Силовые высоковольтные кабели с бумажной изоляцией в свинцовой оболочке и кабельные муфты

Силовые кабели предназначаются для передачи и распределения электроэнергии по району и для подводки ее к токоприемникам.

Хотя кабельные более дорогие в процессе прокладки, чем воздушные линии, они все чаще используются в качестве приоритетного решения. Сегодня высоковольтные кабели в основном эксплуатируются на уровнях напряжения 380 кВ, 110 кВ, 35кВ, 20 кВ, 10 кВ и 400 В.

В то время как сегодня производятся почти только кабели с пластиковой изоляцией и оболочкой из сшитого полиэтилена, классический высоковольтный кабель представляет собой так называемый бумажный свинцовый кабель.

Кабели из сшитого полиэтилена начали широко прокладывать еще до 1980-х годов, хотя в некоторых странах этот процесс начался позже. Одна особенно примечательная особенность этого уровня напряжения — огромное разнообразие альтернативных типов полимерных кабелей.

Силовые кабели с бумажной изоляцией (слева) по сравнению с кабелем из сшитого полиэтилена

Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией

Свинцовые кабели с бумажной изоляцией имеют практически одинаковую базовую структуру для уровней напряжения от 400 В до 35 кВ. Они использовались для передачи энергии с момента появления систем первого электроснабжения в конце XIX века.

Бронированный силовой кабель в свинцовой оболочке начала XX века

Для рабочего напряжения до 35 кВ включительно такие кабели изготавливались с изоляцией из пропитанной масло-канифольным составом кабельной бумаги в свинцовой оболочке и броне в зависимости от условий прокладки.

Кабели и провода, прокладываемые на кораблях, применяемые в добывающей и обрабатывающей промышленности и в сельском хозяйстве, делались преимущественно с резиновой или пластмассовой изоляцией в гибком шланге из резины или полихлорвинила.

По числу жил различают силовые кабели: одно-, двух-, трех- и четырехжильные. Токопроводящие жилы могут быть одно и многопроволочные, а по форме — круглые, секторные, сегментные и овальные.

Как уже было сказано выше, трехжильный освинцованный кабель на напряжение до 6 кВ появился в конце XIX века. Сначала это был кабель с круглыми медными жилами, толстым слоем бумажно-пропитанной изоляции на жилах и такой же толщины общим (поясным) слоем изоляции поверх скрученных вместе изолированных жил, т. е. под свинцовой оболочкой.

Пример свинцового кабеля на рекламе Kabelwerke Brugg с 1927 года

Прокладка кабеля напряжением 30 кВ в Германии в 1928 году

Развитие силового кабеля шло по линии повышения рабочего напряжения кабеля и надежности его работы, однако, не за счет дальнейшего увеличения толщины изолирующего слоя, а за счет повышения качества и улучшения использования изолирующего материала в кабеле.

Улучшение экономических показателей кабеля, т. е. в первую очередь снижение его стоимости, определялось экономией основных материалов за счет лучшего их использования и улучшения технологического процесса (сокращение производственного цикла, снижение отходов и брака в производстве).

В двадцатых годах XX века круглые жилы в многожильных силовых кабелях были заменены жилами сегментной и секторной формы, так как уровень кабельного производства настолько повысился к этому времени, что появилась возможность изготовлять надежные в эксплуатации силовые кабели с жилами некруглой формы до 10 кВ включительно.

Основным типом силового кабеля с бумажной пропитанной изоляцией является кабель с секторными жилами.

Этот кабель имеет слой изоляции на каждой жиле (фазовая изоляция) и общий слой изоляции поверх трех скрученных вместе изолированных жил (поясная изоляция). Такой кабель называется кабелем с поясной изоляцией или по виду электрического поля в нем — кабелем с нерадиальным полем, а по типу пропитки — кабелем с вязкой пропиткой.

Для обозначения кабеля этого типа употребляются условные обозначения (марки) в зависимости от рода брони и наружного покрова, например:

• СГ— кабель без брони и каких-либо покровов поверх свинца,
• СА — поверх свинцовой оболочки наложен слой асфальта,
• СБ — поверх свинца наложена броня из двух стальных лент и покров из пропитанной битумом кабельной пряжи (джута),
• СБГ — то же, что и в предыдущей конструкции, но без джутового покрова поверх брони,
• ОП и СK — кабель с броней из плоских или круглых проволок.

Первая буква марки указывает на наличие оболочки, а последняя — на род защитных покровов.

С целью экономии свинца за счет уменьшения диаметра в многожильных силовых кабелях (двух-, трех- и четырехжильных) токопроводящие жилы кабеля делают не круглой, а секторной или сегментной формы.

Трехжильный кабель с секторными жилами имеет примерно на 15% меньший диаметр, чем кабель с круглыми жилами такого же сечения. Экономия на свинце, полученная в результате введения секторных жил, в трехжильных кабелях в среднем может быть оценена в 20%.

