1.12. Силові кабелі з пластмасовою ізоляцією.
Використання пластмас для ізоляції силових кабелів дозволяє значно спростити технологію їхнього виготовлення. Пластмасова ізоляція на струмоведучу жилу може бути накладена методом екструзії. Цей процес більш технологічний, ніж ізолювання методом обмотки стрічками. Крім того, відпадає необхідність сушіння й просочення ізоляції. Застосування пластмас дозволяє також полегшити конструкцію кабелів, спростити монтаж і робити прокладку кабелів на трасах з великою різницею рівнів. Переваги кабелів з пластмасовою ізоляцією особливо помітні при використанні їх на високі напруги замість кабелів маслонаповненого типу. Крім зазначених переваг слід ще зазначити наступні:
відсутність масла під тиском і, отже, дорогого підживлюючого устаткування й необхідності його обслуговування;
можливість швидкого ремонту у випадку пробою;
більша навантажувальна здатність.
Для ізоляції в основному застосовується поліетилен, полівінілхлорид, етиленпропилен, зшитий поліетилен, тобто поліетилен, що має просторову структуру молекул. Параметри пластмас наведені в таблиці 1.3.
Таблиця 1.3 - Параметри пластмас, використовуваних як ізоляція.
Тип полімеру |
при 90ОС Ом*см |
при 90ОС
|
|
Питомий термічний опір К*м/Вт |
Поліетилен |
1015 |
2,2 |
8* 10-5 |
3,8 |
Полівінілхлорид |
2*1011 |
8,6 |
7* 10-2 |
7,0 |
Етиленпропилен |
1*1014 |
2,6 |
10-2 |
6,1 |
Порівняно з іншими матеріалами поліетилен має наступні переваги: висока електрична міцність, малі значення щільності, εr, і tgδ; гарна гнучкість і вологостійкість.
Для ізоляції кабелів на напругу 1-10 кВ використовується як поліетилен, так і полівінілхлорид. Кабелі на напругу 35 кВ, як правило, мають поліетиленову ізоляцію.
Для захисту від вологи й механічних ушкоджень кабелі мають шланг із полівінілхлориду або поліетилена товщиною 2-2,6 мм. Використовується також алюмінієва оболонка. Кабелі, призначені для прокладки в землі, мають поверх пластмасової або алюмінієвої оболонки броню зі сталевих стрічок або круглих дротів, а також зовнішній антикорозійний покров.
Електрична міцність поліетилена залежить від однорідності матеріалу, наявності домішок і повітряних включень. Зменшення електричної міцності поліетиленової ізоляції відбувається, як правило, внаслідок підвищення напруженості електричного поля у місці розташування включень, внаслідок чого виникає іонізацію, що супроводжується ерозією поліетилена. Вважається, що максимальний розмір порожнин для кабелів на напругу 66-67 кВ не повинен перевищувати 80 мкм, на напругу 154 мкВ - 50 мкм.
Процес розвитку пробою в часі можна простежити, розглянувши розвиток у кабелі провідних каналів (дендритів). Експериментальні дослідження ізоляції кабеля в процесі експлуатації дозволили виявити два типи дендритів: дендрити чисто електричного походження й так звані водні дендрити - електрохімічного походження.
Дендрити електричного походження виникають і розвиваються тільки за умов впливу змінної й дуже високих значень імпульсної напруги. Вони утворюються в місцях концентрації напруженості електричного поля, значення якої не приводить до негайного пробою, але достатньо для пробою газового включення. При розвитку дендрита електричного походження помітно зростає рівень часткових розрядів в ізоляції кабеля.
Утворення в ізоляції дендритів електрохімічного походження пов'язане із проникненням в ізоляцію кабеля вологи. Волога проникає в ізоляцію як у результаті процесу дифузії через пластмасову оболонку, так і через дефекти в оболонці й ізоляції під дією електричного поля. На швидкість виникнення й росту дендритів електрохімічного походження впливають питомий опір ізоляції, молекулярна й мікрофізична структура матеріалу й наявність наповнювачів. При утворенні дендритів електрохімічного походження не спостерігається збільшення часткових розрядів або значне збільшення , однак, опір ізоляції помітно зменшується.
Вивчення поводження поліетиленової ізоляції в електричному полі визначило ряд вимог до конструкцій кабелів і технології їхнього виготовлення. Основні заходи, які необхідно здійснювати при виробництві кабелів високої напруги із пластмасовою ізоляцією зводяться до наступного:
виключення влучення пилу в поліетилен як при його виготовленні, так і при транспортуванні, завантаженні та екструзії;
забезпечення накладання екранів та ізоляції на струмопровідну жилу в один прохід з метою зменшення кількості порожнин між ізоляцією та
екранами;
використання для вулканізації поліетилена безпарового середовища;
забезпечення плавного охолодження кабелю, який виходить з преса.
У цей час у різних країнах перебувають в експлуатації кабелі із пластмасовою ізоляцією на напругу 60-70; 110-138; 225-275; 345 кВ.
Типова конструкція кабеля розробленого в США показана на рис. 1.6. Особливістю цієї конструкції є наявність тонкого шару матеріалу з підвищеним значенням діелектричної проникності (емісійний шар) на границі між провідним екраном і ізоляцією. Цей шар зменшує локальні підвищення напруженності електричного поля у виступів напівпровідного екрана.
Рис. 1.6 – Конструкція кабелю с пластмасовою ізоляцією.
1 - жила алюмінієва ущільнена; 2 - екран по жилі з напівпровідного поліетилену; 3 - емісійний шар; 4 - ізоляція (зшитий поліетилен); 5- екран по ізоляції з напівпровідного поліетилену; 6 - наповнений сажею крепірований папір;
7 - свинцева оболонка.
Ізоляція кабеля накладається на пресах зі здвоєною головкою одночасно з екранами та емісійним шаром. Вулканізація поліетилену здійснюється у безпаровому середовищу, що значно зменшує кількість і розміри порожнин в ізоляції.