2. Кабельні лінії електропередачі

2.1. Класифікація кабелів

Кабельною називається лінія для передачі електроенергії чи її окремих імпульсів, що складається з одного чи декількох паралельних кабелів зі сполучними, стопорними і кінцевими муфтами і кріпильними деталями.

У порівнянні з повітряними КЛ набагато дорожчі і мають меншу пропускну здатність на одиницю перерізу (через температурні обмеження ізоляції). КЛ більш трудомісткі при спорудженні і ремонті, вимагають великих витрат матеріалів і більш високої кваліфікації обслуговуючого персоналу. До переваг КЛ можна віднести їхню несхильність до атмосферних впливів (грозових уражень, ожеледі), а також недоступність траси для сторонніх осіб.

Кабельні лінії прокладають там, де будівництво ПЛ неможливе через стиснуту територію чи недоцільне з архітектурної точки зору, за умовами техніки безпеки й інших вимог. КЛ споруджують на території міст, промислових підприємств, через великі водні простори тощо. Основними їхніми елементами є кабелі, кабельні муфти і кабельні спорудження.

Кабелем називається одна чи кілька ізольованих струмопровідних жил, укладених у герметичну оболонку, поверх якої при необхідності можуть бути накладені захисні покриви.

Розрізняють кабелі силові і контрольні. Перші призначені для передачі електроенергії, а другі – для передачі сигналів контролю, виміру і керування.

Силові кабелі розрізняють за напругою, перерізом і кількістю жил, а також за марками, що відображають конструкцію кабелю.

Основними елементами кабелю є струмопровідні жили, ізоляція, заповнювач, оболонки.

Жилою кабелю називають одну чи кілька скручених дротів, поверх яких намотується фазна ізоляція. Струмопровідні жили виготовляють з міді й алюмінію. Необхідність застосування силових кабелів з мідними жилами через дефіцитність міді повинна бути обґрунтована в кожному окремому випадку.

П ерерізи жил кабелів можуть мати круглу, секторну, чи сегментну форми, жила може бути як неущільненою, так і ущільненою.

За кількістю жил розрізняють одно-, дво-, три- і чотирижильні кабелі. Одножильні кабелі застосовують у КЛ постійного струму і в трифазних КЛ змінного струму напругою 110 кВ і вище, двожильні – тільки в КЛ постійного струму, трижильні – в трифазних КЛ змінного струму напругою вище 1 кВ, а чотирижильні – в КЛ напругою до 1 кВ (рис. 5).

Застосування трифазних жил з перерізом сегментної чи секторної форми, а четвертої нульової – у формі трикутника, дозволяє значно зменшити діаметр багатожильного кабелю в порівнянні з кабелем з жилами того ж перерізу, але круглої форми.

Як ізоляційні матеріали в кабелях використовують гуму, кабельний папір і пластмасу. Гумова ізоляція виготовляється із синтетичного чи натурального каучуку і відрізняється гнучкістю і негігроскопічністю. Її недоліки – швидке старіння, відносно висока вартість і порівняно низька припустима температура нагрівання, що знижує припустиме струмове навантаження кабелю.

Паперова ізоляція, що виконується із сульфатної целюлози, просоченої в’язким складом з мінеральних олій і каніфолі (компаундом), має високі ізоляційні властивості, теплостійкість і невисоку вартість. Тому переважного поширення при спорудженні КЛ набули кабелі з ізоляцією з просоченого кабельного паперу (із в’язким просоченням, маслонаповнені).

Залежно від просочувального складу кабелі з паперовою ізоляцією випускаються з нормальною в'язкістю маслоканіфольним чи синтетичним просоченням, з мало просоченою ізоляцією і з нестічним просоченням. Найбільшого поширення набули силові кабелі з нормальним маслоканіфольним просоченням. Кабелі з мало просоченою ізоляцією і з нестічним просоченням використовують при спорудженні вертикальних і крутонахилених трас КЛ.

Для надання кабелю круглої форми між його ізольованими жилами поміщають просочені маслоканіфольним складом джгути з паперу чи пряжі, що підвищує електричну міцність ізоляції, адже при цьому ускладнюється переміщення просочувального складу вздовж кабелю.

У деяких кабелів, крім фазної, є також поясна ізоляція, що накладається поверх скручених ізольованих жил.