Жилы трехфазного кабеля могут иметь форму овала, приближающегося к эллипсу. Преимущество такой формы жилы состоит в том, что овальная жила не имеет таких острых углов, как секторная жила.

Применение жилы овальной формы в кабелях высокого напряжения 35 кВ может обеспечить до некоторой степени компенсацию тепловых изменений пропитывающего состава в изолирующем слое кабеля и тем самым повысить качество кабеля.

Основными изолирующими материалами, из которых на кабельном заводе изготовляется изолирующий слой силового кабеля, являются кабельная бумага и прочитывающий состав.

Пропитка бумажного слоя кабеля производится с целью замены воздуха в бумаге и между слоями бумажных лент более прочным в электрическом отношение минеральным маслом или каким-либо другим пропитывающим составом.

Роль бумаги состоит не только в том, что она удерживает пропитывающий состав. Наличие бумаги в изолирующем слое кабеля дает возможность получить изолирующий слой, пробивная прочность которого примерно в 3 раза превышает пробивную прочность пропитывающего состава.

Кабельная бумага, применяемая для изготовления изолирующего слоя силовых кабелей, должна обладать определенными механическими свойствами, обеспечивающими плотное наложение бумажных лент на жилу кабеля, физическими свойствами, необходимыми для правильного проведения процесса пропитки, и не должна содержать примесей, понижающих электрические свойства бумаги после пропитки.

Конструкция кабеля 20 и 35 кВ с поясной изоляцией не может обеспечить достаточной надежности в эксплуатации главным образом из-за наличия тангенциальных составляющих градиента в изоляции кабеля, вызванных нерадиальностью электрического поля.

На это напряжение применяется конструкция с тремя скрученными вместе освинцованными жилами в общей ленточной броне, условно обозначаемая маркой ОСБ. Эта конструкция впервые была предложена в 1923 г. С А. Яковлевым и С М. Брагиным.

Высоковольтный кабель на напряжение выше 20 кВ всегда изготовливался по типу одножильного кабеля, т. е. с радиальным электрическим полем, так как в этом случае надежность работы кабеля при высоком, напряжении имеет особо важное значение.

Для 110 и 220 кВ преимущественно применялись кабели маслонаполненного типа главной особенностью которых является то, что бумажная изоляция этого кабеля пропитывается маловязким минеральным маслом, которое может легко перемещаться вдоль кабеля по центральной полой жиле под влиянием создаваемого в кабеле избыточного давления.

При изменении температуры кабеля легкоподвижное масло позволяет компенсировать с помощью подпитывающей аппаратуры температурные изменения объема в изолирующем слое, которые в кабеле с вязкой пропиткой приводят к образованию пустот и пробою.

Наличие полой жилы дает возможность высушить и про питать кабель в производстве так, что в нем практически не остается никаких пузырьков и включений газа.

По изготовлении кабель наматывается на барабан и присоединяется к специальному бачку с маслом, находящемуся под некоторым положительным давлением. Благодаря такому устройству в кабеле не образуются газовые включения даже при значительных изменениях температуры.

Современный кабель ОСБ-35 3х120 на напряжение 35 кВ

Чтобы кабели можно было соединить с другим оборудованием или друг с другом, предусмотрены кабельные наконечники и соединительные муфты.

Поскольку кабели изготавливаются ограниченной длины, необходима соединительная арматура — так называемые кабельные муфты. Задача кабельной муфты — соединить два конца кабеля друг с другом.

Демонстрационный образец кабельной муфты на 30 кВ из музея в Лейпциге, который в открытом состоянии показывает, как устроено такое кабельное соединение:

Прямое соединение алюминиевого проводника сваривается и обрабатывается алюминиевым напильником. В случае медных проводников так называемые паяльные втулки помещаются на жилы кабеля и припаиваются.

Оголенные металлические жилы вручную оборачивают масляной бумагой шириной от 10 до 30 мм до тех пор, пока толщина изоляции не будет в 2,5 раза больше толщины изоляции кабеля.

Перед намоткой кабельный компаунд и бумагу необходимо нагреть до 130 градусов для того что бы выкипела влага. Для этого использовались открытые печи на древесном угле. Конечно, это было возможно только на открытом воздухе.

Чтобы влага не проникала в гильзы, используется заводская внутренняя гильза из свинца или оцинкованной стали для соединения свинцовых оболочек и их плотной пайки.

Незадолго до окончания процесса пайки в отверстие заливается кабельный компаунд, чтобы избежать образования воздушных карманов.

При проведении процесса пропитки силового кабеля должны быть приняты все меры к тому, чтобы испарить до пропитки оставшуюся в изолирующем слое влагу и наиболее полно пропитать весь изолирующий слой кабеля, сведя до минимума воздушные включения, которые могут образоваться в изолирующем слое во время п ропитки.

