книги / Техника высоких напряжений

Таблица 18-Î

Характеристики бумаги, пропиточного масла и кабельной изоляции

		О д н о м и н у тн ая э л е к тр и ч е ­		tg	5
		с к а я п р о чн о сть при 20® С,
		к в/м м
	И зо л я ц и я	П ер ем ен н ая	П о с то я н н а я
				20® С	100® С
		н ап р я ж е н ­	н а п р я ж е н ­
		н о сть	н о сть
Высушенная	бумага	10,6	14,9	2 .1 0 -’	3,6-10-*
Пропиточное	масло	24	34	0 ,8 -1 0 -’	33-10-»
Кабельная изоляция .		57,5	174	2 ,6 -1 0 -’	8,5-10-*

рисунка, для уменьшения наружно­ го диаметра кабеля жилам придает­ ся не круглая, а секторная форма, обеспечивающая более полное ис­ пользование объема под свинцовой оболочкой. Изоляция кабеля со­ стоит из двух частей — фазной и по­ ясной. Таким образом, между жи­ лами кабеля находится двойная фазная' изоляция, рассчитанная на ли­ нейное напряжение, а между каж­ дой жилой и оболочкой — фазная плюс поясная. Зазоры между от­ дельными изолированными жилами заполняются низкокачественной изо­ ляцией — наполнителем (джут или бумажные жгуты). Поверх свинцо­ вой оболочки для повышения меха­ нической прочности кабеля накла­ дывается броня из стальных лент или проволок, причем эта броня за­ щищается от коррозии битумным составом.

Кабельная изоляция изготов­ ляется из бумажных лент шириной 10—30 мм и толщиной 20—120 мку наматываемых спирально слой на слой. В каждом слое между краями двух смежных лент сохраняются зазоры в 1,5—3,5 мм, благодаря на­ личию которых при изгибании кабе­ ля бумажные ленты не повреждают друг друга. Масляные каналы в за­ зоре между лентами являются сла­ бым местом в изоляции, поэтому при намотке бумаги необходимо по возможности предотвращать совпа­ дение зазоров в двух соседних сло­ ях бумаги. На рис. 18-2, например, показано, что в 14 слоях совпадение зазоров произошло только’ 1 раз.

Во время намотки изоляции бу­ мага содержит до 10% адсорбиро­

ванной поверхностями волокон вла­ ги и воздух, для удаления которых применяется сушка под вакуумом при температуре 120—135° С. После сушки, в тех же герметически за­ крытых баках производится пропит­ ка изоляции под вакуумом соста­ вом из минерального масла и ка­ нифоли.

Масло и бумага в кабельной изоляции весьма удачно дополняют друг друга, поэтому пробивные на­ пряженности кабельной изоляции значительно выше пробивных на­ пряженностей бумаги и масла, взя­ тых по отдельности, как это хорошо видно из табл. 18-1.

Из табл. 18-1 следут, что кабель­ ная изоляция имеет весьма высо­ кую кратковременную электриче­ скую прочность порядка 50— 60 кв/мм при переменном напряже­ нии, значительно превышающую прочность бумаги и масла, взятых в отдельности. При постоянном на­ пряжении эта разница еще более

Рис. 18-2. Структура бумажной изоляции кабеля.

/ _	т о к о п р о во д я щ ая			ж и л а ;		2 — с ви н ц о вая			обо л о ч ­
к а;	3 — л ен ты		б у м аги ;		4 — за зо р м еж д у				к р ая м и
сп и р ал ь н о н ан есен ной					л ен ты		б у м аги ;	б —-ш а г		н а ­
м отки;		6 — п ер ек р ы ти е			л ен ты ;		7 — возм ож н ы й			д е ­
ф ект		в и зо л яц и и		в ви д е		со вп ад ен и я		д вух л ен т;
8 — у вел и ч ен н ая			м а с л я н а я			п рослой ка		в м есте		со ­
			в п а д ен и я л е н т .

