ЭлектрО

КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ

Кабельной линией называют устройство для передачи электро­энергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабе­лей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (за­делками) и крепежными деталями.

Кабельные линии переменного тока обходятся значительно до­роже воздушных линии того же напряжения, они более трудоемки в сооружении, требуют большего срока для ремонта и более ква­лифицированного монтажного персонала. К тому же передача од­ной и той же мощности по кабельным линиям требует большей затраты цветных металлов, чем по воздушным. Все это объясняет, почему кабельные линии прокладывают, как правило, лишь там, где строительство воздушных линий невозможно или нежелательно, например в городах и населенных пунктах (из-за отсутствия трассы для воздушных линий и по архитектурным соображениям), на территории промышленных предприятий, через большие водоемы и в других случаях.

К преимуществам кабельных линий относятся:

а) неподверженность атмосферным воздействиям, например вет­ру, гололеду, грозовым поражениям и т. п.;

б) скрытность трассы и недоступность кабеля для посторон­них лиц.

Главными элементами любой кабельной линии являются:

а) кабель, служащий для передачи электрической энергии;

б) соединительные муфты, при помощи которых отдельные стро­ительные длины кабелей, изготовленные на заводе, соединяются в одну линию, если строительная длина одного куска кабеля не соответствует длине линии;

в) концевые муфты (заделки);

г) стопорные муфты, монтируемые на крутых участках трассы линии, для предупреждения стенания кабельной массы;

д) подпитывающие аппараты и система сигнализации дав­ления масла для линий, выполненных маслонаполненными кабе­лями;

с) кабельные сооружения (кабельные коллекторы, туннели, каналы, шахты, колодцы), специально применяемые на отдельных участках кабельных линий, когда прокладка в естественном грунте исключается.

За начало и конец кабельной линии принимают кабельные на­конечники концевых муфт (заделок).

Основными составными частями силового кабеля любого напря­жения являются:

а) токопроводящие жилы;

б) изоляция или изолирующие оболочки, отделяющие токопро­водящие жилы друг от друга и от земли;

в) защитная оболочка, предохраняющая изоляцию от вредного действия влаги, кислот и механических повреждений.

Токопроводящие жилы, изготавливаемые из мед­ных или алюминиевых проволок, бывают как однопроволочными (сечением жил до 16 мм²), так и многопроволочными.

По числу жил кабели бывают одно-, двух-, трех- и четырехжйльными. Одножильные кабели применяют в трехфазных линиях переменного тока при напряжении 110 кВ и выше и в линиях по­стоянного тока; двухжильные — только в сетях постоянного тока; трехжильные — в трехфазных сетях переменного тока, напряже­нием до 35 кВ включительно; наконец, четырехжильные — в тех же сетях напряжением до 1000 В (четвертая жила — «нулевая», сечение ее меньше, чем у основных жил).

По форме сечения токопроводящие жилы бывают круглыми, сек­торными и сегментными. Токопроводящие жилы одножильных кабе­лей и кабелей с отдельно освинцованными жилами имеют в сече­нии круглую форму, а многожильных кабелей с поясной изоляцией, напряжением до 10 кВ включительно и сечением жил 25 мм² и выше, — секторную или сегментную форму.

Применение жил секторной и сегментной форм значительно уменьшает диаметр кабеля а стало быть, и затраты на изоляцию и защитные оболочки. Чтобы повысить степень заполнения сече­ния кабеля, жилы многопроволочных кабелей подвергают обжатию в уплотняющих станках.

Изоляцию токопроводящих жил кабелей вы­полняют из кабельной бумаги толщиной 0,08—0,17 мм. Слои этой бумаги накладывают в виде лент на токопроводящие жилы кабеля. Толщина изоляции и изоляционного слоя зависит от рабочего на­пряжения кабеля. После наложения изоляции кабель просушивают и пропитывают изоляционным составом, что резко увеличивает электрическую прочность изоляции.