Кабелі з в’язким просоченням мають істотний недолік, пов'язаний з тим, що коефіцієнт розширення кабельної маси набагато більший від коефіцієнта розширення ізолюючого паперу: при остиганні кабелю (після зняття струмового навантаження) в його ізоляції можуть з'явитися розриви з газовими вкрапленнями (порожнечі). Оскільки електрична міцність газових вкраплень у кілька разів менша, ніж просоченого паперу, це приводить до зниження міцності кабелю і може виявитися причиною його пошкодження.

Для усунення цього недоліку виготовляють маслонаповнені кабелі, в яких повітряні порожнечі в міру їхнього утворення в ізоляції заповнюються під тиском маслом, що має високу електричну міцність.

У зв'язку з тим, що кабелі з паперово-масляною ізоляцією мають ще деякі недоліки, пов'язані зі складним технологічним процесом їхнього виготовлення, великою масою, складністю кінцевих пристроїв і вертикальних прокладок, останнім часом все частіше застосовують кабелі з пластмасовою ізоляцією, які значно економічніші, мають меншу масу і більш зручні в експлуатації. Правда, при їхньому виготовленні потрібне забезпечення повної чистоти пластмаси. Як пластмасу використовують полівінілхлоридний пластик чи поліетилен.

Оболонки кабелю служать для герметизації ізоляції і захисту її від проникнення вологи, повітря, хімічних продуктів, а також виключення старіння під дією тепла і світла. Вони виготовляються зі свинцю, алюмінію, полівінілхлориду чи гуми.

Свинець володіє повною вологонепроникністю, достатньою гнучкістю, можливістю накладення його за допомогою преса на кабелі при порівняно невеликій температурі (200–260°С), відносною стійкістю до хімічних впливів ґрунту. Однак свинець є дефіцитним і дорогим металом. Тому в даний час кабелі у свинцевих оболонках застосовують тільки в особливих випадках (у підвідних лініях, у корозійних середовищах тощо) або за спеціальними обґрунтуваннями. Як правило, використовуються кабелі в алюмінієвих оболонках. Алюмінієві оболонки мають істотні недоліки – слабку корозійну стійкість і недостатню гнучкість, зате знижують масу кабелю і його вартість.

Для гумових оболонок застосовують гуму на основі поліхлорпренового каучуку, який відрізняється морозостійкістю (до -30°С), маслобензостійкістю і підвищеною опірністю до горіння, а для виготовлення полівінілхлоридних оболонок – високоміцний шланговий пластик, що володіє високою вібро- і морозостійкістю (до -50°С), а також стійкістю до горіння.

Металеві оболонки кабелів повинні бути захищені від корозії, що викликається блукаючими струмами в районах з електрифікованим транспортом на постійному струмі або агресивністю ґрунту стосовно свинцю чи алюмінію. Для цього використовують електрозахист ділянок КЛ, прокладених у корозійно-небезпечних зонах (катодні установки, електродренаж): подається негативний потенціал на оболонки кабелю, внаслідок чого припиняється обтікання блукаючих струмів у землю і тим самим попереджується корозія.

Оболонки всіх видів підлягають захисту від механічних пошкоджень. Для цього на оболонку накладають захисні покриви, які загалом складаються з трьох основних елементів: броньованого покриву (броні), подушки під броню і зовнішнього захисного покриву поверх броні. Броня захищає кабель від механічних пошкоджень і виконується зі сталевих стрічок чи сталевих оцинкованих дротів. Дротова броня володіє високою механічною міцністю при розтяжних зусиллях і тому використовується при підвідних прокладках і вертикальних трасах КЛ. Без броні виготовляють кабелі, що прокладаються в місцях, де виключаються механічні впливи, а також однофазні кабелі, щоб уникнути нагрівання броні і втрат енергії за рахунок магнітного поля розсіювання.

Подушка захищає оболонку кабелю від пошкоджень бронею, а також від хімічної й електролітичної корозії. Розрізняють нормальні і посилені подушки. Нормальна подушка складається з послідовно накладених концентричних шарів з бітумного складу, просочених стрічок кабельного паперу, знову бітумного складу, просоченої кабельної пряжі і знову бітумного складу. Посилена подушка виготовляється для алюмінієвих оболонок і відрізняється від нормальної подушки додатковим введенням до складу концентричних шарів двох стрічок полівінілхлоридного пластику.

Зовнішній захисний покрив виконують у двох варіантах: з негорючим захисним шаром і зі звичайним захисним шаром. І в тому, і в іншому випадку цей покрив захищає броню кабелю від корозії.