значительна. К сожалению, электри­

Рис. 18-4. Схема

р аз­

I

'

'

]

ческая прочность изоляции с вязкой

вития пробоя с обра­

^ • Е Е ш Е Е з

пропиткой очень

сильно

снижается

зованием

проводящ ей

при

увеличении

времени

воздейст­

иглы

и

древовидны х

;

/

; / / / / /г/??

вия

напряжения,

как

это

видно из

побегов.

Ж и ла

рис.

18-3 (кривая 1).

а — и о н и зац и я

в за зо р е

м е ж д у

к р а я м и

первой

С

3

Снижение

пробивного

напряже­

л ен ты ;

б — во

второй

&)

3

л е н те

о б р а зо в а л с я п р о во ­

ния кабелей с вязкой пропиткой или,

в а н н а я

п ен а

п р о н и кл а

г?Л>>>А¥г?'7//7У/

иными словами,

уменьшение срока

д я щ и й к а н а л , и о н и зи р о ­

м е ж д у

второй

и тр етьей

жизни кабеля при увеличении ра­

л е н та м и ;

в — п р о в о д я ­

щ и й

к а н а л

о б р а зо в ал с я

бочего напряжения

связано в пер­

в тр етьей

л ен те, и о н и зи ­

вую очередь

с ионизацией

воздуш­

р о в а н н а я

п ена

п р о н и кл а

в)

м е ж д у

тр етьей

и ч е т в е р ­

гит

ных включений,

образующихся

при

той

л ен там и ,

н ач ал и сь

т ан ген ц и а л ь н ы е р а з ­

переменном

тепловом

режиме

ра­

р яд ы .

7

боты кабеля.

газа,

расположенный

электрическое

поле

в

окрестности

Пузырек

вблизи

жилы

кабеля,

попадает

газового включения искажается так,

в область наибольшей

напряженно­

как

показано

на

рис.

18-5.

Появ­

сти поля, поэтому ионизация газа

ляется

тангенциальная

составляю­

может начаться даже при рабочем

щая

напряженности

электрического

напряжении. Благодаря

бомбарди­

поля, и разряд

получает

возмож­

ровке ионами краев газового пузырь­

ность развиваться вдоль слоев бу­

ка он раздробляется,

превращаясь

маги. На этом пути прочность ка­

в газомасляную эмульсию,

которая

бельной

изоляции

значительно

ни­

постепенно вытесняет масло из пор

же, поэтому разряд начинает сколь­

ближайшей бумажной ленты и про­

зить вдоль слоев бумаги, несмотря

никает в следующий масляный ка­

на

то,

что

этот путь

значительно

нал

между

бумажными

лентами.

длиннее. Дойдя до соседнего зазо­

Так

как

ионизация

сопровождает­

ра между лентами бумаги, разряд

ся прохождением определенного то­

переходит в следующий слой, по­

ка,

одно

или несколько

отверстий

сле чего он может прорастать как

в первой ленте бумаги обугливает­

вправо, так и влево. Образуется ха­

ся, превращаясь в хорошо проводя­

рактерный для кабелей с вязкой

щий канал. Во втором масляном

пропиткой

ветвистый

разряд, кото­

слое

процесс

развивается

анало­

рый иногда доходит до оболочки ка­

гично, в результате чего оказывает­

беля на расстоянии 1 ж и более от

ся проколотой следующая лента бу­

места своего зарождения. По ме­

маги (рис. 18-4).

в

нескольких

ре

движения

ветвистого

разряда,

После

того как

вдоль канала распространяется

га­

слоях бумаги, примыкающих к жи­

зомасляная эмульсия, в которой не­

ле, образуются проводящие каналы,

прерывно

происходят

ионизацион­

ные

процессы,

сопровождающиеся

химическим разложением

бумаги и

масла.

