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

Подождите немного. Документ загружается.

Маслонаполненные кабели высокого давления (в стальных трубопро-

водах). Эти кабели выпускаются на переменные напряжения 110, 220, 330 и 500

кВ, рис. 3.7.

Линия содержит три одножильных кабеля, затянутых в стальной

трубопровод, который заполняется маслом под давление 1,5 МПа. Эти кабели

имеют ряд преимуществ по сравнению с кабелями низкого давления. Во-

первых, электрическая прочность таких кабелей выше, так как изоляция кабеля

находится под более высоким давлением. Кроме того, для пропитки изоляции

и для заполнения трубопровода применяется более вязкое масло, которое

обеспечивает большую импульсную прочность кабелей.

Во-вторых, стальной трубопровод является надежной защитой кабеля от

механических повреждений, благодаря чему кабельные линии высокого

давления являются исключительно надежными.

Однако монтаж указанных линий несколько сложнее, а стоимость выше,

чем монтаж и стоимость линий с одножильными маслонаполненными кабелями

низкого давления.

Токопроводящие жилы кабелей 1 в стальном трубопроводе 4 с маслом

под давлением имеют круглую форму и скручиваются из медных луженых

проволок.

Изоляция кабеля 2 состоит из бумажных лент, пропитанных изоля-

ционным маслом повышенной вязкости. Заполнение трубопровода про-

изводится этим же маслом. Применение вязкого пропиточного масла облегчает

монтаж кабельный линии, так как уменьшается вытекание его из изоляции

полупроводящей бумаги. На изоляцию кабеля накладывается экран из лент

полупроводящей бумаги, поверх которого размещаются медные перфори-

рованные ленты для образования металлического экрана.

Рис. 3.7. Маслонаполненный кабель высокого давления:

1 - токоведущая жила; 2 – изоляция; 3 – оболочка кабеля;

4 – стальная труба; 5 – защитные покровы трубы

На место монтажа отдельные жилы кабеля доставляются в специальных

герметичных контейнерах, заполненных маслом, либо во временной свинцовой

оболочке.

Внутренняя поверхность трубопровода может тщательно очищаться до

металлического блеска и покрываться лаком, что способствует сохранению

стабильности электрических параметров масла.

В нашей стране выпускаются кабели в стальных трубах следующих

марок:

МВДТ – маслонаполненный кабель высокого давления в свинцовой обо-

лочке, снимаемой на месте прокладки при протягивании кабеля в трубопровод;

МВДТ

– маслонаполненный кабель высокого давления в контейнере.

Такие кабели могут прокладываться в туннелях, в земле и под водой.

Затягивание кабелей в трубопровод происходит после прокладки

трубопровода по трассе линии.

Газонаполненные кабели. Как говорилось выше, электрическая

прочность кабеля может быть значительно увеличена, если повысить давление

в газовых включениях, находящихся в изоляции.

Газонаполненные кабели устроены таким образом, что непосредственно в

кабель подводится чистый сухой газ под давлением. Значение давления

определяется особенностями конструкции кабеля и условиями прокладки и

находится в пределах 0,7-3,0 МПа.

В зависимости от конструкции кабеля сжатый газ может либо поступать

непосредственно в изоляцию кабеля (зазоры между лентами, пространство

между проволоками внутри жилы), либо не иметь непосредственного

соприкосновения с изоляцией, а передавать давление на изоляцию через

специальную мембрану.

Для заполнения газонаполненных кабелей применяется осушенный, очи-

щенный от примесей азот или его смеси с элегазом (элегаз –10%, азот – 90%).

На рис. 3.8 приводится конструкция кабеля в трубопроводе с газом под

давлением. Эти кабели наряду с кабелями в трубопроводе с маслом под

давлением весьма распространены в США, ФРГ, Японии.

Рис. 3.8. Газонаполненный кабель в стальном трубопроводе с газом под

давлением: 1 – токопроводящая жила; 2 – бумажная изоляция;

3 – пластмассовая оболочка; 4 – трубопровод

Отдельные фазы кабеля 1 изолированы бумагой 2, пропитанной масло-

канифольным составом, и покрыты сверху пластмассовой оболочкой 3. Трубо-

провод 4 заполнен газом под давлением. Давление на изоляцию передается

через пластмассовую оболочку, которая играет роль мембраны. Трубопровод 4

заполнен газом под давлением. Давление на изоляцию передается через пласт-

массовую оболочку, которая играет роль мембраны.

Существуют разработки кабельных линий с газовой изоляцией, крио-

резистивные кабельные линии с алюминиевыми жилами, охлаждаемыми жид-

ким азотом, сверхпроводящие кабельные линии.

3.4.5. Силовые кабели с пластмассовой и резиновой изоляцией

Кабели с пластмассовой изоляцией. Типовая конструкция кабеля

представлена на рис. 3.9.

