3.19.Кабели с резиновой изоляцией (до 35 кВ)

Кабели с резиновой изоляцией выпускаются со сплошными и многопроволочными жилами. Основным преимуществом кабелей с резиновой изоляцией является их гибкость, позволяющая при прокладке и намотке делать меньший радиус изгиба. Они находят широкое применение в передвижных установках.

По электрическим характеристикам они уступают кабелям с БМИ и пластмассовой изоляцией. С течением времени под воздействием озона, кислорода, света, температуры и др. факторов резина теряет свои эластичные свойства, снижаются физико-механические и электрические параметры.

Наиболее разрушительное действие оказывает озон. Поэтому применяют озоностойкую резину на основе бутилкаучука и этиленпропиленового каучука, применяют полупроводящие экраны.

Изоляция кабеля (рис. 3.18) состоит из фазной изоляции 2 и защитной оболочки 3. Толщина изоляции принимается 1,3–1,8 мм для кабелей на напряжение до 6 кВ и 5 мм для кабелей 10 кВ. Толщина защитной оболочки принимается соответственно 1,2–3,8 мм и 1,0–1,2 мм. Защитная оболочка может быть свинцовая, резиновая или поливинилхлоридная.

Рис. 3.18 – Кабель с резиновой изоляцией

3.20.Маслонаполненные кабели (110–750 кВ)

На напряжения 110–750 кВ изготавливаются кабели двух модификаций: с полыми жилами и в стальных трубах, заполненных маслом. В процессе производства изоляция таких кабелей пропитывается дегазированным, маловязким, стойким к разложению в электрическом поле, и обладающим хорошими газопоглощающими свойствами маслом. В процессе эксплуатации пропитанная изоляция находится под избыточным давлением масла, которое циркулирует в полой жиле кабеля или в трубе. Масло проникает в изоляцию через зазоры в жиле и тем самым исключает появление газовых включений, что значительно повышает электрическую прочность изоляции.

Давление масла в каналах поддерживается в определенных пределах. Для этого вдоль трассы кабеля через 1–2,5 км устанавливаются специальные баки питания (компенсаторы), которые подключены к концевым и стопорным муфтам и регулируют давление при колебаниях температуры.

В настоящее время изготавливаются кабели низкого (до 0,2 МПа), среднего (0,4–0,6 МПа) и высокого (1–1,6 МПа) давления. С увеличением давления улучшается пропитка изоляции, но в то же время требуется более прочная защитная оболочка и защитные покровы. Для кабелей со свинцовой оболочкой экономически выгодно использовать давление 0,24–0,29 МПА, для кабелей с алюминиевой оболочкой – 0,2–0,5 МПа.

Н а рис. 3.19 представлена конструкция маслонаполненного кабеля на напряжение 110–220 кВ. Токоведущая жила 2 имеет в центре канал 1, по которому циркулирует масло. Диаметр канала 12–14 мм для кабелей 110–220 кВ и 14–18 мм для кабелей 330–500 кВ.

Канал образуется с помощью луженых проводов Z-образной формы, поверх которых наносится второй повив из проволоки сегментной формы. Такая конструкция жилы обладает достаточной устойчивостью и гладкой внешней поверхностью, что весьма существенно при высоких напряжениях, т.к. неровность на поверхности жилы создает местное увеличение напряженности электрического поля. Лужение проводников предотвращает контакт меди с маслом и исключает старение масла.

При сечении жилы свыше 600 мм² целесообразно применять секционированные жилы, скрученные из четырех или шести изолированных друг от друга сегментов, что уменьшает активное сопротивление жилы за счет снижения поверхностного эффекта и эффекта близости. Изоляция сегментов – полупроводящая бумага. Общая изоляция – градированная. Изготавливаются такие полые жилы путем намотки круглой проволоки на поддерживающую металлическую плоскую спираль. Полые жилы различной конструкции в настоящее время изготавливаются сечением 120–2000 мм².

В изоляции маслонаполненного кабеля малая вероятность образования газовых включений и развития ЧР. Однако, возникает возможность теплового пробоя при возрастании диэлектрических потерь. Поэтому главным требованием к бумаге является низкое значение и произведения .

В настоящее время для снижения диэлектрических потерь применяют специальные сорта бумаги: бумагу с добавлением волокнистых материалов на основе полиэфиров и связующего на основе поликарбонатов; полипропиленовую пленку, проложенную между слоями бумаги и другие комбинации. Такая бумага обладает малым и произведением , а также высокой электрической и механической прочностью. Некоторые зарубежные фирмы используют нетканые материалы на основе полипропилена и полипропиленового волокна. Эти материалы хорошо пропитываются маслом, обладают гидрофобными свойствами, что позволяет упростить пропитку и просушку.

