Молниезащита
Кабель и провод
Статьи / Кабель и провод / Силовой кабель. Характеристики, конструкция, маркировка силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на напряжения 1... 35 кВ
  22.11.11  |  

Силовой кабель. Характеристики, конструкция, маркировка силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на напряжения 1... 35 кВ

Силовой кабель. Характеристики, конструкция, маркировка силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на напряжения 1... 35 кВ
Эти кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальные напряжения от 1 до 35 кВ с частотой 50 Гц в сетях с изолированной нейтралью, а также в сетях с заземленной нейтралью и сетях постоянного напряжения. Силовые кабели выпускаются одно-, двух-, трех- или четырехжильными. Жилы могут быть медными или алюминиевыми, круглой, секторной или сегментной формы. Кабели на напряжения 1 . 10 кВ имеют, как правило, трехфазное исполнение. Использование двух- и четырехжильных кабелей возможно только на напряжение 1 кВ.

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией могут быть одно-, трех- и четырехжильными, причем одно- и четырехжильные кабели изготавливают только на напряжение 1 кВ, а трехжильные могут быть на 1; 3; 6 и 10 кВ. Основными особенностями кабелей на напряжения 1 . 10 кВ является отсутствие экранов на изоляции и применение секторных токопроводящих жил, что позволяет уменьшить их наружный диаметр на 15.25%, а также массу и стоимость.

На напряжения 20 и 35 кВ используются конструкции кабелей с отдельно экранированными жилами и радиальным электрическим полем. В отечественной практике используются кабели с отдельно освинцованными жилами.

Определить, к какой группе и какому типу относится данный кабель или провод можно по его марке, которая представляет собой некоторый набор букв и цифр. Буквы обычно указывают основные конструктивные особенности кабеля или (иногда) его назначение. Цифры могут указывать (например, для силового кабеля) число и площадь сечения фаз кабеля или класс напряжения, для которого этот кабель предназначен.

Для силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на напряжения 1; 3; 6; 10; 20 и 35 кВ буква «А» в начале марки означает, что их жила изготовлена из алюминия, если же эта буква отсутствует, это означает, что в качестве материала жилы использовалась медь. Для увеличения гибкости жилы большого сечения изготавливаются многопроволочными, т. е. из нескольких десятков отдельных проволок, которые скручиваются вокруг центрального сердечника для придания большей геометрической устойчивости конструкции. Это также снижает электрическое сопротивление жилы за счет уменьшения поверхностного эффекта и эффекта близости от токов в соседних кабелях (которые особенно проявляются на высоких частотах). Жилы для увеличения коэффициента заполнения (отношение площади сечения жилы по меди к геометрической площади ее поперечного сечения) могут выполняться уплотненными. Для этого после скрутки их подвергают воздействию сжимающих усилий в радиальном направлении. Характеристики различных типов токопроводящих жил представлены в табл. 1.
Требуемые сечения жил в основном определяются током, на который рассчитан кабель, его конструкцией и способом прокладки.

Изоляция силовых кабелей состоит из лент кабельной бумаги, пропитанной маслоканифольным составом. Каждая фаза кабеля сначала изолируется отдельно, а затем поверх скрученных изолированных жил накладывается общая поясная изоляция. Промежутки между изолированными жилами заполняются жгутами из бумаги.

Таблица 1

Характеристики различных типов токопроводящих жил

Тип жилы

Номинальное сечение жилы, мм2

круглой

фасонной

медной

алюминиевой

медной

алюминиевой

Однопроволочная

1.50

25.240

25.50

25.240

Многопроволочная

16.240

25.240

25.240

25.240



Электрическое поле в кабелях с поясной изоляцией имеет сложный вид. Так как силовые линии в некоторых областях сечения кабеля не перпендикулярны слоям бумаги, в изоляции появляется тангенциальная составляющая напряженности электрического поля. Если учесть, что электрическая прочность изоляции в направлении, перпендикулярном слоям бумажной изоляции, в 8 —10 раз больше, чем вдоль этих слоев, становится очевидным, что наиболее опасным местом в изоляции являются межфазные заполнения. Таким образом, толщина изоляции между фазами должна быть приблизительно на 36 % больше толщины изоляции между жилами и оболочкой. Так, для кабелей на напряжение 6 кВ толщина фазной изоляции составляет 2 мм, а поясной — 0,95 мм; для кабелей на напряжение 10 кВ — соответственно 2,75 и 1,25 мм.