применяемых

в

кабелях

При

с вязкой

пропиткой рабочих

напря-

Рис.	18-3. Зависим ость				пробивной	прочно­
сти	изоляции		кабеля с		вязкой пропиткой
(кравая		/)	и	маслонаполненного		кабеля	Рис. 18-5. И скаж ение поля в на­
(кривая		2) от		времени	действия	напря­	чале развития ветвистого раз­
				ж ения.			ряда.

Рис.

18-12.

Схема трассы маслонаполненно­

го кабеля.

1 — к о н ц ев ая

м у ф та;

2 — с о ед и н и тел ьн ы е м у ф ты ;

3 — с то п о р н ая

м у ф та;

4 — б ак и

д а в л е н и я .

пряженность

поля

вблизи

жилы

уменьшается,

а

вблизи оболочки

возрастает,

благодаря

чему распре­

деление

напряженности

делается

более равномерным.

неизменного

Для

поддержания

Рис. 18-11. Маслонаполненный кабель на

давления масла в кабеле во время

напряжение 380 кв высокого давления.

его

эксплуатации

на

кабельной

1 — м а сл о п р о в о д ящ и й

к а н а л ;

2 — то к о п р о в о д я щ ая

трассе через каждые 1—2,5 км уста­

ж и л а из ф асо н н ы х

п роволок;

3 — и зо л я ц и я ;

4 —

навливаются

баки

давления

и сто­

эк р а н ;

5 — ф а с о н н ая

о с ви н ц о ван н ая

о б о л о ч к а;

6—

м асл о п р о в о д я щ и е к а н а л ы

в

у гл у б л ен и я х

сви н ц о ­

порные

муфты,

как

показано

на

вой о б олочки ;

7 — в то р ая сви н ц о вая

о б о л о ч к а;

8—

п р о к л ад к и из

б и ту м а

и тк а н и ;

9,

11 — б а н д а ж

рис.

18-12. Баки давления представ­

д л я у си л ен и я в р а д и а л ь н о м н ап р ав л ен и и ; 10 —

ляют собой

гофрированные

сосуды

б а н д а ж

д л я у си л ен и я

в п ро д о л ьн о м

н ап р авл ен и и ;

12 — за щ и тн ы е

п окровы .

с маслом, помещенные в баки,

у кабелей

20—35 кв

с вязкой

про­

наполненные сжатым

газом

(рис.

18-13). При нагревании кабеля дав­

питкой. Такие избыточные давления

ление

масла

в

нем

возрастает

и

выдерживаются

обычными

свинцо­

часть масла из кабеля уходит в гоф-

выми

оболочками,

усиленными

рированый

сосуд

бака

давления,

с помощью медных

лент. Увеличе­

который при этом несколько расши­

ние избыточного давления

до

10—

ряется. При охлаждении масло ухо­

15 ат позволяет

поднять

рабочие

дит обратно в кабель. Во всех режи­

напряженности до 10—15 кв)мм, од­

нако

требует

применения

более

мах давление

масла в гофрирован-

сложных по конструкции свинцовых

оболочек и усиливающих бандажей.

Поэтому маслонаполненные

кабели

высокого

давления

применяются

только при самых высоких напряже­

ниях. На рис. 18-11 в качестве при­

мера

показано

устройство

кабеля

высокого давления

на

напряжение

380 кв. Толщина

изоляции

этого

кабеля равна 28 мм, а максималь­

ная

рабочая

напряженность

поля

13,8 кв/мм. Для выравнивания рас­

пределения напряженностей по

се­

чению кабеля изоляция намотана из

бумаги различной

толщины,

кото­

рая

равна

0,02 мм вблизи

жилы и

Рис.

18-13.

Бак

давления

до

постепенно увеличивается к оболоч­

3 ат с полезным объемом 70 л.