Силовые кабели с пропитанной маслом бумажной изоляцией, обладая

высокими электрическими параметрами и большой надежностью в

эксплуатации, тем не менее, не лишены ряда существенных недостатков, а

именно: технологический процесс их изготовления сложен и малопроизво-

дителен; кабели изготовляются только в металлической оболочке, так как

пропитанная бумага гигроскопична, что значительно удорожает и утяжеляет их

конструкцию; кроме того, из-за стекания пропиточного состава в кабелях

имеются ограничения при вертикальных прокладках.

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. Преимущества кабелей с пластмассовой изоляцией

особенно заметны при использовании их на высокие напряжения (110 кВ и

выше) вместо кабелей маслонаполненного типа.

Основными материалами, применяемыми для замены пропитанной мас-

лом бумажной изоляции, являются полиэтилен, поливинилхлорид и этилен-

пропилен.

Наиболее пригодным материалом для изоляции кабелей является сшитый

полиэтилен, т.е. полиэтилен, имеющий пространственную структуру молекул.

Электрические характеристики его находятся на уровне свойств термо-

пластичного полиэтилена, а нагревостойкость выше.

Рис. 3.9. Конструкция фазы кабеля с пластмассовой изоляцией

на напряжения 10-35 кВ: 1 – жила; 2 – полупроводящий полиэтилен;

3 – полупроводящий полихлорвиниловый пластикат;4 – полиэтиленовая

изоляция; 5 – полихлорвиниловая изоляция;6 – коллоидальный графит; 7 –

экран из медной или алюминиевой ленты;8 – полихлорвиниловый шланг

Кабели выпускаются с медными и алюминиевыми токопроводящими

жилами различных сечений от 1,5 до 240 мм

Кабели на напряжения 1-6 кВ выпускаются с двумя, тремя и четырьмя

жилами круглой, секторной формы, на напряжения 10 и 35 кВ – только с

круглыми жилами в одножильном исполнении - 1 на рис. 3.9.

Кабели на напряжение 6 кВ имеют экран только по изоляции, а кабели на

напряжения 10 и 35 кВ имеют экран как по жиле – 2 и 3, так и по изоляции – 3.

Экраны по жиле выполняются в виде слоя полупроводящей композиции на

основе полиэтилена или поливинилхлорида.

Для защиты от влаги и механических повреждений кабели имеют шланг

из поливинилхлорида или полиэтилена - 8, либо алюминиевую оболочку.

Кабели, предназначенные для прокладки в земле, имеют поверх

пластмассовой или алюминиевой оболочки броню из стальных лент или

круглых проволок и наружный антикоррозионный покров.

Маркировку кабелей с пластмассовой изоляцией см. рис. 3.2. Наиболее

распространены марки кабелей с пластмассовой изоляцией: АВВБ, АВВГ,

ВВБ, АПВБГ и т.д.

Силовые кабели с резиновой изоляцией. Силовые кабели с резиновой

изоляцией предназначены для неподвижной прокладки в сетях переменного

напряжения 660 В или постоянного напряжения 1, 3, 6 и 10 кВ.

Кабели имеют медные или алюминиевые токопроводящие жилы круглой

формы сечением от 1 до 500 мм

. Изоляция выполняется из изоляционной рези-

ны; поверх изолированных жил накладывается оболочка из свинца, поливинил-

хлорида или шланговой резины. В случае необходимости кабели имеют упроч-

няющие покровы, состоящие из двух стальных лент, и защитные покровы

обычной конструкции.

Кабели на 660 В переменного напряжения (1000 В постоянного напря-

жения) могут быть одно-, двух- или трехжильными.

Кабели на напряжения 3, 6, 10 кВ изготовляются только одножильными.

Силовые кабели с резиновой изоляцией маркируются по тому же

принципу и теми же буквами, что и силовые кабели с бумажной изоляцией, с

дополнением к марке буквы Р – резиновая изоляция и буквы Н – оболочка

кабеля выполнена из маслостойкой найритовой резины.

Например, кабель марки СРГ имеет медную жилу, резиновую изоляцию

и свинцовую оболочку; кабель марки АВРБ имеет алюминиевую жилу,

резиновую изоляцию и поливинилхлоридную оболочку, бронированную двумя

стальными лентами с защитным наружным покровом.

Основным преимуществом кабелей с резиновой изоляцией является их

гибкость, позволяющая при прокладке допускать меньшие радиусы изгибов.

Однако по электрическим параметрам такие кабели значительно уступают

силовым кабелям с пропитанной бумажной или пластмассовой изоляцией.

Кроме того, изоляционные резины кабелей с течением времени теряют свои

эластичные свойства; физико-механические и электрические параметры их

снижаются из-за старения резины. Старение резины может происходить под

воздействием различных факторов: высокая температура, наличие озона и т.д.

Как показывают исследования, причиной пробоя кабелей с резиновой

изоляцией является разрушение резины озоном, возникающим в кабеле при

ионизации воздушных включений. Поэтому для создания кабелей высокого

напряжения необходимо применять полупроводящие экраны на жиле и изо-

ляции, а также озоностойкие резины.

