Кабель и провод
22.11.11 |
Силовой кабель. Характеристики, конструкция, маркировка cиловых кабелей высокого напряжения с пластмассовой изоляцией.
Применение пластмасс для изоляции силовых кабелей позволяет значительно упростить технологию их изготовления. Пластмассовая изоляция накладывается методом экструзии на червячных прессах. Этот процесс более производителен, чем изолирование кабеля методом обмотки лентами. Кроме того, при этом отпадает необходимость сушки и пропитки изоляции. Применение пластмасс позволяет облегчить конструкцию кабелей, упростить их прокладку и монтаж, а также использовать на трассах с неограниченной разностью уровней.
Во всем мире наблюдается тенденция увеличения объема выпуска и прокладки силовых кабелей с полиэтиленовой изоляцией и в результате они должны полностью заменить кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение 1 . 220 кВ.
Основным материалом, применяемым для замены пропитанной маслом бумажной изоляции, является сшитый полиэтилен, имеющий пространственную структуру, что обеспечивает такой изоляции целый ряд преимуществ. Электрические свойства сшитого полиэтилена такие же, как и у термопластичного, а его нагревостойкость выше (табл. 1). Последнее особенно важно, если сечение кабеля выбирается с учетом последствий короткого замыкания. В этом случае кабели с изоляцией из термопластичного полиэтилена следует выбирать большего сечения, чем кабели с бумажной изоляцией, которые допускают кратковременный перегрев до 200 °С. Сшитый полиэтилен в этом отношении имеет преимущества и перед бумажной изоляцией.
В России силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжения 1 . 6 кВ, предназначенные для передачи и распределения энергии в стационарных установках, выпускаются с медными и алюминиевыми жилами с сечениями 1,5... 240 мм2.
Жилы этих кабелей могут быть круглыми или секторными. В качестве изоляции используют ПВХ пластикат, а также самозатухающий и вулканизированный полиэтилен. Толщина изоляции в зависимости от сечения жил составляет до 3,4 мм. В качестве межфазного заполнителя обычно используют материал изоляции. В трехжильных кабелях на напряжение 6 кВ поверх поясной изоляции методом экструзии или обмотки лентами накладывается экран из электропроводящего материала, соответствующего материалу изоляции, толщиной не менее 0,2 мм. В большинстве конструкций кабелей этого класса напряжения поверх электропроводящего экрана накладывается также металлический экран из медных или алюминиевых лент либо фольги в комбинации с обмоткой лентами из полиэтилентерефталатной или ПВХ пленки. Для защиты кабелей от влаги и механических повреждений используют пластмассовую или свинцовую оболочку.
Силовые кабели на напряжения 10.35 кВ выпускаются, как правило, с изоляцией из сшитого полиэтилена одножильными и трехжильными. Наиболее часто используются одножильные кабели, которые поставляются большой строительной длины, т. е. они более просты в монтаже и эксплуатации (ремонте).
В России одножильные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ выпускаются с алюминиевыми токопроводящими жилами с сечениями 70.240 мм2. Оболочка таких кабелей толщиной 1,9.2,1 мм может быть изготовлена из ПВХ пластиката или светостабилизированного самозатухающего полиэтилена. Номинальная толщина их изоляции — 4 мм. Электропроводящие экраны по жиле и изоляции должны иметь номинальную толщину 0,7 мм. Поверх экрана по изоляции может быть наложен экран из медной ленты, гофрированной в поперечном направлении.
Аналогичную конструкцию имеют и отечественные кабели на напряжение 35 кВ. В качестве их изоляции используется сшитый полиэтилен, а в качестве оболочки — полиэтилен, самозатухающий полиэтилен или ПВХ пластикат. При наличии значительных растягивающих усилий, действующих на кабель в процессе эксплуатации, может применяться броня из круглых стальных оцинко-ванных проволок. Токопроводящие жилы таких кабелей — медные и алюминиевые с сечениями 0,95.240 мм2, толщина изоляции — 7 мм, толщина токопроводящего экрана по жиле — 1 мм, номинальная толщина оболочки — 2,3.2,5 мм.
Первые кабели с изоляцией из термопластичного полиэтилена на напряжения 110.220 кВ появились в конце 60-х годов XX в. Затем начинает использоваться изоляция из сшитого (вулканизованного) полиэтилена, и, наконец, в начале 1980-х годов кабели такого типа становятся основными, успешно заменив маслонаполненные кабели.