Изоляцию кабелей напряжением до 35 кВ включительно пропи­тывают вязкими веществами (минеральным маслом с канифолью), а маслонаполненных кабелей напряжением 110—220 кВ — мало­вязким минеральным маслом, обладающим высокой электрической, прочностью. Кабели напряжением 10 кВ изготавливают также с полиэтиленовой изоляцией, покрывающей токоведущие жилы сплошным слоем толщи­ной 5 мм.

Защитные оболочки, наклады­ваемые поверх изоляции, бывают свинцовы­ми, алюминиевыми и полихлорвиниловыми. Свинцовые оболочки влагонепроницаемы, гиб­ки и просты в изготовлении, но тяжелы и к тому же недостаточно устойчивы в вибрацион­ном отношении. Широко применяемые в пос­леднее время алюминиевые оболочки в 2— 3 раза прочнее и в 4 раза легче свинцовых, но обладают малой коррозионной устойчивостью. Кроме того, они недостаточно гибки и их трудно накладывать на изоляцию кабеля.

Оболочки всех видов — свинцовые, алю­миниевые и полихлорвиниловые — подлежат защите от механических повреждений. Для этого на оболочку накладывают сперва прослойку из кабельной пропитанной сульфат­ной бумаги или пропитанной пряжи, а затем броню из двух стальных лент или стальных оцинкованных проволок. Проволочная броня полезна не только тем, что предохраняет за­щитную оболочку от механических повре­ждений, но и тем, что воспринимает всевоз­можные растягивающие усилия, воздействую­щие на кабельные линии (например, при под­водных прокладках, на наклонных трассах и др.).

Чтобы защитить алюминиевые оболочки от коррозии, поверх сульфатной бумаги на­кладывают еще две полихлорвиниловые ленты, образующие как бы сплошной чехол. В защите от коррозии нуждается и броня. Ее покры­вают двумя слоями кабельной пряжи, пропитанной битумом, и ме­ловым составом.

Трехжильные кабели напряжением до 10 кВ включительно изготавливают с секторными жилами и снабжают бумажной изоляцией с вязкой пропиткой и свинцовой или алюминиевой оболочкой (рис. 1). Каждую из трех медных или алюминиевых жил секторной формы, состоящую из отдельных про­волок, обматывают в несколько слоев изоляцией — пропитанными лентами кабельной бумаги, а пространство между жилами запол­няют жгутами из сульфатной бумаги. Поверх жил накладывают общую поясную изоляцию той же структуры, что и фазная изоля­ция жил кабеля.

Рис. 1. Устройство трехжильного кабеля напряжением 1—20 кВ с секторными жилами:

1— алюминиевые или медные токопроводящие жилы; 2 — бумага, про­питанная маслом (фазная изоляция); 3—джутовые заполнители; 4 — бумага, пропитанная маслом (по­ясная изоляция); 5 — свинцовая пли алюми­ниевая оболочка; С — прослойка из джута: 7 — стальная ленточная бро­ня; 8 — джутовый пок­ров.

Назначение поясной изоляции — обеспечить кабелю, проложен­ному в сети с незаземленной нейтралью, примерно одинаковую электрическую прочность как между фазами, так и между любой фазой и землей. Это очень важно, ибо в случае замыкания па землю одной из фаз кабеля две другие фазы получают по отношению к земле линейное напряжение.

Бумажный жгут, заполняющий свободное пространство между жилами, затрудняет перемещение пропиточного состава вдоль ка­беля и удлиняет тем самым срок его службы.

Изображенный на рис. 1 кабель имеет ленточную броню с наружным джутовым покровом и предназначен для прокладки в земле (марка кабелей с медными жилами — СБ, с алюминиевыми— АСБ, то же, но в алюминиевой оболочке — ААБ).

Рис. 2. Электрическое поле в трехфазном кабеле с поясной изоляцией (а) и с экранированными жилами (б).