3.4.6. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена

Статистика неумолимо свидетельствует, что наиболее повреждаемыми

являются силовые кабели с пропитанной бумажно-масляной изоляцией на

напряжение до 10 кВ. Во многих странах шёл интенсивный поиск изоля-

ционного материала на основе полимерных композиций, который обладал бы

значительными преимуществами и мог бы заменить БПИ. Такой материал был

получен на основе полиэтилена и получил название сшитый полиэтилен (СПЭ).

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена призваны заменить морально

устаревшие кабели с изоляцией, пропитанной маслоканифольным составом.

В большинстве промышленно развитых стран мира на напряжения от 10

до 500 кВ используются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Особенно

широко такие кабели используются на напряжение 10 кВ. В Японии их начали

прокладывать уже в пятидесятых годах прошлого века.

В 90-е годы в работу были введены первые кабельные линии

напряжением 500 кВ. С 1996 г. международный концерн АББ (Asea Brown

Boveri) освоил производство кабелей с СПЭ-изоляцией в России на

предприятии «АББ Москабель», где в настоящее время выпускаются кабели

напряжением до 220 кВ включительно. Предприятие «Иркутсккабель» освоил

выпуск кабелей с СПЭ-изоляцией напряжением до 35 кВ включительно.

На сегодняшний день кабели среднего напряжения с изоляцией из

сшитого полиэтилена занимают 80-85 % рынка в США и Канаде, 95 % - в

Германии и Дании, 100 % - в Японии, Финляндии, Швеции и Франции. В

последнее время в России ведущие энергосистемы также ориентированы на

использование кабелей среднего напряжении с изоляцией из СПЭ при

прокладке новых кабельных линий и замене либо капитальном ремонте старых.

Переход от кабелей с БПИ к кабелям с изоляцией из СПЭ, связан со всё

возрастающими требованиями эксплуатирующих организаций к техническим

параметрам кабелей. В этом отношении преимущества кабелей из СПЭ

очевидны.

Перечислим некоторые из них:

- более высокая надёжность в эксплуатации (удельная повреждаемость на

2-3 порядка ниже, чем кабелей с бумажной изоляцией);

- низкие диэлектрические потери (коэффициент диэлектрических потерь

0,001 вместо 0,008);

- большая пропускная способность за счёт увеличения допустимой

температуры нагрева жил: длительной (90

С вместо 70

С), при перегрузке

(130

С вместо 90

С);

- меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий;

- более высокий ток термической стойкости при коротком замыкании

(250

С вместо 200

С);

- высокая стойкость к повреждениям;

- низкая допустимая температура при прокладке без предварительного

подогрева (-20

С вместо 0

С);

- низкое влагопоглощение;

- меньший вес, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку на

сложных трассах;

- возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью

уровней;

- более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла,

битума)

- более высокий срок службы (не менее 30 лет);

- большая строительная длина (до 2000-4000 м) при использовании

однофазного кабеля.

Своими уникальными свойствами кабели с изоляцией из СПЭ обязаны

применяемому изоляционному материалу. Полиэтилен в настоящее время

является одним из наиболее применяемых изоляционных материалов при про-

изводстве кабелей. Но изначально термопластичному полиэтилену присущи

серьёзные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение механи-

ческих свойств при температурах, близких к температуре плавления. Решением

этой проблемы стало применение сшитого полиэтилена.

Термин «сшивка» подразумевает обработку полиэтилена на молеку-

лярном уровне. Поперечные связи, образующиеся в процессе сшивки между

макромолекулами полиэтилена, создают трёхмерную структуру, которая и

определяет высокие электрические и механические характеристики материала,

меньшую гигроскопичность, больший диапазон рабочих температур.

Конструкция кабелей с изоляцией из СПЭ значительно отличается от

традиционных кабелей с БПИ. Кабели выпускаются с многопроволочной

круглой медной или алюминиевой жилой, а возможность различных типов

оболочек и возможность герметизации позволяет использовать кабель как для

прокладки в земле (траншее), так и для кабельных сооружений ( тоннели, гале-

реи, эстакады), в блоках (трубах), в производственных помещениях (в кабель-

ных каналах, по стенам) в том числе при групповой прокладке.

При прокладке в земле применяется оболочка из полиэтилена высокой

плотности, обеспечивающая необходимую защиту кабеля от механических

повреждений. Если необходима герметизация экрана, используется два

разделительных слоя водоблокирующих лент под и поверх медного экрана.

Выпускаются кабели, предназначенные для прокладки на объектах с

требованиями к пониженному дымогазовыделению (АЭС, метрополитены,

крупные промышленные объекты, высотные здания и т.д.).

Конструкция кабеля напряжением 10 кВ с круглой многопроволоч-

ной уплотнённой токопроводящей жилой приведена на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Конструкция одножильного кабеля с изоляцией из СПЭ

Цифры на рис. 3.10 означают:

1. Круглая многопроволочная уплотнённая токопроводящая жила,

материал:

– алюминий (А);

– медь.

2. Экран по жиле из экструдируемого полупроводящего сшитого

полиэтилена.

3. Изоляция из сшитого полиэтилена (Пв).