В 1986 —1988 годах были изготовлены первые образцы кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжения 400 и 500 кВ.
В России на напряжения 110.220 кВ используются конструкции кабелей с алюминиевыми токопроводящими жилами с сечениями до 625 мм2 и изоляцией из сшитого полиэтилена. При этом токопроводящие жилы могут быть однопроволочными (с сечениями до 500 мм2) и комбинированными, состоящими из много-проволочного сердечника и прессованной алюминиевой оболочки. Выбор токопроводящих жил кабелей таких конструкций обусловлен необходимостью обеспечения продольной герметизации этих жил и исключения эффекта проволочности. Данные кабели имеют следующие особенности, обеспечивающие существенное повышение их технико-экономических и эксплутационных показателей:
в качестве электрической изоляции применяется сшитый полиэтилен, предварительно очищенный методом фильтрации от посторонних примесей размером более 50 мкм;
наложение изоляции и электропроводящих экранов производится методом экструзии за один проход с последующей их вулканизацией в беспаровой среде (сухим методом), что обеспечивает отсутствие в них влаги и газовых включений.
Для кабелей с пластмассовой изоляцией длительно допустимые рабочие напряженности электрического поля составляют 8,8.9,5 МВ/м. В результате для напряжения 110 кВ удается обеспечить радиальную толщину изоляции, равную 12 мм, для напряжения 220 кВ — 23 мм. Длительная рабочая температура на жиле такого кабеля не должна превышать 90 °С, допустимая температура при перегрузках — 130 °С. В режиме короткого замыкания допустимая температура составляет 250 °С. Толщина электропроводящего экрана из сшитого полиэтилена — 1,15.1,25 мм. Поверх электропроводящего экрана по изоляции накладывается экран из гофрированной медной ленты толщиной 0,25 мм. Наружная оболочка толщиной 2,8 мм может быть выполнена из полиэтилена, самозатухающего полиэтилена или ПВХ пластиката.
Все конструкции кабелей на напряжения 110 и 220 кВ должны иметь элементы продольной и радиальной герметизации, так как
проникновение влаги в кабель сокращает срок его службы. Герметичность высоковольтных кабелей обеспечивается использованием:
пластмассовой оболочки из полиэтилена;
многослойной оболочки, состоящей из металлических или металлопластмассовых лент, имеющих достаточно хорошую взаимную адгезию;
сплошной металлической оболочки.
Если радиальный барьер поврежден, то особое значение приобретает продольная герметизация кабеля, которая может быть как непрерывной, так и дискретной. Продольная герметизация по жиле обеспечивается прежде всего конструкцией, т. е. использованием либо сплошной алюминиевой жилы, либо комбинированной со сплошной оболочкой поверх скрученного сердечника. Возможно заполнение межпроволочного пространства жилы массой, препятствующей продольному распространению воды в случае ее попадания в кабель.
Продольная герметизация под наружной оболочкой осуществляется следующим образом. Поверх электропроводящего покрытия по изоляции наносится слой пудры, набухающий при увлажнении и препятствующий продольному распространению воды. В пространство между электропроводящим экраном и металлическим экраном кабеля по изоляции также могут вводиться гигроскопичные ленты. При попадании воды под оболочку кабеля такие ленты набухают, значительно увеличиваясь в объеме, и создают преграду для распространения влаги вдоль кабеля.
Конструкция кабеля с полиэтиленовой изоляцией представлена на рис. 1.
Маркируются кабели с пластмассовой изоляцией следующим образом:
ПвВ — кабель с медными жилами, изоляцией из вулканизованного полиэтилена и оболочкой из ПВХ пластиката.
Рис. 1. Конструкция высоковольтного кабеля с полиэтиленовой изоляцией:
1 — токопроводящая медная жила; 2 — полупроводящий слой по жиле; 3 — изоляция; 4 — полупроводящий слой по изоляции; 5 — водонабухающая полупроводящая лента; 6 — экран из медных проволок; 7 — медная лента; 8 — водонабухающая лента; 9 — оболочка из полиэтилена
Используется для прокладки в производственных помещениях, кабельных сооружениях и сухих грунтах. В случае прокладки в грунте с повышенной влажностью или в сырых помещениях герметизируется;
ПвПг — кабель с медными жилами, изоляцией из вулканизованного полиэтилена, с полиэтиленовой оболочкой и продольной герметизацией экрана водонабухающими лентами;
АПвПу — кабель с алюминиевыми токопроводящими жилами, полиэтиленовой изоляцией и оболочкой, усиленной ребрами жесткости. Используется при прокладке на сложных участках трасс.
