Силовые кабели на напряжении 1- 35 кВ

Основная масса силовых кабелей на напряжении до 10 кВ выпускается трехжильными с секторными жилами, так называемые кабеля с полной изоляцией. Также кабеля выпускаются с медными и алюминиевыми жилами сечением от 6 до 240 мм . Алюминиевые жилы могут быть одно проволочными во всем диапазоне сечений, кроме того, в диапазоне 70…240мм выпускаются также кабели с многопроволочными уплотненными жилами. Медные жилы изготавливаются в основном от 6 до 50мм применяются также одно-проволочные жилы.

Из-за дефицита меди в кабельной промышленности наиболее широко применяется алюминий как для токопроводящих жил, так и для оболочек.

Электропроводность алюминия в 1,65 раз меньше плотности меди,что позволяет получить жилы с одинаковым электрическим сопротивлением в 2 раза легче медных.

Изготовление одно проволочных алюминиевых жил в виде сплошного сектора даёт большой экономический эффект в кабельной промышленности. Применение таких жил позволяет уменьшить диаметр кабеля, кроме того, при изготовлении таких жил повышается производительность труда, так как исключается операция скрутки жил. Сплошные секторные жилы имеют большую жёсткость. Однако, как показали исследования жёсткость кабеля определяется не токопроводящими жилами, а прежде всего материалом и конструкцией оболочки.

Монтажные свойства кабелей с отожжёнными алюминиевыми жилами вполне удовлетворительны.

Изоляция кабелей состоит из лент кабельной бумаги, пропитанной маслоканифольным составом. В кабелях на напряжении от 1…10 кВ каждая фаза изолируется отдельно, а затем поверх скрученных изолированных жил накладывается общая – поясная изоляция. Промежутки между изолированными жилами заполняются жгутами из сульфатной бумаги. Электрическое поле в кабелях с поясной изоляцией имеет сложный вид. Силовые линии поля в некоторых областях сечения кабеля не перпендикулярны слоям бумаги, это иллюстрирует рис. 11.2

Рис. 11.2 (а) Рис. 11.2 (б)

Рис. 11.2. Электрическое поле в кабеле с поясной изоляцией и тренированными (а) или освинцованными жилами (б).

Вследствие этого появляется потенциальная составляющая электрического поля в изоляции. Если учесть, что электрическая прочность слоистой бумажной изоляции значительно больше в направлении, перпендикулярном слоям, чем в направлении вдоль слоёв бумажных лент, то становится очевидным , что наиболее опасным местом в изоляции является междуфазное заполнение. Толщина фазной и поясной изоляции кабелей на напряжении 6 и 10 кВ выбрано с учётом напряжённостей электрического поля возникающих в изоляции в рабочих и аварийных режимах, например замыкание одной фазы на оболочку. В рабочем режиме для случая как заземлённой, так и изолированной нейтрале сети напряжения между фазами равно линейному, а напряжение между фазой и оболочкой – фазному, т.е. в 3 раза меньше. Поэтому для рабочих режимов средние напряженности электрического поля в фазной и поясной изоляции будут примерно одинаковыми, если толщина изоляции будет примерно на 70% больше, чем между жилой и оболочкой.

При аварийном режиме напряжение между соседними не поврежденными фазами и оболочкой равно линейному напряжению сети. Следовательно, что в аварийном режиме обеспечить примерное равенство средних напряженностей электрического поля в фазной и поясной изоляции, необходимо выбрать их равной толщины.

Основным недостатком бумажной пропитанной изоляции является её большая гигроскопичность, поэтому для защиты изоляции от увлажнения в процессе старения кабели заключают в металлическую оболочку.

Силовые кабели выпускаются в свинцовой и алюминиевой оболочках. Если ранее основным металлом для кабельных оболочек являлся свинец, то в настоящее время подавляющее большинство кабелей изготовляется в алюминиевой оболочке. Алюминиевые оболочки достаточно герметичны и механически более прочны по сравнению со свинцовыми. Это позволяет в ряде случаев использовать их без дополнительной механической защиты.

Металлические оболочки, как правело, защищаются от коррозии и механических повреждений с защитными покровами.

С увеличением рабочего напряжения возрастают напряженности электрического поля в изоляции кабеля, и при напряжениях больше 20 кВ значение потенциальной составляющей напряженности поля в кабелях с поясной изоляцией близки к значениям, при которых возможен пробой изоляции. В связи с этим кабели напряжением 20 и 35 кВ изготовляется либо в одножильном исполнении с круглыми алюминиевыми и медными жилами с свинцовой и алюминиевой оболочке, либо в 3 –х жильном исполнении, при том кабель скручивается из 3-х круглых изолированных жил, каждая из которых имеет свинцовую оболочку. В изоляции этих кабелей электрическое поле радиальное, при этом продольная составляющая напряженности поля практически отсутствует, что позволяет изготовить кабеля с бумажной изоляцией, пропитанной маслоканифольным составом.

Выпускаемые 3 –х жильные кабеля с радиальным электрическим полем ( кабели с отдельно освинцованными жилами )имеют марки ОСБ, АОСБ и т.д.

Получают распространение так называемые Н-кабели. В Н-кабеле 3-и изолированные и транированные жилы скручиваются вместе и помещаются в общую и гофрированную алюминиевую оболочку.

Радиальное поле в изоляции обеспечивается наличием экранов из медных лент на поверхности каждой изолированной жилы.

Кабеля с отдельно освинцованными жилами выпускаются только с медными и алюминиевыми жилами. Для кабелей типа ОСБ применяют в основном много проволочные жилы, причем лучшие характеристики имеют кабеля с уплотненными жилами. При уплотнении жил уменьшается их диаметр и сглаживается поверхность жилы. Для выравнивания электрического поля напряжения силовых линий 2(б), на поверхности жилы размещаются экраны из полу проводящей бумаги. Поверх изоляции также накладывается экран из полу проводящей бумаги, либо из полупроводящей бумаги, поверх которой размещается алюминиевая или медная фольга.

Алюминиевые оболочки для таких кабелей из-за своей жесткости пока применения не нашли.

Отдельно освинцованные жилы скручиваются с заполнением промежутков между ними, пропитанной кабельной пряжей или стекло пряжей. В сечении кабель с заполненьями можем иметь как круглую форму , так и форму треугольника со скрученными вершинами. Снаружи скрученные жилы с заполнением обматывают тканевой лентой или кабельной пряжей, а затем на них накладывают защитные покровы.