Структура и устройство кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена

Применение

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена состоит из проводника (медь или алюминий), изолированного сшитым полиэтиленом и защищенного металическим экраном (рифленая и безшовная защита из алюминия или проволоки) который покрывается ПВХ или полиэтиленом для защиты от корозии.

Проводник

Проводник соотоитиз обожженого медного или твердого аллюминиевого прута, расположенного по 3 основных схемам:

• концентрической
• уплотненной кольцевой
• сегметной уплотненной кольцевой

Концентрический прут — провод с концентричными насечками, уплотненный кольцевой проводник состоит из сегментов с насечками и различных уплотнительных материалов. как правило, сегментный уплотненный кольцевой проводник имеет 4 части и применяется в кабелях сечением свыше 800 мм.кв. для предотвращения роста сопротивления переменного тока. Если поперечное сечение кабеля не превышает 630 мм.кв., тогда используется уплотненный кольцевой круг.

Экран по жиле

Экран по жиле состоит из экструдированного полупроводящего полиэтилена, чтобы минимизировать электрические нагрузки плетеной конфигурации проводника. Полупроводящий экран, используемый для проводникового экрана, не оказывает отрицательного воздействия на проводник. Полупроводящая лента иногда применяется в качестве сепаратора.

Изоляция

Изоляционный материал — это экструдированный полиэтилен поперечного плетения. Экран проводника, изоляция и экран изоляции, упомянутые ранее, экструдированны одной операцией, что бы гарантировать максимально плотное сцепление экранаи изоляции и отсутствие пустот между слоями. Процесс экструзии выполняется при строго контролируемых атмосферных условиях. Толщина изоляционного слоя определяется по максимальному значению, расчитываемому по разнице потенциалов импульсного и переменного тока. Стандартный процесс многослойного формования насыщеным паром часто вызывал ухудшение электрических ососбенностей изоляции, поскольку при длительном применении кабеля образовывались древовидные наросты. Новая технология формования кабеля с помощью азота позволила защитить электрические свойства изоляционного материала и уменьшить толщину изоляции, и следовательно, внешний диаметр самого кабеля.

Изоляционный экран

Экран обеспечивает изоляцию посредством концентрического и кольцевого экструдирования полупроводникового компаунда, что бы минимизировать возможность ионизации внешней поверхности диэлектрика.

Металлический экран

Мелаллический экран состоит из провлочного щита, рифленого алюминиевого щита или свинцового щита. рифленые алюминиевые и свинцовые экраны так же применяются в случаях, когда поверхность канала тонкая и влажность высокая.

Внешняя оболочка

Для защиты металической оболочки отт электрической или химической коррозии внешняя оболочка покрывается ПЭ или ПВХ

Источник

Полупроводящий слой кабеля это

Основными элементами силовых кабелей являются токопроводящие жилы, электрическая изоляция, экраны и защитные покровы, в том числе влагозащитные оболочки и броня.

Токопроводящие жилы предназначены для передачи потока электромагнитной энергии или информации.

Для токопроводящих жил используется медная, алюминиевая и стальная проволока, а также проволока из сплавов низкого и высокого сопротивления. Диаметры кабельной проволоки могут быть от нескольких микрометров до 10 мм.

Основные требования к материалам токопроводящих жил: вы­сокие электропроводность, механические характеристики и кор­розионная стойкость, а также технологичность, экономичность и недефицитность.

Второй основной элемент — электрическая изоляция, которая предназначена для создания в конструкции кабелей диэлектрического промежутка между токопроводящими жилами и между жилами и другими заземленными элементами (экранами, металлическими оболочками). Ма­териал, толщина и форма изоляции определяют максимальное значение рабочего напряжения данного кабельного изделия, по типу электрической изоляции можно подразделить на кабели с бумажной пропитанной, пластмассовой и резиновой изоляцией. Кабели с пластмассовой изоляцией более просты в изготовлении, удобны при монтаже и в эксплуатации. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена находят все более широкое применение в России.