Материал изоляции в маркировке кабеля с изоляцией из кабельной бумаги не указывается, но может указываться состав, пропитывающий бумагу. Дело в том, что используемая в качестве изоляции специальная кабельная бумага, изготовляемая из сульфатной целлюлозы, в сухом виде имеет недостаточно высокую электрическую прочность из-за большого количества пор, заполненных воздухом (до половины объема бумаги). Это объясняет развитие ионизационных процессов и при низких напряжениях. В случае удаления воздуха, например, посредством пропитки бумаги специальными вязкими масло-канифольными составами, ее электрическая прочность увеличивается в несколько (до 10) раз. Однако такие кабели нельзя прокладывать на трассах с разностью уровней более 15 м из-за того, что на нижних участках трассы, куда будет стекать пропитывающий состав, резко возрастает давление масла. Это может привести к разрыву металлической оболочки. Стекание состава происходит в основном по промежуткам между проволоками в скрученных многопроволочных жилах и по зазорам между металлической оболочкой и изоляцией, а также (в меньшей степени) внутри бумажной изоляции. При этом в верхних участках трассы будет уменьшаться электрическая прочность кабеля вследствие возникновения воздушных зазоров в изоляции. Уменьшить стекание пропиточного состава можно применением стопорных муфт при соединении строительных длин кабеля, уменьшением объема пропитывающего состава и увеличением его вязкости. Стопорные муфты, ограничивающие перемещение пропитывающего состава из одной секции кабельной линии в другую, позволяют увеличить разность уровней прокладки кабелей. Однако для крутонаклонных и вертикальных трасс их применение не всегда эффективно. Значительно увеличивает допустимое значение разности уровней прокладки использование кабелей с обедненной пропитанной изоляцией. Электрическая прочность таких кабелей ниже, чем кабелей обычной конструкции, поэтому они выпускаются на напряжения не выше 6 кВ.
Для прокладки на вертикальных и крутонаклонных трассах без ограничения разности уровней существует специальная группа кабелей с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом. Этот пропиточный состав имеет большую вязкость, что практически исключает его перемещение вдоль кабеля. Кабели с изоляцией, пропитанной нестекающим составом, выпускаются на напряжения 6, 10 и 35 кВ в одножильном и трехжильном исполнении, причем их конструкции практически не отличаются от конструкций обычных кабелей. Марка таких кабелей начинается с буквы «Ц». В обозначении кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией добавляется через дефис буква «В». Толщина изоляции определяется классом напряжения, на которое рассчитан кабель. Также она зависит от наружного диаметра жилы (ее сечения), что объясняется обратно пропорциональной зависимостью напряженности электрического поля в изоляции у поверхности жилы от ее диаметра.

Буква «С» в обозначении кабеля указывает на наличие свинцовой оболочки. Материалом для таких оболочек может служить либо свинец, либо свинцово-сурьмянистые сплавы, которые имеют повышенные механическую прочность и вибростойкость по сравнению с чистым свинцом.

В кабелях с бумажной пропитанной изоляцией используется только металлическая герметичная оболочка. Использование полиэтилена, поливинилхлорида или других полимеров несмотря на их сравнительно низкую стоимость невозможно, так как через такую оболочку влага со временем будет диффундировать в изоляцию, что может привести к пробою кабеля.