Пропитывающий состав должен подвергаться периодической очистке от механических примесей, вакуумной обработке для удаления влаги, приобретенной в процессе пропитки кабеля, и дегазации для удаления растворенного в нем газа (воздуха).

Прежде чем так называемая «свинцовая внутренняя втулка» будет заключена в литой стальной корпус и заполнена изоляцией из смолы, необходимо выполнить металлические соединения между арматурой из стальной полосы и свинцовой оболочкой.

После охлаждения не менее 3 часов установленная розетка может использоваться в течение очень долгого времени (30 лет и более).

Подробнее про устройтсво и технологию монтажа кабельных муфт для силовых кабелей смотрите здесь: Соединительные муфты для силовых кабелей

Источник

Как «читать» маркировку бронированного кабеля

Кабели бывают различных марок и видов. Каждый из них имеет свои особенности и предназначение. При этом нельзя сказать, какой вариант лучше, а можно лишь выбрать подходящий для конкретной задачи. Среди всего многообразия можно выделить бронированный кабель — он используется для прокладки линии под землей и защищен от движений грунта и других механических повреждений. Такие изделия станут полезны, например, для ввода электричества в дом.

Основные типы и виды

Прежде чем перейти к основной теме нашей статьи, давайте разберемся, какие вообще кабели бывают.

Контрольные кабели — обычно состоят из набора жил от пары до нескольких десятков. Используются для сборки цепей управления и подключения групп датчиков и исполнительных механизмов. Может быть экранирован — это поможет избежать помех и придаст дополнительную прочность изделию. Пример такого кабеля — КВВГ — медный с ПВХ-изоляцией. Вначале маркировки таких кабелей обычно стоит буква К.

Информационные и сигнальные кабели. К ним относится витая пара, оптоволоконные. Оптоволокно может быть одномодовым и многомодовым, в зависимости от предназначения и конструкции. Телефонная «лапша» тоже относится к этому классу. Витая пара может дополняться экранами и защитными оболочками, как и другие виды кабельных изделий.

Бронированная витая пара для внешней прокладки самонесущая

Силовые кабели используются для подключения электрооборудования к питающей сети. Если в маркировке первой буквой стоит А — например АВВГ, то жилы в нём из алюминия. Если же буквы А нет, например ВВГ, то он медный. Остальные буквы говорят нам о материалах изоляции и наличии дополнительных составляющих. ВВГ — расшифровывается, как Винил-Винил-Голый, то есть два слоя изоляции из ПВХ и голая жила.

Силовой бронированный — отдельный вид изделий предназначенный для эксплуатации в сложных условиях в агрессивной срезе или при возможных механических воздействия, в том числе в грунте. Броней могут защищаться и информационные кабели. Могут быть как алюминиевыми, так и медными. В качестве примера можно привести кабель бронированный медный ВБбШв с изоляцией из сшитого полиэтилена и оболочкой из выпресованного шланга из ПВХ, и броней из стальных лент, подробнее об этом вы узнаете ниже.

ВБбШВ с пятью жилами

Отдельное слово нужно сказать о грузонесущем геофизическом кабеле — это вид бронированных изделий применяющихся в исследовательских целях в нефте- и газодобывающей промышленности, в морских и геологических экспедициях. Носит еще одно название — каротажный.

Маркировка кабелей со слоем брони

Защищенные изделия зачастую имеют довольно длинную маркировку. Чтобы научиться распознавать марки бронированных кабелей нужно разобраться, что значат буквы в маркировке, для этого разберем на примере нескольких марок.

У бронированного кабеля АВБбШв маркировка значит:

• А — алюминиевые жилы;
• В — виниловая внутренняя изоляция;
• Б — бронированный;
• б — без подушки;
• Шв — внешняя оболочка в виде выпресованного ПВХ шланга.

Подобный ему ВБбШвнг расшифровывается так:

• буквы «А» вначале нет, значит, жилы из меди;
• В — виниловая внутренняя изоляция;
• Б — бронированный;
• б — без подушки;
• Шв — внешняя оболочка в виде выпресованного ПВХ шланга.
• нг — не распространяет горение.

Третья марка ТППэпБ — это телефонный бронированный, расшифровывается так:

• Т — говорит о предназначении — «Телефонный»;
• П — изоляция из полиэтилена;
• П — изоляция из полиэтителена;
• эп — экран из алюмополимерной ленты;
• Б — броня из двух стольных лент.