Полупроводящий экран по жиле п рименяется для выравнивания скачка напряженности электрического поля на границе токопроводящей жилы и изоляции с помощью создания промежуточного полупроводящего слоя между ними.

Полупроводящий экран по изоляции — назначение этого элемента идентично назначению полупроводящего экрана на жиле. Он позволяет получить плавное изменение напряженности электрического поля между изоляцией, где напряженность электрического поля не равна нулю, и проводником (металлический экран), где напряженность электрического поля равна нулю.

Металлические экраны применяются для создания в изоляции радиального электрического поля или защиты передаваемых ин­формационных сигналов от электромагнитных помех.

Защитные покровы, обычно состоящие из влагозащитной обо­лочки и наружных защитных покровов, предназначены для защи­ты всех элементов конструкции от механических, климатических и хи­мических воздействий.

Влагозащитные оболочки предотвращают проникновение вла­ги внутрь изоляции.

Наружные защитные покровы состоят из подушки, брони и наружного покрова.

Подушка предназначена для предохранения оболочки от пов­реждения стальными лентами или проволоками брони и защиты ее от кор­розии.

Броня предназначена для защиты от механических повреждений.

Наружный покров предохраняет броню от коррозии.

Таким образом, в конструкции силового кабеля может присутствовать множество элементов. Конструкция разрабатывается в зависимости от номинального напряжения, тока, внешних воздействий и назначения.

Источник

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ)

Статистика неумолимо свидетельствует, что наиболее повреждаемыми являются силовые кабели с пропитанной бумажно-масляной изоляцией на напряжение до 10 кВ. Во многих странах шёл интенсивный поиск изоляционного материала на основе полимерных композиций, который обладал бы значительными преимуществами и мог бы заменить БПИ. Такой материал был получен на основе полиэтилена и получил название сшитый полиэтилен (СПЭ).

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена призваны заменить морально устаревшие кабели с изоляцией, пропитанной маслоканифольным составом.

В большинстве промышленно развитых стран мира на напряжения от 10 до 500 кВ используются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Особенно широко такие кабели используются на напряжение 10 кВ. В Японии их начали прокладывать уже в пятидесятых годах прошлого века.

В 90-е годы в работу были введены первые кабельные линии напряжением 500 кВ. С 1996 г. международный концерн АББ (Asea Brown Boveri) освоил производство кабелей с СПЭ-изоляцией в России на предприятии «АББ Москабель», где в настоящее время выпускаются кабели напряжением до 220 кВ включительно. Предприятие «Иркутсккабель» освоил выпуск кабелей с СПЭ-изоляцией напряжением до 35 кВ включительно.

На сегодняшний день кабели среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена занимают 80-85 % рынка в США и Канаде, 95 % — в Германии и Дании, 100 % — в Японии, Финляндии, Швеции и Франции. В последнее время в России ведущие энергосистемы также ориентированы на использование кабелей среднего напряжении с изоляцией из СПЭ при прокладке новых кабельных линий и замене либо капитальном ремонте старых. Переход от кабелей с БПИ к кабелям с изоляцией из СПЭ, связан со всё возрастающими требованиями эксплуатирующих организаций к техническим параметрам кабелей. В этом отношении преимущества кабелей из СПЭ очевидны.

Перечислим некоторые из них:

— более высокая надёжность в эксплуатации (удельная повреждаемость на 2-3 порядка ниже, чем кабелей с бумажной изоляцией);

— низкие диэлектрические потери (коэффициент диэлектрических потерь 0,001 вместо 0,008);

— большая пропускная способность за счёт увеличения допустимой температуры нагрева жил: длительной (90 о С вместо 70 о С), при перегрузке (130 о С вместо 90 о С);

— меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий;

— более высокий ток термической стойкости при коротком замыкании (250 о С вместо 200 о С);

— высокая стойкость к повреждениям;

— низкая допустимая температура при прокладке без предварительного подогрева (-20 о С вместо 0 о С);

— меньший вес, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку на сложных трассах;

— возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней;

— более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума)

— более высокий срок службы (не менее 30 лет);

— большая строительная длина (до 2000-4000 м) при использовании однофазного кабеля.

