Кабели на напряжение 110 кВ и выше.

Кабельные линии 110 кВ и 220 кВ в отечественной практике нашли применение при построении сети крупнейших городов, в схемах электроснабжения химических, нефтеперерабатывающих, металлургических, автомобильных и других промышленных предприятий, выдачи мощности электростанций, преодоления водных преград и в других случаях.

В мировой практике в 1970-80-е годы прошлого столетия использование кабелей 220 кВ и выше переменного и постоянного тока было связано преимущественно с преодолением водных преград (реки, проливы). В последние годы наряду с этим всё более широкое применение получают кабельные прокладки сверхвысокого напряжения (СВН) при организации глубоких вводов в центральные районы крупнейших городов.

Кабели с бумажной изоляцией, пропитанной вязким маслоканифольным составом , имеют сравнительно невысокую электрическую прочность, что ограничивает их применение в сетях напряжением выше 35 кВ. Это объясняется наличием в изоляции воздушных включений, которые появляются в процессе эксплуатации кабельных линий.

В процессе эксплуатации кабель подвергается периодическому нагреванию и охлаждению (включение и отключение нагрузки). При нагревании все элементы кабеля (в том числе и пропитывающий состав) увеличиваются в объеме. После охлаждения оболочка кабеля вследствие остаточных деформаций не в состоянии оказывать давление на пропитывающий состав, необходимое для возвращения его в прежнее положение. В результате после нескольких циклов нагрева и охлаждения в кабеле появляются пустоты. Начинается ионизация пустот, сопровождающаяся повышением температуры изоляции в данном месте. Ионизация вызывает ускоренное старение изоляции.

Для увеличения электрической прочности бумажной пропитанной изоляции необходимо либо создать условия, исключающие появление в ней газовых включений, либо повысить электрическую прочность имеющихся пустот, например, путем увеличения в них давления или путем заполнения этих пустот газом, обладающим повышенной электрической прочностью.

Первая возможность реализована при создании так называемых маслонаполненных кабелей, вторая – при создании газонаполненных кабелей.

Маслонаполненные кабели низкого давления . Первые кабели на напряжение 110 кВ, появившиеся в 1923-1931 гг., были одножильными кабелями маслонаполненного типа.

В маслонаполненных кабелях возможность образования газовых включений при изготовлении и при эксплуатации исключается тем, что для пропитки их изоляции применяется маловязкое дегазированное масло, а сама технология пропитки исключает появление пустот в изоляции.

Давление масла в кабеле для обеспечения надежности его работы должно поддерживаться в определенных пределах. Для этого в конструкции кабеля предусматриваются маслопроводящие каналы, а вдоль кабельной линии устанавливаются специальные компенсаторы (баки питания и давления), которые принимают избыток масла при нагревании кабеля и отдают – при его охлаждении.

Токопроводящая жила маслонаполненного кабеля обычно имеет в центре канал, по которому происходит перемещение масла при изменении температуры кабеля, рис. 1.

Рис. 1. Одножильный маслонаполненный кабель :

1 – опорная металлическая спираль;2 – токоведущая жила; 3 – экран из полупроводящей бумаги; 4 — пропитанная бумажная изоляция; 5 – экран из металлизированной бумаги; 6 — свинцовая оболочка; 7 – вторая свинцовая оболочка; 8 – усиливающие ленты

Диаметр канала для кабелей на напряжения 110-220 кВ равен 12-14 мм; для кабелей на напряжение свыше 220 кВ – 18-20 мм. Канал внутри жилы образуется с помощью поддерживающей металлической плоской спирали 1, поверх которой накладываются повивы круглых проволок.

Токопроводящая жила 2, а также изоляция кабелей 4 экранируются полупроводящей бумагой. Для экранирования можно использовать металлизированную бумагу, медную или алюминиевую фольгу.

Изоляция маслонаполненных кабелей состоит из лент кабельной бумаги, пропитанных дегазированным минеральным или синтетическим маслом. Такая изоляция обладает целым рядом ценных свойств: высокая электрическая прочность, малые диэлектрические потери, высокие механические параметры.

Наличие у жилы и оболочки 6 кабеля экранов из полупроводящих бумаг, обладающих адсорбционными свойствами, способствует стабилизации электрических свойств изоляции.

Практика эксплуатации показала, что наиболее экономичными являются кабели с давлением масла, находящимся в пределах 0,024-0,29 МПа для кабелей в свинцовой оболочке и 0,024-0,5 МПа для кабелей в алюминиевой оболочке.

