3.6. Изоляция силовых кабелей высокого напряжения

Общие сведения. Электрическим кабелем (или просто кабелем) называется одна или несколько изолированных токоведущих жил, заключенных в герметичную оболочку, поверх которой могут быть наложены защитные покровы. Силовые кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в условиях, когда прокладка воздушных линий оказывается трудновыполнимой или невозможной, экономически невыгодной или нежелательной по эстетическим, природоохранным и другим соображениям. Поэтому кабельные линии прокладываются в городах, на территории предприятий, при пересечении рек, морских проливов. Длина кабельных линий чаще составляет 0,5…1 км и реже – 5…10 км и более. Основная причина, препятствующая созданию длинных кабельных линий, состоит в том, что 1 км такой линии в 10–20 раз дороже воздушной линии.

Основным конструктивным элементом кабеля является токоведущая жила (ТВЖ) круглой, сегментной или секторной формы, изготовленной из меди или алюминия (реже из биметалла). Для обеспечения гибкости кабеля с большим сечением ТВЖ скручиваются из отдельных проволок. На жилу накладывается изоляция в виде пропитанных бумажных лент из кабельной бумаги, резины или пластмасс. В качестве изоляции силовых кабелей могут быть использованы высокопрочные газы. Поверх изоляции накладываются защитные свинцовые или алюминиевые оболочки, а также оболочки на основе резины или пластмасс (полиэтилен, полихлорвинил). Для выравнивания поля («негладкость» жил) и повышения напряжения ионизации на ТВЖ и на наружную поверхность изоляции накладываются экраны из медных лент или полупроводящей бумаги, резины, полиэтилена. Металлическая оболочка кабеля покрывается защитными покровами, поверх которых накладывается броня из стальных лент или проволок.

Электрическая прочность кабельной изоляции на постоянном напряжении выше, чем на переменном. Поэтому экономически целесообразно выполнять кабельные линии на постоянном напряжении.

При заданном номинальном напряжении сечение токоведущей жилы кабеля определяется величиной передаваемой нагрузки и условиями прокладки и охлаждения кабеля. Увеличение сечения ТВЖ приводит к увеличению объема изоляции и, как следствие, к росту диэлектрических потерь.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает различные типы силовых кабелей широкой номенклатуры, отличающихся видом используемой изоляции и конструктивным исполнением [1–3].

3.6.1. Кабели с вязкой пропиткой

Силовые кабели с пропитанной бумажно-масляной изоляцией являются одним из самых распространенных видов кабельных изделий, используемых при передаче и распределении электрической энергии. Они изготавливаются с медными или алюминиевыми жилами, в свинцовой или алюминиевой оболочке с различными защитными покровами в зависимости от назначения и условий эксплуатации.

Для изоляции кабелей на напряжение до 35 кВ применяют кабельную бумагу КВ-120 и КВ-170 с шириной лент 10…30 мм. Для кабелей на более высокие напряжения используют бумагу повышенного качества типа КВУ. В качестве пропитки применяются вязкие пропитывающие составы (маслоканифольный компаунд), минеральные или синтетические масла (октол).

Повышенная вязкость пропитки препятствует ее вытеканию при нормальной эксплуатации кабелей и при перепадах высот прокладки. Маслоканифольный компаунд приготовлен из минерального масла с добавлением 10…35 % канифоли. Процентное содержание канифоли в компаунде зависит от сорта нефтяного масла и выбирается из условия обеспечения требуемой вязкости и минимума tg изоляции в области рабочих температур.

Рис. 3.29. Трехжильный кабель с поясной изоляцией (тип СБ): 1 – токоведущая жила; 2 – фазная изоляция;

3 – поясная изоляция; 4 – междуфазное заполнение; 5 – оболочка; 6 – броня с защитными покровами

По конструктивному исполнению кабели бывают с нерадиальным и с радиальным электрическим полем.

Кабели с нерадиальным электрическим полем (рис. 3.29) являются основной конструкцией многожильных кабелей на напряжение до 10 кВ, отличающейся наличием поясной изоляции в общей свинцовой или алюминиевой оболочке (тип СБ). Ф

Рис. 2.31. Маслонаполненный

однофазный кабель с центральным маслопроводящим каналом:

1 – маслопроводящий канал;

2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящих бумаг;

4 – бумажная изоляция; 5 – экран из медных перфорированных лент; 6 – свинцовая оболочка; 7 – броня с защитными

покровами; 8 – дополнительные маслопроводящие каналы

азная и поясная изоляция изготавливается путем наложения бумажных лент с отрицательным перекрытием. Для заполнения междуфазных пространств с целью придания кабелю цилиндрической формы применяется бумажный кордель, который скручивается из сульфатной или кабельной бумаги.

В

Рис. 2.31. Маслонаполненный

однофазный кабель с центральным маслопроводящим каналом:

1 – маслопроводящий канал;

2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящих бумаг;

4 – бумажная изоляция; 5 – экран из медных перфорированных лент; 6 – свинцовая оболочка; 7 – броня с защитными

покровами; 8 – дополнительные маслопроводящие каналы

нормальном рабочем режиме напряжение между жилами в раз больше, чем между жилами и оболочкой, поэтому толщина фазной изоляции d_Ф принимается большей, чем толщина поясной изоляции d_п (в 1,5–2,2 раза). После наложения изоляции производится сушка и последующая пропитка в вакуумных котлах, при которой происходит заполнение пустот вязким пропитывающим составом. На конечных стадиях пропитка идет при атмосферном или некотором избыточном давлении.

Рис. 3.30. Трехжильный кабель с отдельно освинцованными жилами (тип ОСБ): 1 – токоведущая жила; 2 – экран из полупроводящей бумаги; 3 – бумажная изоляция фазы; 4 – свинцовая оболочка с битумным покрытием; 5 – джутовое заполнение; 6 – проволочная броня с защитными покровами

Трехжильные кабели с поясной изоляцией наряду с нерадиальным электрическим полем, облегчающим развитие ветвистого разряда вдоль слоев вследствие наличия тангенциальной составляющей поля Е_, имеет неблагоприятную конструкцию с точки зрения теплоотвода. Эти обстоятельства не позволяют использовать подобные кабели на напряжение свыше 10 кВ.

Кабели с радиальным электрическим полем (тип ОСБ) поверх изоляции каждой фазы имеют металлическую оболочку или проводящий экран из металла либо металлизированной бумаги, которые, в свою очередь, заключены в общую оболочку (рис. 3.30).

Н

Рис. 2.31. Маслонаполненный

однофазный кабель с центральным маслопроводящим каналом:

1 – маслопроводящий канал;

2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящих бумаг;

4 – бумажная изоляция; 5 – экран из медных перфорированных лент; 6 – свинцовая оболочка; 7 – броня с защитными

покровами; 8 – дополнительные маслопроводящие каналы

аличие экрана поверх жилы и поверх изоляции каждой фазы выравнивает поле, а также экранирует на поверхности жилы и на наружной поверхности изоляции газовые и масляные включения. В итоге допустимые максимальные градиенты в изоляции кабелей с радиальным электрическим полем в два раза превышают допустимые градиенты в кабелях с поясной изоляцией. В нашей стране трехжильные кабели на U = 20…35 кВ с вязкой пропиткой изготавливаются только с отдельно освинцованными жилами (рис. 3.30). Для соединения отрезков кабеля применяются соединительные муфты, а на концах кабеля – концевые. Муфта является ослабленной точкой кабельной линии, поэтому рабочие напряженности в них снижены в 2–3 раза.