинцовую оболочку, рис.3.5. В изоляции этих кабелей

электрическое поле радиальное, при этом продольная составляющая

напряжённости поля практически отсутствует, что позволяет изготовлять

кабели с бумажной изоляцией, пропитанной вязким маслоканифольным

составом.

Рис. 3.5. Трёхжильный кабель с отдельно освинцованными жилами для

подводной прокладки: 1 – токопроводящая жила; 2 – экран из полупроводящей

бумаги; 3 – бумажная изоляция; 4 – экран из полупроводящей бумаги; 5 -

свинцовая оболочка; 6 – джутовое заполнение; 7 – проволочная броня; 8 -

наружный защитный покров

Выпускаемые в нашей стране трехжильные кабели с радиальным

электрическим полем (так называемые кабели с отдельно освинцованными

жилами) имеют марки ОСБ, АОСБ и т.д. Кабель марки ОСБ имеет медную

токопроводящую жилу, бумажную пропитанную изоляцию, отдельные свин-

цовые оболочки, броню из стальных лент и наружный защитный покров.

Кабели с отдельно освинцованными жилами выпускаются только с

круглыми медными и алюминиевыми жилами сечением 25-185 мм

для

напряжения 20 кВ и 120-150 мм

для 35 кВ. Для кабелей типа ОСБ применяют в

основном многопроволочные жилы, причём лучшие характеристики имеют

кабели с уплотнёнными жилами. При уплотнении жил уменьшается их диаметр

и сглаживается поверхность 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,

поверх которой размещается алюминиевая или медная фольга.

Толщина свинцовой оболочки в зависимости от сечения жилы находится в

пределах 1,-2,8 мм. Алюминиевые оболочки для подобных кабелей из-за своей

жёсткости не нашли. Отдельно освинцованные жилы скручиваются с

заполнением промежутков между ними пропитанной кабельной пряжей или

стеклопряжей. Снаружи скрученные жилы с заполнением обматывают тканевой

лентой или кабельной пряжей, а затем на них накладывают защитные покровы.

3.4.3. Кабели для вертикальных прокладок

При прокладке кабелей с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ) 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 многопро-

волочных жилах, а также в зазоре между металлической оболочкой и изоляцией

и в меньшей степени в самой бумажной изоляции. В верхних участках трассы

таким образом уменьшается электрическая прочность кабеля вследствие

возникновения воздушных зазоров в изоляции. В нижних участках трассы за

счет повышенного давления пропиточного состава возможна разгерметизация

кабеля. Поэтому кабели с БПИ обычной конструкции могут прокладываться

на трассах с разностью уровней между высшей и низшей точками располо-

жения кабелей не более 15-25 м.

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.

Стопорные муфты ограничивают перемещение пропиточного состава из

одной секции кабельной линии в другую.

Значительно увеличивается допустимое значение разности уровней

прокладки кабелей при использовании кабелей с обедненной пропитанной

изоляцией. В таких кабелях после пропитки проводится технологическая

операция «обеднения изоляции», при которой из кабеля удаляется пропи-

точный состав, находящийся в жиле и в зазорах между бумажными лентами.

Эти кабели могут прокладываться на трассах с разностью уровней 100 м, если

кабель имеет свинцовую оболочку, ограничения на разность прокладки

снимаются полностью, если кабель имеет алюминиевую оболочку. Кабели

описанной конструкции выпускаются на напряжение не выше 6 кВ. В

маркировке таких кабелей присутствует буква В, что указывает на возможность

их применения для вертикальных прокладок, например, АСБ-В 3х120-1 – это

трехжильный кабель с алюминиевыми жилами сечением 120 мм

, в свинцовой

оболочке, бронированный, с обедненной пропитанной изоляцией, на напряже-

ние 1 кВ.

Для прокладки на вертикальных и крутонаклонных трассах без ограни-

чения разности уровней предназначена специальная группа кабелей с бумаж-

ной изоляцией, пропитанной нестекающим составом - церезином. Такие кабели

выпускаются на напряжения 6, 10 и 35 кВ в одножильном и трехжильном

исполнении.

Марки кабелей с изоляцией, пропитанной нестекающим составом,

начинаются с буквы Ц. Например, ЦОСБ 3х120-35 - это трехжильный кабель с

отдельно освинцованными медными жилами, сечение жил 120 мм

, напряже-

ние 35 кВ, бумажная изоляция, пропитанная нестекающим составом, брониро-

ванный, с защитным покровом.

3.4.4. Кабели на напряжение 110 кВ и выше

Кабельные линии 110 и 220 кВ в отечественной практике нашли при-

менение при построении сети крупнейших городов, в схемах электроснабжения

химических, нефтеперерабатывающих, металлургических, автомобильных и

других промышленных предприятий, выдачи мощности электростанций,

преодоления водных преград и в других случаях.