В нашей стране выпускаются маслонаполненные кабели низкого давления таких марок:

МНС – кабель маслонаполненный, низкого давления, в свинцовой оболочке с упрочающими и защитными покровами;

МНСК – то же, но защитные покровы включают слой оцинкованных круглых стальных проволок;

МНСШВ – то же, но защитные покровы выполнены в виде шланга из поливинилхлоридного пластиката и т.д.

Маслонаполненные кабели высокого давления (в стальных трубопроводах ). Эти кабели выпускаются на переменные напряжения 110, 220, 330 и 500 кВ, рис. 2.

Рис. 2. Маслонаполненный кабель высокого давления :

1 — токоведущая жила; 2 – изоляция; 3 – оболочка кабеля; 4 – стальная труба; 5 – защитные покровы трубы

Линия содержит три одножильных кабеля, затянутых в стальной трубопровод, который заполняется маслом под давление 1,5 МПа. Эти кабели имеют ряд преимуществ по сравнению с кабелями низкого давления. Во-первых, электрическая прочность таких кабелей выше, так как изоляция кабеля находится под более высоким давлением. Кроме того, для пропитки изоляции и для заполнения трубопровода применяется более вязкое масло, которое обеспечивает большую импульсную прочность кабелей.

Во-вторых, стальной трубопровод является надежной защитой кабеля от механических повреждений, благодаря чему кабельные линии высокого давления являются исключительно надежными.

Однако монтаж указанных линий несколько сложнее, а стоимость выше, чем монтаж и стоимость линий с одножильными маслонаполненными кабелями низкого давления.

Токопроводящие жилы кабелей 1 в стальном трубопроводе 4 с маслом под давлением имеют круглую форму и скручиваются из медных луженых проволок.

Изоляция кабеля 2 состоит из бумажных лент, пропитанных изоляционным маслом повышенной вязкости. Заполнение трубопровода производится этим же маслом. Применение вязкого пропиточного масла облегчает монтаж кабельный линии, так как уменьшается вытекание его из изоляции полупроводящей бумаги. На изоляцию кабеля накладывается экран из лент полупроводящей бумаги, поверх которого размещаются медные перфорированные ленты для образования металлического экрана.

На место монтажа отдельные жилы кабеля доставляются в специальных герметичных контейнерах, заполненных маслом, либо во временной свинцовой оболочке.

Внутренняя поверхность трубопровода может тщательно очищаться до металлического блеска и покрываться лаком, что способствует сохранению стабильности электрических параметров масла.

В нашей стране выпускаются кабели в стальных трубах следующих марок:

МВДТ – маслонаполненный кабель высокого давления в свинцовой оболочке, снимаемой на месте прокладки при протягивании кабеля в трубопровод;

МВДТК – маслонаполненный кабель высокого давления в контейнере.

Такие кабели могут прокладываться в туннелях, в земле и под водой.

Затягивание кабелей в трубопровод происходит после прокладки трубопровода по трассе линии.

Газонаполненные кабели . Как говорилось выше, электрическая прочность кабеля может быть значительно увеличена, если повысить давление в газовых включениях, находящихся в изоляции.

Газонаполненные кабели устроены таким образом, что непосредственно в кабель подводится чистый сухой газ под давлением. Значение давления определяется особенностями конструкции кабеля и условиями прокладки и находится в пределах 0,7-3,0 МПа.

В зависимости от конструкции кабеля сжатый газ может либо поступать непосредственно в изоляцию кабеля (зазоры между лентами, пространство между проволоками внутри жилы), либо не иметь непосредственного соприкосновения с изоляцией, а передавать давление на изоляцию через специальную мембрану.

Для заполнения газонаполненных кабелей применяется осушенный, очищенный от примесей азот или его смеси с элегазом (элегаз –10%, азот – 90%).

На рис. 3 приводится конструкция кабеля в трубопроводе с газом под давлением. Эти кабели наряду с кабелями в трубопроводе с маслом под давлением весьма распространены в США, ФРГ, Японии.

Рис. 3. Газонаполненный кабель в стальном трубопроводе с газом под давлением :

1 – токопроводящая жила; 2 – бумажная изоляция; 3 – пластмассовая оболочка; 4 – трубопровод

Отдельные фазы кабеля 1 изолированы бумагой 2, пропитанной масло-канифольным составом, и покрыты сверху пластмассовой оболочкой 3. Трубопровод 4 заполнен газом под давлением. Давление на изоляцию передается через пластмассовую оболочку, которая играет роль мембраны. Трубопровод 4 заполнен газом под давлением. Давление на изоляцию передается через пластмассовую оболочку, которая играет роль мембраны.