ке. Так как изоляция, изготовленная

/ — к о ж у х ;

2 — уп ругий

эл ем ен т;

из тонкой

бумаги,

имеет

несколько

ми

эл ем ен там и ;

4 — д е га зи р о в а н н о е

3 — оп орн ы е

ко л ьц а

м еж д у

у п р у ги ­

большую

величину

коэффициента

м асл о ;

5 — м ан о м етр ;

6 — ц^туцер

диэлектрической проницаемости, (на-

д л я п р и со ед и н ен и я

б а к а к

каб ел ю ;

7 — ш ту ц ер

д л я пром ы вки

б а к а .

Рис. 18-15. Непосредственный ввод маслоналолненного кабеля на 135 кв в трансфор­

матор.

/ — свинцовая оболочка					кабеля;		2 — верхняя			часть
фарфорового		изолятора			ввода — концевой				муфты;
3 — нижняя		часть		кабельного			ввода — муфты;
4 — соединение			жилы	кабеля и стержня					ввода
трансформатора;			5 — конденсаторный					ввод	транс­
форматора;		6 — промежуточный					бак,	наполненный
маслом;	7 — бакелитовый					цилиндр — барьер;				8 —
экран;	9 — заземленный					металлический корпус
			кабельного			ввода.

В связи с тем, что в маслонапол­ ненных кабелях образование газо­ вых включений маловероятно, а ес­ ли они и образуются, то давление газа в них значительно превышает атмосферное, ионизационный про­ бой может произойти только при напряженностях поля, значительно превышающих рабочие. Поэтому основную опасность для маслона­ полненных кабелей представляет тепловой пробой. Тепловой пробой кабеля происходит в том случае, когда количество тепла, выделяю­ щееся в изоляции за счет диэлек­ трических потерь, превышает коли­ чество отводимого от кабеля тепла. В этом случае температура изоля­ ции начинает катастрофически воз­ растать, и в конце концов изоляция повреждается. Поэтому в маслона­ полненных кабелях необходимо при­ менять материалы с возможно бо­ лее низкими диэлектрическими по­ терями. В процессе изготовления кабеля неоднократно измеряется tgô (при поступлении масла на за­ вод, после дегазации и фильтрации, пропитки кабеля, а также после хра­ нения готового кабеля в течение не­

скольких суток). Для масла, нагре­ того до температуры 100°С, tgô должен быть не больше 0,01.

В кабелях на весьма высокие на­ пряжения вследствие большого объ­ ема изоляции диэлектрические по­ тери составляют весьма заметную долю общих потерь, что заставляет существенно снижать допустимую токовую нагрузку. Так, например, при tgô = 0,005 в кабеле ПО кв ди­ электрические потери составляют 10%' потерь в жиле, а в кабеле 400 кв при tgô = 0,003 они достига­ ют 100%'. Поэтому необходимо тщательно следить за диэлектриче­ скими потерями в применяемых для изготовления кабеля изоляционных материалах.

18-4. ДРУГИЕ ТИПЫ КАБЕЛЕЙ НА ВЫСОКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

а) Кабели под давлением масла

нашли применение при напряжениях ПО—150 кв. В стальном трубопро­ воде, заполненном жидким маслом под давлением порядка 15 ат, по­ мещаются три круглые жиды кабе­ ля, покрытые обычной изоляцией с вязкой пропиткой (рис. 18-16). Изоляция окружена экраном, по­ верх которого наложено герметизи­ рующее покрытие из полиэтилено­ вых или алюминиевых лент, предот­ вращающее контакт изоляции с атмосферой во время транспорти­ ровки и укладки кабеля. Покрытие должно быть достаточно эластич­ ным, чтобы свободно передавать

Рис. 18-16. Схематичный разрез трубопро­ вода с кабелем под давлением масла.

/ — ж и л а ;	2 — и зо л я ц и я ;		3 — ге р м ети зи р у ю щ и е
защ и тн ы е	п окровы ;	4 — п о л у к р у гл ая п ро во л о ка;
5 — с т ал ь н а я т р у б а ;		6 — м асл о ; 7 — а н ти к о р р о ­
	зи й н ы е покровы .