Своими уникальными свойствами кабели с изоляцией из СПЭ обязаны применяемому изоляционному материалу. Полиэтилен в настоящее время является одним из наиболее применяемых изоляционных материалов при производстве кабелей. Но изначально термопластичному полиэтилену присущи серьёзные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение механических свойств при температурах, близких к температуре плавления. Решением этой проблемы стало применение сшитого полиэтилена.

Термин «сшивка» подразумевает обработку полиэтилена на молекулярном уровне. Поперечные связи, образующиеся в процессе сшивки между макромолекулами полиэтилена, создают трёхмерную структуру, которая и определяет высокие электрические и механические характеристики материала, меньшую гигроскопичность, больший диапазон рабочих температур.

Конструкция кабелей с изоляцией из СПЭ значительно отличается от традиционных кабелей с БПИ. Кабели выпускаются с многопроволочной круглой медной или алюминиевой жилой , а возможность различных типов оболочек и возможность герметизации позволяет использовать кабель как для прокладки в земле (траншее), так и для кабельных сооружений ( тоннели, галереи, эстакады), в блоках (трубах), в производственных помещениях (в кабельных каналах, по стенам) в том числе при групповой прокладке.

При прокладке в земле применяется оболочка из полиэтилена высокой плотности, обеспечивающая необходимую защиту кабеля от механических повреждений. Если необходима герметизация экрана, используется два разделительных слоя водоблокирующих лент под и поверх медного экрана.

Выпускаются кабели, предназначенные для прокладки на объектах с требованиями к пониженному дымогазовыделению (АЭС, метрополитены, крупные промышленные объекты, высотные здания и т.д.).

Конструкция кабеля напряжением 10 кВ с круглой многопроволочной уплотнённой токопроводящей жилой приведена на рис. 1.

Рис. 1. Конструкция одножильного кабеля с изоляцией из СПЭ

Цифры на рис. 1 означают:

1. Круглая многопроволочная уплотнённая токопроводящая жила, материал:

2. Экран по жиле из экструдируемого полупроводящего сшитого полиэтилена.

3. Изоляция из сшитого полиэтилена (Пв).

4. Экран по изоляции из экструдируемого полупроводящего сшитого полиэтилена.

5. Слой из полупроводящей водоблокирующей ленты – для кабелей с

6. Экран из медных проволок, скреплённых медной лентой. Сечение

экрана выбирается в зависимости от токов короткого замыкания.

7. Разделительный слой:

— для кабелей с индексом «2r» из водоблокирующей ленты.

8. Разделительный слой:

— для кабелей с индексом «2r» из алюмополимерной ленты;

— для кабелей с индексом Внr-LS категории А из слюдосодержащей ленты

— из полиэтилена (П);

— из полиэтилена увеличенной толщины (Пу);

— из ПВХ пластиката (В);

— из ПВХ пластиката пониженной пожароопасности.

Конструкция трёхжильного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена приведена на рис. 2.

Рис. 2. Конструкция трёхжильного кабеля с изоляцией из СПЭ

Цифры на рис. 2 означают:

1 — многопроволочная уплотнённая токопроводящая жила, алюминиевая или медная;

2 — внутренний экструдированный полупроводящий слой;

3 — изоляция из сшитого полиэтилена;

4 — внешний экструдированный полупроводящий слой;

5 — слой обмотки полупроводящим полотном;

6 — медный экран;

7 — экструдированная подушка;

8 — броня из двух стальных оцинкованных лент;

9 — наружная оболочка.

ОАО «Завод «Саранскабель» выпускает силовые кабели с изоляцией из СПЭ на напряжение 6, 10, 20, 35 кВ в оболочке из полиэтилена и ПВХ-пластиката сечением от 35 до 800 мм 2 (алюминиевая жила), от 25 до 630 мм 2 (медная жила).

СитиКабель напряжением 132 кВ . Это трёхжильный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена в стальной трубе, рис. 3.