В качестве материала оболочки может использоваться также и алюминий, который не такой дефицитный и тяжелый, как свинец. В этом случае в обозначение кабеля будет входить будет входить буква «А». Однако так как алюминий имеет меньшую стойкость к электрохимической коррозии, такую оболочку необходимо защищать полимерным покровом; а так как алюминиевая оболочка имеет повышенную жесткость, для кабелей больших сечений ее необходимо гофрировать, чтобы повысить гибкость и обеспечить прокладку, исключив возможные повреждения при изгибах.

Кроме того, алюминиевые оболочки в 2—2,5 раза прочнее свинцовых и более стойкие к вибрационным воздействиям. Так, при повышенных температурах и под воздействием вибрационных на-грузок наблюдается самопроизвольный рост кристаллов свинца, что ведет к ухудшению его механических свойств и образованию трещин. При длительном приложении растягивающих усилий прочность свинцовой оболочки снижается и она вытягивается. Из-за этого на нижних участках вертикальных и крутонаклонных трасс наблюдаются необратимые процессы растяжения свинцовых оболочек маслонаполненных кабелей, которые могут привести к их разрыву.

Высокая электропроводность алюминия дает возможность использовать оболочки из него в качестве экрана для защиты кабеля от внешних электрических воздействий, особенно при высоких частотах или в случае использования оболочки в качестве нулевой жилы.

Металлические оболочки достаточно герметичны, но не всегда могут обеспечить необходимую защиту от механических воздействий. Так, при прокладке в земле на кабель могут оказываться значительные радиальные воздействия. В этом случае обычно поверх оболочки с небольшим шагом накладывают броню из двух стальных лент толщиной 0,3.0,8 мм. Чтобы броня не повреждала свинцовую или алюминиевую оболочку, ее укладывают на подушку, которая представляет собой чередующиеся слои кабельной пряжи и кабельной бумаги, пропитанные битумным составом. Для предотвращения коррозии стальных лент поверх брони накладывают наружный покров. Такой тип защитных покровов маркируется буквой «Б», которая в зависимости от типов подушки и наружного покрова может иметь соответствующий индекс.
Если при прокладке на кабель действуют значительные растягивающие усилия, от которых броня из стальных лент, наложенных с небольшим шагом, защитить не может, используют стальные оцинкованные проволоки диаметром 4 или 6 мм. Проволочную броню накладывают с небольшим шагом сплошным повивом, и она способна выдержать значительные растягивающие усилия. В этой конструкции также предусматриваются подушка под броню и наружный покров. Маркируется такой защитный покров буквой «К» с индексом, указывающим особенности конструкции подушки под броню и наружного покрова.

Наружный покров кабелей может изготавливаться из волокнистых материалов или пластмассы. Волокнистый наружный покров состоит из слоя битумного состава, пропитанной кабельной пряжи, еще одного слоя битумного состава и мела (или дробленой слюды), предотвращающего слипание витков кабеля на барабане. Пластмассовый наружный покров кабелей состоит из слоя битумного состава, полимерных лент и полиэтиленового (ПЭ) или ПВХ
шланга. ПВХ шланги, наложенные поверх брони силовых кабелей, обеспечивают их негорючесть. ПЭ шланги, обладающие большей влагостойкостью и меньшей водопроницаемостью, используют для защиты алюминиевых оболочек от коррозии.

В случае прокладки кабеля в воздухе необходимость его защиты от механических воздействий отпадает, но в этом случае металлическая оболочка должна быть защищена от атмосферных воздействий. Соответствующий защитный покров обозначается буквой «Г». Благодаря большей механической прочности кабели с алюминиевыми оболочками могут выполняться небронированными.

Приведем несколько примеров маркировки силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на напряжения 1. 10 кВ, конструкция которых представлена на рис. 1:

СГ — кабель с медной жилой, свинцовой оболочкой, без защитного покрова;
АСГ — то же, но с алюминиевой жилой;
СКл — кабель с медной жилой и броней из круглых луженых проволок (используется для подводной прокладки);
ЦААБШв — кабель с изоляцией, пропитанной нестекающим составом, алюминиевой жилой и оболочкой, а также с броней из двух стальных лент, покрытой шлангом из ПВХ пластиката (используется для прокладки в земле);
СБл-В — кабель с медными жилами, броней из двух луженых стальных лент и обедненно- пропитанной изоляцией (используется для прокладки в земле при больших перепадах высоты на трассе).