Поверх токоведущей жилы 2 и изоляции 4 наносятся полупроводящие экраны из полупроводящей бумаги 3 и 5. Защитная оболочка кабеля 6 выполняется из свинца или алюминия. Поверх защитной оболочки накладывают упрочняющий покров 7 из синтетических лент и лент из немагнитных материалов (металл). Если оболочка выполнена из алюминия, то упрочняющего покрова не требуется.

Защитный покров у кабелей со свинцовой оболочкой состоит из следующих слоев: битума, лент поливинилхлоридного пластиката, лент пропитанной кабельной пряжи, брони из стальной проволоки. Для кабелей с алюминиевой оболочкой применяют защитный покров повышенной влагостойкости из полиэтилена и поливинилхлоридного пластиката.

М аслонаполненный кабель низкого давления на напряжение 750 кВ (рис. 3.20) отличается от рассмотренной выше конструкции тем, что имеет два масляных канала: один – в полой жиле 2; второй – под металлической свинцовой оболочкой 6. Свинцовая оболочка выполнена из двух коаксиальных цилиндров 5 и 6. Наличие масляного канала под оболочкой уменьшает перепад давления масла в изоляции при нагревании и охлаждении.

Токоведущая жила кабеля 2 выполнена из круглой проволоки, повитой на плоскую спираль. Остальные элементы кабеля выполнены так же, как и в кабелях среднего давления.

В ряде стран находят применения трехжильные маслонаполненные кабели на напряжения 88–132 кВ круглого и плоского типа. У трехжильных кабелей каналы для масла выполнены из трех спиральных лент под металлической оболочкой. Для увеличения гибкости трехжильных круглых кабелей, металлическая оболочка выполняется гофрированной и защищается от коррозии пластиковым шлангом. Кабели такой конструкции значительно дешевле одножильных маслонаполненных, но обладают низкой термической устойчивостью при КЗ (применяются на 110 кВ). Плоский кабель состоит из трех экранированных и изолированных жил в общей свинцовой оболочке. Упрочняющий покров содержит рифленые полосы из бронзы. Полосы стягиваются медными проволоками и оказывают давление на свинцовую оболочку, благодаря чему внутри поддерживается давление 0,2 МПа. Такие кабели н е нуждаются в подпитке и применяются на подводных трассах.

Маслонаполненные кабели в стальных трубах (рис. 3.21) применяются на напряжения 110–500 кВ. Они представляют собой стальной маслотрубопровод под давлением 1,5 МПа, внутрь которого затянуты три одножильных кабеля. Давление в трубопроводе поддерживается автоматически специальными устройствами, расположенными на расстоянии 10–15 км.

Преимущества такой конструкции в следующем: не нужна защитная оболочка, воспринимающая давление масла 3; увеличивается электрическая прочность, т.к. масло находится под высоким давлением; стальная труба надежно защищает кабель от механических повреждений. Однако монтаж таких линий несколько сложнее, а стоимость выше по сравнению с одножильными кабелями.

Трубопровод 2 выполняется из стальной трубы длиной 10–12 м. Наружная поверхность трубопровода имеет антикоррозийное покрытие толщиной 10 мм. Внутренняя поверхность после тщательной зачистки покрывается лаком, чтобы исключить контакт масла с металлом и сохранить стабильность характеристик масла. Внутренний диаметр труб составляет , где – наружный диаметр одной фазы кабеля, что позволяет обеспечить радиус изгиба кабеля за счет температурных изменений длины не менее . Наружный диаметр трубы 219–273 мм, толщина стенки – 10 мм.

Токоведущие жилы круглой формы 5 скручиваются из медной луженой проволоки. Если сечение жилы более 700 мм², то жила скручивается из четырех секторов, два из которых изолированы. Изоляция жилы 6 содержит те же элементы, что и кабели с полыми жилами. Для уменьшения электрических потерь применяют металлический экран 4, состоящий из двух лент, разделенных полупроводящей бумагой. Толщина изоляции для кабелей различных напряжений приведена в табл. 3.3.

Таблица 3.3 – Толщина изоляции маслонаполненных кабелей

	110	220	330	500
	9,6–12,4	17,5–20,7	23–25	30–31

Поверх перфорированной ленты навивают две-три медные или бронзовые проволоки 1 с шагом 100–300 м, для облегчения затягивания кабеля в трубу. Наличие проволоки создает зазор между отдельными фазами, что улучшает условия охлаждения. На место монтажа отдельные жилы кабеля доставляются в свинцовой оболочке или специальных контейнерах, чтобы предохранить изоляцию от увлажнения. В трубу кабель затягивается без свинцовой оболочки. Свинцовая оболочка может заменяться полиэтиленовой, которая не демонтируется и защищает изоляцию от увлажнения и загрязнения. Эластичная оболочка свободно передает давление масла в трубе изоляции и тем самым исключает образование газовых включений в изоляции при колебаниях температуры. Масло в трубе не соприкасается с изоляцией и выполняет роль охлаждающей среды, поэтому может иметь другие характеристики. Допустимая температура до 110ºC, значение .