В мировой практике в 1970-80-е годы прошлого столетия использование

кабелей 220 кВ и выше переменного и постоянного тока было связано преиму-

щественно с преодолением водных преград (реки, проливы). В последние годы

наряду с этим всё более широкое применение получают кабельные прокладки

сверхвысокого напряжения (СВН) при организации глубоких вводов в цент-

ральные районы крупнейших городов.

Кабели с бумажной изоляцией, пропитанной вязким маслоканифольным

составом, имеют сравнительно невысокую электрическую прочность, что

ограничивает их применение в сетях напряжением выше 35 кВ. Это объяс-

няется наличием в изоляции воздушных включений, которые появляются в

процессе эксплуатации кабельных линий.

В процессе эксплуатации кабель подвергается периодическому

нагреванию и охлаждению (включение и отключение нагрузки). При

нагревании все элементы кабеля (в том числе и пропитывающий состав)

увеличиваются в объеме. После охлаждения оболочка кабеля вследствие

остаточных деформаций не в состоянии оказывать давление на

пропитывающий состав, необходимое для возвращения его в прежнее

положение. В результате после нескольких циклов нагрева и охлаждения в

кабеле появляются пустоты. Начинается ионизация пустот, сопровождающаяся

повышением температуры изоляции в данном месте. Ионизация вызывает

ускоренное старение изоляции.

Для увеличения электрической прочности бумажной пропитанной

изоляции необходимо либо создать условия, исключающие появление в ней

газовых включений, либо повысить электрическую прочность имеющихся

пустот, например, путем увеличения в них давления или путем заполнения этих

пустот газом, обладающим повышенной электрической прочностью.

Первая возможность реализована при создании так называемых

маслонаполненных кабелей, вторая – при создании газонаполненных кабелей.

Маслонаполненные кабели низкого давления. Первые кабели на

напряжение 110 кВ, появившиеся в 1923-1931 гг., были одножильными кабеля-

ми маслонаполненного типа.

В маслонаполненных кабелях возможность образования газовых включе-

ний при изготовлении и при эксплуатации исключается тем, что для пропитки

их изоляции применяется маловязкое дегазированное масло, а сама технология

пропитки исключает появление пустот в изоляции.

Давление масла в кабеле для обеспечения надежности его работы должно

поддерживаться в определенных пределах. Для этого в конструкции кабеля

предусматриваются маслопроводящие каналы, а вдоль кабельной линии

устанавливаются специальные компенсаторы (баки питания и давления),

которые принимают избыток масла при нагревании кабеля и отдают – при его

охлаждении.

Токопроводящая жила маслонаполненного кабеля обычно имеет в центре

канал, по которому происходит перемещение масла при изменении темпера-

туры кабеля, рис. 3.6. Диаметр канала для кабелей на напряжения 110-220 кВ

равен 12-14 мм; для кабелей на напряжение свыше 220 кВ – 18-20 мм. Канал

внутри жилы образуется с помощью поддерживающей металлической плоской

спирали 1, поверх которой накладываются повивы круглых проволок.

Токопроводящая жила 2, а также изоляция кабелей 4 экранируются полу-

проводящей бумагой. Для экранирования можно использовать металлизи-

рованную бумагу, медную или алюминиевую фольгу.

Изоляция маслонаполненных кабелей состоит из лент кабельной бумаги,

пропитанных дегазированным минеральным или синтетическим маслом. Такая

изоляция обладает целым рядом ценных свойств: высокая электрическая

прочность, малые диэлектрические потери, высокие механические параметры.

Рис. 3.6. Одножильный маслонаполненный кабель: 1 – опорная

металлическая спираль;2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящей

бумаги; 4 - пропитанная бумажная изоляция; 5 – экран из металлизированной

бумаги; 6 - свинцовая оболочка; 7 – вторая свинцовая оболочка;

8 – усиливающие ленты

Наличие у жилы и оболочки 6 кабеля экранов из полупроводящих бумаг,

обладающих адсорбционными свойствами, способствует стабилизации элект-

рических свойств изоляции.

Практика эксплуатации показала, что наиболее экономичными являются

кабели с давлением масла, находящимся в пределах 0,024-0,29 МПа для кабе-

лей в свинцовой оболочке и 0,024-0,5 МПа для кабелей в алюминиевой

оболочке.

В нашей стране выпускаются маслонаполненные кабели низкого

давления таких марок:

МНС – кабель маслонаполненный, низкого давления, в свинцовой оболочке

с упрочающими и защитными покровами;

МНСК – то же, но защитные покровы включают слой оцинкованных

круглых стальных проволок;

МНСШ

– то же, но защитные покровы выполнены в виде шланга из

поливинилхлоридного пластиката и т.д.