Во всем мире наблюдается тенденция увеличения объема выпуска и прокладки силовых кабелей с полиэтиленовой изоляцией и в результате они должны полностью заменить кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение 1 . 220 кВ.
Основным материалом, применяемым для замены пропитанной маслом бумажной изоляции, является сшитый полиэтилен, имеющий пространственную структуру, что обеспечивает такой изоляции целый ряд преимуществ. Электрические свойства сшитого полиэтилена такие же, как и у термопластичного, а его нагревостойкость выше (табл. 1). Последнее особенно важно, если сечение кабеля выбирается с учетом последствий короткого замыкания. В этом случае кабели с изоляцией из термопластичного полиэтилена следует выбирать большего сечения, чем кабели с бумажной изоляцией, которые допускают кратковременный перегрев до 200 °С. Сшитый полиэтилен в этом отношении имеет преимущества и перед бумажной изоляцией.
В России силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжения 1 . 6 кВ, предназначенные для передачи и распределения энергии в стационарных установках, выпускаются с медными и алюминиевыми жилами с сечениями 1,5... 240 мм2.
Таблица 1 Нагревостойкость полиэтиленовой изоляции
|
Жилы этих кабелей могут быть круглыми или секторными. В качестве изоляции используют ПВХ пластикат, а также самозатухающий и вулканизированный полиэтилен. Толщина изоляции в зависимости от сечения жил составляет до 3,4 мм. В качестве межфазного заполнителя обычно используют материал изоляции. В трехжильных кабелях на напряжение 6 кВ поверх поясной изоляции методом экструзии или обмотки лентами накладывается экран из электропроводящего материала, соответствующего материалу изоляции, толщиной не менее 0,2 мм. В большинстве конструкций кабелей этого класса напряжения поверх электропроводящего экрана накладывается также металлический экран из медных или алюминиевых лент либо фольги в комбинации с обмоткой лентами из полиэтилентерефталатной или ПВХ пленки. Для защиты кабелей от влаги и механических повреждений используют пластмассовую или свинцовую оболочку.
Силовые кабели на напряжения 10.35 кВ выпускаются, как правило, с изоляцией из сшитого полиэтилена одножильными и трехжильными. Наиболее часто используются одножильные кабели, которые поставляются большой строительной длины, т. е. они более просты в монтаже и эксплуатации (ремонте).
В России одножильные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ выпускаются с алюминиевыми токопроводящими жилами с сечениями 70.240 мм2. Оболочка таких кабелей толщиной 1,9.2,1 мм может быть изготовлена из ПВХ пластиката или светостабилизированного самозатухающего полиэтилена. Номинальная толщина их изоляции — 4 мм. Электропроводящие экраны по жиле и изоляции должны иметь номинальную толщину 0,7 мм. Поверх экрана по изоляции может быть наложен экран из медной ленты, гофрированной в поперечном направлении.
Аналогичную конструкцию имеют и отечественные кабели на напряжение 35 кВ. В качестве их изоляции используется сшитый полиэтилен, а в качестве оболочки — полиэтилен, самозатухающий полиэтилен или ПВХ пластикат. При наличии значительных растягивающих усилий, действующих на кабель в процессе эксплуатации, может применяться броня из круглых стальных оцинко-ванных проволок. Токопроводящие жилы таких кабелей — медные и алюминиевые с сечениями 0,95.240 мм2, толщина изоляции — 7 мм, толщина токопроводящего экрана по жиле — 1 мм, номинальная толщина оболочки — 2,3.2,5 мм.
Первые кабели с изоляцией из термопластичного полиэтилена на напряжения 110.220 кВ появились в конце 60-х годов XX в. Затем начинает использоваться изоляция из сшитого (вулканизованного) полиэтилена, и, наконец, в начале 1980-х годов кабели такого типа становятся основными, успешно заменив маслонаполненные кабели.
В 1986 —1988 годах были изготовлены первые образцы кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжения 400 и 500 кВ.