изоляции

давление

окружающего

ее масла. Иногда в кабелях этого

типа

применяют

временные

свин­

цовые оболочки, снимаемые во вре­

мя прокладки кабеля. В этом слу­

чае масло под давлением непосред­

ственно

соприкасается

с

изолиро­

ванными

жилами

кабеля.

Характеристики кабеля с маслом

под

давлением

приблизительно

со­

ответствуют

характеристикам

ма­

слонаполненных

кабелей

высокого

давления. Их преимущество заклю­

Рис. 18-17. Схематичный разрез трубопро­

чается

в

более

простой

оболочке,

вода

с кабелем

под давлением

газа.

выдерживающей высокое

давление

/ — жила; 2 — изоляция; 8 — свинцовая

оболочка;

4 — стальная

труба;

5 — газ;

6 — антикоррозий­

(стальная труба). К недостатку

ные

покровы.

этих

кабелей

относится

значитель­

но больший объем масла на еди­

статическим давлением газа практи­

ницу длины кабеля, поэтому для под­

чески можно не считаться. При ава­

держания

неизменного

давления

рии на трубопроводе утечка газа

масла необходимо устраивать слож­

происходит

гораздо

более

быстро,

ные автоматические

насосные стан­

чем утечка масла. Однако изоляция,

ции, располагаемые обычно на рас­

длительное

время

находившаяся

стоянии 10—15 км друг от друга.

в сжатом состоянии, после снятия

Но в общем линия кабеля с мас­

давления

в

течение

многих

часов

лом под давлением обходится на

остается

уплотненной

и

сохраняет

20—30%

дешевле

линии

маслона-

свои прежние электрические харак­

гюлненного кабеля

высокого давле­

теристики.

ния.

К недостаткам кабелей с газом

б) Кабели с газом под давлением

под давлением прежде всего отно­

также

прокладываются

в стальных

сятся

значительно худшие условия

трубах (рис. 18-17), которые запол­

отвода тепла, что особенно сущест­

няются

газом

(азот,

углекислый

венно для кабелей на самые высо­

газ)

под давлением

порядка

15 ат.

кие напряжения.

Жилы

кабеля покрываются

изоля­

в)

Газонаполненные кабели так­

цией с

обедненной

пропиткой,

по­

же имеют обедненно-пропитан.ную

верх изоляции имеется полиэтилено­

изоляцию,

в

которой

прослойки

вая

оболочка,

усиленная

латунны­

между

лентами

бумаги

заполнены

ми лентами. Давление

газа

пере­

газом. В качестве газа применяется

дается

изоляции

кабеля,

поэтому

азот, а в последнее время также

возникающие в ней газовые включе­

элегаз

и

фреон, обеспечивающие

ния в соответствии с законом Па-

значительно

более

благоприятные

шена начинают ионизироваться при

ионизационные

характеристики изо­

значительно

больших напряженно­

ляции. После

обеднения пропитан­

стях поля. Это позволяет увеличить

ная изоляция

газонаполненных

ка­

максимальную

рабочую

напряжен­

белей

освинцовывается,

затем

про­

ность электрического поля до

10—

дувается и заполняется газом че­

12 кв/мм

при давлении

газа

12—

рез специальные герметические

на­

15 ат.

конечники,

напаянные

на

свинцо­

Трасса кабелей с газом под дав­

вую оболочку с обоих концов ка­

лением

имеет относительно простое

беля.

кабели

на

на­

устройство, так как для поддержа­

Газонаполненные

ния давления достаточно установить

пряжение

до

35 кв

включительно

простые баллоны со сжатым газом,

выполняются трехфазными, а на на-

а при

наклонных

трассах

с

гидро-

пряжение 110 кв и выше — однофаз-