Конструкция

С примерной расшифровкой маркировки разобрались, теперь давайте перейдем к рассмотрению общей конструкции бронированных кабелей. Он состоит из:

1. Токопроводящей жилы из алюминия или меди.
2. Слоя изоляции поверх жилы, обычно это ПВХ, полиэтилен или пропитанная бумага.
3. Далее идет экран из медных проволок или же различных проводящих лент, например из металла или проводящих картонов и бумаг.
4. Поверх экрана еще один слой изоляции.
5. Затем идет слой брони, обычно выполненной в виде лент, тогда верхняя лента накладывается так, чтобы перекрывать стыки витков нижней ленты. Ленты как спираль на кабель.
6. В центре кабеля может располагаться осевой элемент, это может быть стальной канат или прут из стеклопластика в покрытии или без. Он выполняет несущую роль и снимает механические нагрузки с жил.

На конце устанавливается специальная муфта для бронированного кабеля концевая — она нужна для того, чтобы слои изоляции и защиты кабеля оставались в целостности и сохранности, а жилы были разведены друг от друга и надежно заизолированы.

Концевая муфта, слева видно заземляющий проводник для брони, жилы разведены и заизолированы, на них надеты изоляторы

Для соединения строительных длин бронированного кабеля или соединения в ходе ремонтных работ при повреждениях тоже выполняется в муфтах, которые обычно заливаются битумом или другими диэлектрическими растворами. Если конкретнее, то этот пункт зависит от того на какое напряжение рассчитан кабель, чем выше напряжение, например распределительные сети 6-10кВ, тем более жесткие требования к соединениям и изоляции. При высоком напряжении наличие воздуха в соединении может быть губительным, так как происходит его ионизация, в результате чего возможно развитие разрядов.

Основные параметры

При выборе продукции следует обращать внимание на следующие параметры:

1. Номинальное напряжение. На этот параметр обращают внимание в первую очередь, особенно если вы прокладываете линию не 0.4кВ, а 6, 10 и более киловольт. На него влияет качество и толщина изоляции.
2. Сечение проводов и кабелей — не менее важный параметр от него зависит, какую мощность выдержит кабель.
3. Наличие и тип брони.
4. Наличие экрана.
5. Класс гибкости жилы. Он играет важную роль для электромонтажа в малых пространствах, например в электрощите.

Стоит отметить, что все параметры и подробные требования описаны в государственных стандартах и ТУ на производство кабелей. Примером таких нормирующих документов являются:

1. ГОСТ 16442-80. Стандарт на кабели ВВГ, АВВГ, АВБбШв, ВБбШв.
2. ГОСТ 22483-77. Электрическое сопротивление жилы.
3. ГОСТ 24641-81. Оболочки из алюминия и свинца для силовых кабелей.
4. ГОСТ 7006-72. Защитные покровы кабелей (вариации, требования).
5. ГОСТ 23286-78. Толщины изоляции и оболочки, испытания напряжением.
6. ГОСТ 31996-2012. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0.66, 1, 3 кВ.

Область применения

Бронированные кабели применяют для прокладки линии в туннелях, шахтах, траншеях. Их укладывают в землю без использования труб ПНД или защиты других типов. Но стоит отметить, что такая защита никогда лишней не бывает. Слой брони защищает от движений грунта и других вредных факторов.

Броня предназначена не только для защиты от повреждения лопатой или другим инструментом, но и для защиты от зубов грызунов.

Прокладка на поверхности возможна, при условии минимальных механических нагрузок и напряжений. Т.е. он должен быть зафиксирован и вероятность его растяжений и воздействия должна быть минимизирована. В быту такой кабель применяют для ввода электроэнергии в дом, или чтобы подключить гараж, летнюю кухню, флигель, сарай и другие постройки к электроэнергии. В таком случае прокладывают опять же — в грунте.

Прокладка и разделка бронированного кабеля

Разделка бронированного кабеля не так проста как у обычного. Дело не закончится как всегда простым срезанием изоляции. Для правильной разделки необходимо оголить концы кабеля и снять слои изоляции и брони на такие длины, чтобы получить надежную конструкцию пригодную для установки муфт.

Вам потребуются ножницы для резки металлических лент, они пригодятся и для толстых слоев изоляции, хотя она поддастся и монтажному ножу. Также станет полезной ножовка по металлу, пассатижи для снятия экрана и бронелент. Режут бронированные кабели ножницами НС (секторные). Они нужны для вырезания дефектных участков, отрезания лишней длины от концов.

Длины концов кабеля после разделки могут быть указаны в инструкции или документации к муфтам или специальным таблицам из соответствующей литературы.

Разделка кабеля заключается в поступенчатом снятии защитных покровов — слоев изоляции, брони, обмоток, экранов. Каждая из ступеней отличается по длине от конца кабеля, а край покрова на этой ступени фиксируется бандажом из стальной проволоки.

На картинке показаны ступени разделки, а в таблице длины, соответствующие различным сечениям кабеля в мм. Это только один из примеров, в реальности это зависит от типа кабеля и вида соединительной или концевой муфты, однако на эти данные можно ориентироваться.

Источник