В России на напряжения 110.220 кВ используются конструкции кабелей с алюминиевыми токопроводящими жилами с сечениями до 625 мм2 и изоляцией из сшитого полиэтилена. При этом токопроводящие жилы могут быть однопроволочными (с сечениями до 500 мм2) и комбинированными, состоящими из много-проволочного сердечника и прессованной алюминиевой оболочки. Выбор токопроводящих жил кабелей таких конструкций обусловлен необходимостью обеспечения продольной герметизации этих жил и исключения эффекта проволочности. Данные кабели имеют следующие особенности, обеспечивающие существенное повышение их технико-экономических и эксплутационных показателей:
в качестве электрической изоляции применяется сшитый полиэтилен, предварительно очищенный методом фильтрации от посторонних примесей размером более 50 мкм;
наложение изоляции и электропроводящих экранов производится методом экструзии за один проход с последующей их вулканизацией в беспаровой среде (сухим методом), что обеспечивает отсутствие в них влаги и газовых включений.
Для кабелей с пластмассовой изоляцией длительно допустимые рабочие напряженности электрического поля составляют 8,8.9,5 МВ/м. В результате для напряжения 110 кВ удается обеспечить радиальную толщину изоляции, равную 12 мм, для напряжения 220 кВ — 23 мм. Длительная рабочая температура на жиле такого кабеля не должна превышать 90 °С, допустимая температура при перегрузках — 130 °С. В режиме короткого замыкания допустимая температура составляет 250 °С. Толщина электропроводящего экрана из сшитого полиэтилена — 1,15.1,25 мм. Поверх электропроводящего экрана по изоляции накладывается экран из гофрированной медной ленты толщиной 0,25 мм. Наружная оболочка толщиной 2,8 мм может быть выполнена из полиэтилена, самозатухающего полиэтилена или ПВХ пластиката.
Все конструкции кабелей на напряжения 110 и 220 кВ должны иметь элементы продольной и радиальной герметизации, так как
проникновение влаги в кабель сокращает срок его службы. Герметичность высоковольтных кабелей обеспечивается использованием:
пластмассовой оболочки из полиэтилена;
многослойной оболочки, состоящей из металлических или металлопластмассовых лент, имеющих достаточно хорошую взаимную адгезию;
сплошной металлической оболочки.
Если радиальный барьер поврежден, то особое значение приобретает продольная герметизация кабеля, которая может быть как непрерывной, так и дискретной. Продольная герметизация по жиле обеспечивается прежде всего конструкцией, т. е. использованием либо сплошной алюминиевой жилы, либо комбинированной со сплошной оболочкой поверх скрученного сердечника. Возможно заполнение межпроволочного пространства жилы массой, препятствующей продольному распространению воды в случае ее попадания в кабель.
Продольная герметизация под наружной оболочкой осуществляется следующим образом. Поверх электропроводящего покрытия по изоляции наносится слой пудры, набухающий при увлажнении и препятствующий продольному распространению воды. В пространство между электропроводящим экраном и металлическим экраном кабеля по изоляции также могут вводиться гигроскопичные ленты. При попадании воды под оболочку кабеля такие ленты набухают, значительно увеличиваясь в объеме, и создают преграду для распространения влаги вдоль кабеля.
Конструкция кабеля с полиэтиленовой изоляцией представлена на рис. 1.
Маркируются кабели с пластмассовой изоляцией следующим образом:
ПвВ — кабель с медными жилами, изоляцией из вулканизованного полиэтилена и оболочкой из ПВХ пластиката.
Рис. 1. Конструкция высоковольтного кабеля с полиэтиленовой изоляцией:
1 — токопроводящая медная жила; 2 — полупроводящий слой по жиле; 3 — изоляция; 4 — полупроводящий слой по изоляции; 5 — водонабухающая полупроводящая лента; 6 — экран из медных проволок; 7 — медная лента; 8 — водонабухающая лента; 9 — оболочка из полиэтилена
Используется для прокладки в производственных помещениях, кабельных сооружениях и сухих грунтах. В случае прокладки в грунте с повышенной влажностью или в сырых помещениях герметизируется;
ПвПг — кабель с медными жилами, изоляцией из вулканизованного полиэтилена, с полиэтиленовой оболочкой и продольной герметизацией экрана водонабухающими лентами;
АПвПу — кабель с алюминиевыми токопроводящими жилами, полиэтиленовой изоляцией и оболочкой, усиленной ребрами жесткости. Используется при прокладке на сложных участках трасс.