Существуют разработки кабельных линий с газовой изоляцией, криорезистивные кабельные линии с алюминиевыми жилами, охлаждаемыми жидким азотом, сверхпроводящие кабельные линии.

Источник

Кабели силовые

Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией на высокое напряжение

В данную группу входят кабели с медными токопроводящими жилами с пропитанной бумажной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, предназначенные для передачи и распределения электрической энергии при номинальном междуфазном напряжении 110-500 кВ переменного тока частотой 50-60 Гц. Кабели должны соответствовать требованиям ГОСТ 16441-78.

Марки, элементы конструкции и области применения

Марка	Элементы конструкции	Область применения
Маслонаполненный, низкого давления, в алюминиевой оболочке, в шланге из поливинилхлоридного пластикат
	Маслонаполненный, низкого давления, в алюминиевой оболочке, в шланге из поливинилхлоридного пластиката с усиленным защитным слоем под шлангом	В земле (в траншеях), если кабель не подвергается растягивающим усилиям и защищен от механических повреждений
	То же, в алюминиевой гофрированной оболочке	То же
	маслонаполненный, низкого давления, в свинцовой оболочке, с упрочняющим покровом и с защитным покровом		маслонаполненный, низкого давления, в свинцовой оболочке, с упрочняющим покровом и с защитным покровом из слоев битумного состава, полиэтилентерефталатных лент и пропитанной кабельной пряжи (или стеклопряжи)	В земле (в траншеях), если кабель не подвергается растягивающим усилиям и защищен от механических повреждений
	Маслонаполненный, низкого давления, в свинцовой оболочке, с упрочняющим покровом, с подушкой, с броней из круглых стальных оцинкованных проволок, с наружным покровом из слоев битумного состава, полиэтилентерефталатных лент и пропитанной кабельной пряжи (или стеклопряжи)	Под водой, в болотистой местности, где кабель подвергается растягивающим усилиям и где требуется его- дополнительная механическая защита
	Маслонаполненный, высокого давления	Эксплуатация в стальном трубопроводе с маслом под давлением, прокладываемом в туннелях, в земле и под водой.

Избыточное давление масла в процессе эксплуатации для кабелей низкого давления должно соответствовать 0,25-3,0 кгс/см 2 для кабелей в свинцовой оболочке и 0,25-5,0 кгс/см 2 для кабелей в алюминиевой оболочке, для кабелей высокого давления — 11,0-16,0 кгс/см 2 .

Кабели низкого давления предназначены для эксплуатации при напряжении до 220 кВ, кабели высокого давления — во всем диапазоне напряжений. В маслонаполненных кабелях низкого давления и напряжением 110-220кВ применяется масло кабельное МНК-4В (ТУ38.401-58-76).

Конструктивные параметры

Номинальные сечения жил кабелей, мм 2

Токопроводящие жилы кабелей должны быть круглой формы.

Жила кабелей низкого давления должна быть изготовлена из медных отожженных луженых проволок и иметь в центре канал. При пропитке кабеля синтетическим маслом допускается изготовление жилы из нелуженых проволок.

Число проволок и диаметры центрального канала должны быть не менее указанных в таблице.

Параметры центрального канала

Номинальное напряжение кабеля, кВ	Низкого давления	Высокого давления

Жила кабелей высокого давления должна быть изготовлена из медных отожженных проволок, число которых должно быть не менее указанного в таблице.

Число проволок в жиле

Номинальное сечение жилы, мм 2	Диаметр канала, мм	Число проволок	Номинальное сечение жилы, мм 2	Диаметр канала, мм	Число проволок

Бумажная изоляция кабелей выполняется двухслойной. Слой изоляции, прилегающий к экрану на жиле, должен быть из высоковольтной кабельной уплотненной бумаги, остальная часть изоляции — из высоковольтной кабельной неуплотненной бумаги.

Уплотненная бумага должна быть номинальной толщиной не более 0,08 мм, неуплотненная бумага номинальной толщиной 0,12 и 0,17 мм; допускается применение неуплотненной бумаги номинальной толщиной 0,08 мм.

Для пропитки изоляции должны применяться кабельное нефтяное или синтетическое масла.

Номинальные толщины изоляции приведены в таблице.