Конструкция трехжильного кабеля с поясной изоляцией

Рис. 1. Конструкция трехжильного кабеля с поясной изоляцией:

1 — токопроводящая жила; 2 — жильная изоляция; 3 — поясная изоляция; 4 — межфазные заполнения; 5 — свинцовая или алюминиевая оболочка; 6 — подушка под броню; 7 — броня из двух стальных лент; 8 — наружный защитный покров

Силовые кабели на напряжения 20 и 35 кВ поверх изоляции каждой жилы имеют проводящий экран и металлическую оболочку. Кабели на напряжение 20 кВ изготавливают одножильными с сечениями 25. 400 мм2 и трехжильными (в отдельных металлических оболочках) с сечениями 25.185 мм2. Кабели на напряжение 35 кВ изготавливают одножильными с сечениями 120. 300 мм2 и трехжильными (в отдельных металлических оболочках) с сечениями 120 и 150 мм2, а кабели с броней из круглых проволок — с сечением 150 мм2. 

В кабелях на напряжение 35 кВ не используют жилы с небольшими сечениями, так как в этом случае толщина изоляции получается неоправданно большой, т. е. применение таких кабелей становится неэкономичным. Поверх круглых медных или алюминиевых жил в этих кабелях накладывают экран из полупроводящих лент, затем бумажную пропитанную изоляцию, снова экран и свинцовую оболочку. Конструкция кабеля для подводной прокладки представлена на рис. 2.

Толщина изоляции в кабелях на 20 кВ составляет 6 . 7 мм в зависимости от сечения жилы, а в кабелях на 35 кВ — не превышает 9 мм. Толщина свинцовой оболочки этих кабелей зависит от сечения жилы и составляет 1,4.2,8 мм. (Алюминиевые оболочки для таких кабелей из-за своей жесткости применения не нашли.) Отдельно освинцованные жилы скручивают с заполнением промежутков между ними пропитанной кабельной пряжей или стеклопряжей. Снаружи на скрученные фазы с заполнением накладывают тканевую ленту или кабельную пряжу, а затем защитные покровы.

Приведем примеры маркировки силовых кабелей на напряжения 20 и 35 кВ:

ОСБ — силовой кабель с тремя отдельно изолированными и освинцованными медными жилами и ленточной броней;
АОСК — силовой кабель с тремя отдельно изолированными и освинцованными алюминиевыми токопроводящими жилами и броней из круглых проволок.
За рубежом большое распространение получили так называемые Д-кабели, в которых три изолированные и экранированные жилы скручивают вместе и помещают в общую свинцовую или гофрированную алюминиевую оболочку. Радиальное поле в них обеспечивает экран из медных лент, накладываемый поверх изоляции каждой жилы. В последнее время нашли распространение Д-кабели с секторными жилами.

Конструкция трехжильного кабеля с отдельно освинцованными жилами

Рис. 2. Конструкция трехжильного кабеля с отдельно освинцованными жилами для подводной прокладки:

1 — токопроводящая жила; 2, 4 — экран из полупроводящей бумаги; 3 — пропитанная бумажная изоляция; 5 — свинцовая оболочка; 6 — заполнение из пропитанной кабельной пряжи; 7— проволочная броня; 8 — наружный защитный покров

На изготовление Д-кабелей, имеющих несколько меньшую площадь поперечного сечения, требуется меньше материалов, однако кабели с отдельно освинцованными жилами более гибкие, содержат меньшее количество пропитывающего состава и обеспечивают лучшие условия теплоотвода.



Другие статьи:

Кабель. Классификация и виды кабеля и кабельных изделий.
Конструкция кабеля. Основные конструктивные элементы кабельных изделий.
Марки кабелей, рекомендуемые для прокладки в воздухе