Кабели с поясной изоляцией обладают существенными недо­статками, в результате чего их применяют на напряжения не свыше 10 кВ. Как видно из рис. 2, а, силовые линии электрического поля в кабелях с поясной изоляцией имеют различные утлы на­клона по отношению к слоям бумаги, что обусловливает в них на­личие тангенциальных составляющих поля. Это заметно ухудшает свойства кабеля, так как электрическая прочность изоляции вдоль слоев бумаги в 8—10 раз меньше по сравнению с прочностью при нормальном к ней направлении силовых линий. Электрическая прочность заполнителей также значительно ниже, чем у пропитан­ной изоляции.

Кабели, предназначенные для вертикальных прокладок, изготав­ливают с обедненно-пропитанной (осушенной) изоляцией или с нестекающей массой церезиновой пропитки.

Трехжильные кабели напряжением 20—35 кВ состоят из отдельных освинцованных жил (рис. 3).

Рис. 3. Кабель напряжением 35 кВ с вязкой пропиткой.

Каждая круглая жила 1 кабеля покрыта бумажной изоляцией с вязкой пропиткой 2 и имеет свинцовую заземленную оболочку 3 (экран), благодаря чему электрическое поле в изоляции кабеля только с радиально направленными силовыми линиями (рис. 2, б). Промежутки между освинцованными жилами заполнены пропи­танной кабельной пряжей 4, все три жилы скручены друг с другом, обмотаны скрепляющей их между собой тканевой лептой 5 и по­крыты броней 6. Броня защищена от коррозии кабельной пряжей 7, пропитанной битумным составом. Изображенный на этом рисунке кабель предназначен для прокладки в земле (марка ОСБ). Кабели напряжением 35 кВ, предназначенные для прокладки в воде (марки ОСК, АОСК), отличаются тем, что броня у них сделана из круглой проволоки.

Применение в кабелях вязкого про­питочного состава приводит к тому, что при остывании (например, после боль­ших нагрузок) в изоляции кабеля не­редко появляются газовые включения. Так как диэлектрическая прочность у газовых (воздушных) включений в не­сколько раз меньше, чем у пропитанной бумаги, то напряженность электриче­ского поля в них выше, чем в остальной изоляции, и это способствует возникно­вению местной ионизации, а в после­дующем ведет к пробою изоляции.

Чтобы избежать этого, для линий напряжением до 110 кВ в ряде стран изготавливают газонаполненные кабели с общей свинцовой оболоч­кой на все три жилы (рис. 4). Основ­ная идея такой конструкции состоит в том, что воздушные включе­ния в изоляции по мере их образования заполняются азотом, на­ходящимся в кабеле под избыточным давлением 0,1—0,3 МПа (1—3 ати). Постоянство этого давления обеспечивается тем, что утечки газа компенсируются непрерывной подпиткой. Бумажная изоляция газонаполненных кабелей — обедненно-пропитанная. Каждая жила поверх изоляции имеет экран из металлизированной бумаги. Электрическое поле у этого кабеля — такое же, как у ка­беля ОСБ (см. рис. 2, б).

Рис. 4. Газонаполненный кабель напряжением 35 кВ:

1 — токопроводящая жила; 2 — экран из полупроводящей бу­маги; 3 — обедненно-пропитанная фазная бумажная изоля­ция; 4 — металлизированная бумага; 5 — тканевая лента с проволокой; 6 — стальной гиб­кий газопроницаемый шланг; 7 — свинцовая оболочка; 8 — медная лента; 9 — защитный слой; 10 — стальная ленточная броня и джутовый покров.

Кабели для переменного тока напряжением 110 и 220 кВ изготавливают маслонаполненными. Однофазные кабели трехфазных линий, предназначенные для прокладки непосредственно в земляных траншеях, изготовляются с асфальтовым наружным покровом или с броней из стальных проволок. В последнем случае для уменьшения вредного влияния магнитного поля рассеяния стальной оболочки на кабель (нагрев брони, потеря электроэнергии и т. п.) в броню закладывают не­сколько медных проволок (примерно 12% к общему числу про­волок).