Номинальные толщины изоляции кабелей, мм

Номинальное сечение жилы, мм 2	Число проволок	Номинальное сечение жилы, мм 2	Число проволок

Толщины экранов, мм

Номинальное сечение жилы, мм 2	Низкого давления на номинальное напряжение, кВ		Высокого давления на номинальное напряжение, кВ
	110	220	220	500

Наружная электропроводящая лента экрана по изоляции выполняется металлизированной перфорированной и накладывается металлизированной поверхностью к оболочке. В кабелях низкого давления допускается замена металлизированной ленты лентой электропроводящей бумаги, наложенной вместе с медной или алюминиевой лентой.

В кабелях высокого давления поверх экрана на изоляции должно быть не менее двух фасонных проволок скольжения из немагнитного металла.

болочка кабелей низкого давления должна иметь круглую форму. Толщины свинцовых оболочек указаны в таблице.

Толщины свинцовых оболочек, мм

Тип кабеля	Экран по жиле	Экран по изоляции

Номинальная толщина алюминиевых оболочек составляет 2,5 мм. Для кабелей диаметром под оболочкой до 45 мм включительно алюминиевая оболочка выполняется гладкой, свыше 45 мм — гофрированной.

Форма гофра алюминиевой гофрированной оболочки должна быть синусоидальной или S-образной.

Степень гофрирования должна быть в пределах 1,08-1,25.

Шаг гофрирования должен составлять 30-50% от наружного диаметра выступов оболочки.

Для кабелей высокого давления свинцовая оболочка используется в отдельных случаях в качестве временной защиты до монтажа кабельной линии, однако в настоящее время более перспективным является транспортировка кабелей в контейнерах с маслом без использования оболочек.

В кабелях низкого давления поверх свинцовой оболочки должен быть упрочняющий покров из лент по-ливинилхлоридного пластиката или полиэтилентерефталата и двух лент из немагнитного металла.

В кабелях маркие МНС поверх упрочняющего покрова должен быть наружный покров из лент поливи-нилхлоридного пластиката или полиэтилентерефталатных лент.

В кабелях марки МНСК поверх упрочняющего покрова должна быть подушка, состоящая из слоев битумного состава, полиэтилентерефталатных лент (или лент из поливинилхлоридного пластиката), ленты крепированной битуминированной бумаги (или предварительно пропитанной кабельной бумаги) и предварительно пропитанной кабельной пряжи или стеклопряжи. Поверх подушки должна быть броня из стальных оцинкованных проволок.

В кабелях марки МНСА поверх упрочняющего покрова и в кабелях марки МНСК поверх брони должен быть наружный покров, состоящий из слоев битумного состава, полиэтилентерефталатных лент (или лентиз поливинилхлоридного пластиката), ленты крепированной битуминированной бумаги (или предварительно пропитанной кабельной бумаги), предварительно пропитанной кабельной пряжи или стеклопряжи и мелового покрытия.

В кабелях марки МНСК поверх упрочняющего покрова под броней должна быть подушка толщиной не менее 2,5 мм, наружный покров кабелей марок МНСА, МНСК и МНС должен быть толщиной не менее 2,5 мм.

В кабелях марок МНАШв и МНАгШв поверх алюминиевой оболочки должен быть защитный покров толщиной не менее 3,2 мм.

В кабелях марок МНАШву и МНАгШву поверх алюминиевой оболочки должен быть защитный покров толщиной не менее 5,5 мм.

Номинальная толщина шланга из поливинилхлоридного пластиката должна быть не менее 3,0 мм.

Броня кабелей марки МНСК должна быть выполнена из стальных оцинкованных проволок, имеющих номинальный диаметр не менее 4 мм, разделенных на 4-6 участков проволоками из меди того же диаметра. Просвет между проволоками не должен превышать диаметра проволоки.

На рисунках показаны конструкции кабелей МНСА и МВДТ после монтажа линии в трубопроводе.

1. Канал для циркуляции масла; 2. Z-образные проволоки жилы; 3. Сегментные проволоки жилы; 4. Внутренний слой изоляции; 5. Наружный слой изоляции; 6. Экран по изоляции; 7. Свинцовая оболочка; 8. Упрочняющие покровы; 9. Защитные покровы.

1. Токопроводящая жила одной фазы; 2. Изоляция одной фазы с экранами; 3. Кабельное масло; 4. Стальной трубопровод; 5. Защитный покров.

Справочные значения наружных диаметров и масс кабелей приведены в таблицах. Значения для кабелей марки МНСК указаны для диаметра проволок брони 4 мм. С учетом реальных допусков возможны отклонения на 5-10% в меньшую или большую стороны.

Источник

Диаметр под оболочкой, мм	Номинальная толщина оболочки