Рис. 3. СитиКабель напряжением 132 кВ

Цифры на рис. 3 означают:

2 – изоляция из СПЭ;

3 – водоблокирующий слой;

4 – водозащитный слой из алюмополимерной ленты;

5 — полиэтиленовая оболочка;

6 – оболочка, скручивающая три жилы вместе;

7 – броня из плоской стальной проволоки;

8 – стальные трубы;

9 – полиэтиленовое покрытие.

В СитиКабеле объединены преимущества газонаполненных кабелей и кабелей с изоляцией из СПЭ. Кабель специально разработан для применения в городских кабельных сетях для повторной и новой прокладки. Основные конструкции были разработаны с учётом возможности использования уже существующих старых труб. Концепция СитиКабеля позволяет проводить дешёвую замену старых кабельных контуров и экономичный и безопасный монтаж кабельных сетей в многолюдных зонах.

Использование СитиКабеля обеспечивает:

— быструю и дешёвую замену кабелей за счёт протаскивания кабелей в уже существующие трубы;

— компактную и прочную трёхжильную конструкцию;

— эксплуатацию без дополнительного обслуживания;

— отсутствие загрязнения окружающей среды.

Кабели напряжением 110 и 220 кВ. В Германии выпускаются одножильные кабели с изоляцией из СПЭ и медным проволочным экраном, герметизированные, с многопроволочной уплотнённой жилой. При сечении медных или алюминиевых жил от 240 до 1000 мм 2 пропускная способность кабелей с медными жилами от 161 до 287 МВ*А, а алюминиевых – от 127 до 245 МВ*А. При сечении медных или алюминиевых жил от 1000 до 2500 мм 2 их пропускная способность составляет от 377 до 536 МВ*А и от 298 до 458 МВ*А соответственно. На рис. 4 представлен кабель с СПЭ-изоляцией на напряжения 110, 220 кВ. Кабель состоит из: 1 – круглой многопроволочной медной или алюминиевой жилы, 2 – полупроводящего слоя по жиле; 3 – изоляции из сшитого полиэтилена; 4 – полупроводящего слоя по изоляции; 5 — полупроводящей ленты; 6 – экрана из медных проволок; 7 – медной ленты; 8 – полупроводящей ленты; 9 – оболочки из полиэтилена или ПВХ пластиката.

Рис. 4. Конструкция кабеля напряжением 110 и 220 кВ

Металлический экран состоит из медных проволок и спирально наложенной поверх них медной ленты. Площадь сечения экрана выбирается по условию протекания токов короткого замыкания. Площадь сечения экрана выбирается по условию протекания токов короткого замыкания. Для обеспечения продольной герметизации в кабелях с индексом «r» используется слой водонабухающего материала. При контакте с водой этот слой разбухает и формирует продольный барьер, предотвращая, таким образом, распространение влаги при повреждении наружной оболочки. Кабели с индексом «2r» помимо продольной герметизации экрана, имеют оболочку из алюмополимерной ленты, сваренной с полиэтиленовой оболочкой.

Данная конструкция создаёт эффективный барьер, препятствующий проникновению паров воды, а наружная оболочка из чёрного полиэтилена служит как механическая защита.

В настоящее время во всём мире наблюдается существенный рост использования кабельных линий напряжением 110 кВ и выше. В основном они применяются при организации глубоких вводов в центральные районы крупнейших городов. В табл. 1 приведены данные о крупнейших кабельных объектах последних лет с СПЭ-кабелями. Конструкция кабелей на высокие и сверхвысокие напряжения отличается в основном толщиной изоляции и защитной оболочки. Кабельная жила изготовляется уплотнённой и герметизированной, а при сечении более 1000 мм 2 – сегментированной для уменьшения поверхностного эффекта. Максимальная площадь жилы может составлять 2500 мм 2 .

Таблица 1. Крупнейшие кабельные объекты

Страна, наименование проекта

Число линий, напряжение, прокладка, число жил х сечение

Протяжённость, км (в однофазном исчислении)

Источник