В маслонаполненных кабелях отечественного производства ма­сло, пропитывающее изоляцию жил кабеля, находится под избы­точным давлением в 0,3—1,6 МПа (3 и 16 ати). По этому признаку маслонаполненные кабели подразделяются на кабели среднего и высокого давления.

В электрических сетях напряжением 110 кВ наиболее распро­странен кабель среднего давления (рис. 5). Токопроводящая жила 1 кабеля состоит из двух слоев профильных проволок с центральным маслопроводящим каналом 2. Слой бумажной изоляции 3 толщи­ной 10 мм со стороны жилы и со стороны свинцовой обо­лочки 4 ограничивается эк­ранами из пол у проводящей бумаги. Поверх свинцовой оболочки кабель имеет упроч­няющие латунные ленты 5, позволяющие поддерживать давление в 0,3 МПа. От кор­розии кабель защищен анти­коррозийными битумными по­кровами 6. Для защиты от механических повреждений (при прокладке в земляной траншее) кабель имеет броню из круглых стальных 7 и медных 8 проволок, покрытых защитным слоем 9 из ткани, пропитанной битумом. В этом исполнении кабель имеет марку МССК.

Рис. 5. Маслонаполненный кабель сред­него давления напряжением 110 кВ.

В последнее время маслонаполненные кабели среднего давле­ния изготавливаются также с алюминиевой гофрированной защит­ной оболочкой вместо свинцовой, без проволочной брони.

Для кабелей среднего давления должна быть обеспечена под­питка маслом через каждые 2,5 км по трассе кабеля. Масло приме­няют очищенное, маловязкое. Давление масла в кабеле поддержи­вается баками давления, установленными вдоль трассы кабеля. Таким образом, все пустоты в изоляции, образующиеся при изго­товлении, монтаже и эксплуатации кабеля, заполняются маслом, обладающим высокой диэлектрической прочностью. Это предотвра­щает ионизацию воздуха в пустотах, а следовательно, устраняет одну из основных причин пробоя кабеля.

Для линий напряжением 220 кВ в настоящее время преимуще­ственно применяется кабель высокого давления.

Конструкция кабеля высокого давления напряжением 220 кВ показана на рис. 6. Три однофазных кабеля размещены в стальном трубопроводе 1, заполненном изоляционным маслом под избы­точным давлением до 1,6 МПа (16 ати). Токоведущая жила 4 из медных круглых проволок имеет бумажную изоляцию 3 с вязкой пропиткой. Поверх изоляции и полупроводящих бумажных лепт наложена медная перфорированная лента 2 (экран), а сверх нее — две бронзовые полукруглые проволоки 5, которые служат для меха­нической защиты изоляции от повреждений во время протягивания в стальном трубопроводе и, кроме того, способствуют улучшению циркуляции масла. Свинцовая обо­лочка на кабеле нужна только на период транспортировки и хра­пения; перед затягиванием кабеля в стальной трубопровод ее сни­мают. Повышенное давление масла в трубе обеспечивает хорошую элек­трическую прочность  кабеля,  а большой диаметр трубы позволяет сооружать линию длиной до 5 км с  подпиткой только  из  одного пункта. В этом исполнении кабель имеет марку МВДТ.

Рис. 6. Конструкция кабеля высо­кого давления напряжением 220 кВ.

Применение кабелей высокого давления наиболее целесообразно при напряжении 220—500 кВ на прямых трассах.

В марках кабелей отражены их основные конструктивные дан­ные. Рядом с маркой кабеля обычно указывают число и сечение токоведущих жил кабеля. Так, СБ-3×95 означает: кабель с бу­мажной изоляцией в свинцовой оболочке с тремя медными жилами сечением по 95 мм², бронированный двумя стальными лентами с защитным наружным покровом.