Изоляция силовых кабелей высокого напряжения

Электрические кабели − это гибкие изолированные проводники, снабженные защитными оболочками, которые предохраняют изоляцию от внешних механических и иных воздействий.Основными элементами силовых кабелей являются проводники−жилы, изоляция по отношению к земле и между жилами, герметичная металлическая оболочка и защитные покровы. Для герметизации используется оболочка из свинца или алюминия, а для защиты от механических повреждений − броня из стальных лент или проволок; защита металлической оболочки и брони от коррозии производится с помощью лент кабельной бумаги или пряжи, пропитанных битумом.

В качестве пропитывающего состава в кабелях с бумажной изоляцией применяются вязкие пропитки (маслоканифольный компаунд), нефтяные или синтетические кабельные масла. Маслоканифольный компаунд применяется обычно в кабелях до 35 кВ включительно. Это упрощает конструкцию кабельных линий, так как добавление канифоли в нефтяное масло приводит к существенному увеличению вязкости пропитывающего состава, благодаря чему пропиточная масса в условиях нормальной эксплуатации не вытекает через концевые разделки кабеля. Кроме того, присутствие канифоли увеличивает стойкость масла против окисления.

Кабели с вязкой пропиткой до напряжения 10 кВ включительно чаще всего выполняются трехжильными с поясной изоляцией и секторными жилами. На рис. 2.6 а приведена конструкция кабеля на напряжение 10 кВ. Секторная форма жилы обеспечивает более полное использование объема под металлической оболочкой, а поясная изоляция увеличивает изоляций относительно оболочки без увеличения изоляции между жилами. Для увеличения механической прочности поверх свинцовой оболочки накладывается броня из двух стальных лент, наматываемых в противоположные стороны и защищенных от коррозии битумным покровом.

а) б)

Рис. 2.6. Трехжильные кабели с вязкой пропиткой: а − с поясной изоляцией и секторными жилами на 10 кВ; б −с отдельно освинцованными жилами на 35 кВ;

1 − токоведущая жила; 2 − изоляция жил; 3 − поясная изоляция: 4 − джутовое заполнение; 5 - свинцовая оболочка; 6 − броня; 7 − антикоррозийный покров;

8 − экран из полупроводящей бумаги

При напряжениях 20 и 35 кВ применяютсякабели с отдельно освинцованными или экранированными жилами (рис. 2.6б), в которых для увеличения рабочей напряженности обеспечивается наличие только радиальных напряженностей электрического поля.

В маслонаполненных кабелях на напряжение 110 кВ и выше изоляция пропитывается нефтяным маслом, имеющим значительно меньшую вязкость, чем масло канифольный компаунд. Возможность перемещения масла вдоль кабеля при нагревании и охлаждении обеспечивает компенсацию тепловых расширений и поддержание требуемого давления в кабеле при помощи специальных баков давления, в которые поступает избыточный объем масла при нагреве кабеля. При охлаждении масло уходит обратно в кабель. Эти баки представляют собой гофрированные сосуды, наполненные маслом, в которых поддерживается определенное давление. Обычно баки давления ставят у концевых муфт кабеля и распределяют по длине кабеля у стопорных муфт, обеспечивающих электрический контакт и не передающих давление масла из одного отрезка кабеля в другой.

По величине давления маслонаполненные кабели разделяются на кабели низкого давления − до 0,5 МПа и высокого давления − до 1,5 МПа на поверхность кабеля накладываются специальные проволоки скольжения.

Конструкция кабеля низкого давления на напряжение 110 кВ приведена на рис. 2.7а. Кабель имеет пустотелую жилу 2, по каналу 1 которой масло может свободно перемещаться и вытесняться в баки давления.

Увеличение давления требует упрочнения свинцовой оболочки, что обычно осуществляется наложением на нее синтетических или бронзовых лент или стальных оцинкованных проволок, поэтому кабели высокого давления в ряде случаев выполняются в стальном трубопроводе (рис. 2.7б), где прокладываются три одножильных кабеля с изоляцией из пропитанной бумаги и снабженных поверх изоляции металлическим экраном. Эти кабели выполняются или в свинцовых оболочках, которые снимаются при протяжке в трубопровод, или в эластичных покрытиях (полиэтиленовых оболочках), которые остаются на кабелях после прокладки.

В кабелях с пластмассовой изоляцией пластмасса (полиэтилен) накладывается методом экструзии (выдавливания). При этом предполагается получение более однородной изоляции с высокими электрическими характеристиками. Для ослабления напряженности на поверхность многопроволочной жилы и на поверхность изоляции под металлической оболочкой наносятся слои полупроводящего полиэтилена, а для затруднения развития дендритов −; антиэмиссионный спой из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, который наносится между полупроводящим экраном и изоляцией.

а) б)

Рис. 2.7. Маслонаполненные кабели:

а − маслонаполненный кабель низкого давления 110 кВ: 1 − маслопроводящий канал; 2 − токоведущая жила; 3,5 − экраны из лент полупроводящей бумаги;

4 − изоляция из бумаги; 6 −оболочка из свинца; 7−11, 13- защитные покровы; 12 − броня из стальных и медных проволок;

б − маслонаполненный кабель 220 кВ высокого давления в стальной трубе:

1 − токоведущая жила, 2 − изоляция из кабельных бумаг; 3 − медные ленты;

4 − полукруглые проволоки скольжения; 5 − кабельное масло; 6 − стальная труба; 7 − антикоррозийный защитный покров

Для соединения отрезков кабеля в линию, а также для присоединения концов кабеля к шинам распределительных устройств или аппаратов выполняются соединительные и концевые муфты. Устройство кабельных муфт и их изоляции зависит, естественно, от конструкции кабеля. Однако во всех случаях учитывается то обстоятельство, что монтаж выполняется в полевых условиях и изоляция в муфтах имеет более низкое качество, чем в самом кабеле. Поэтому изоляционные расстояния в муфтах увеличиваются.