Ізоляція силових кабелів високої напруги
Кабельні лінії значно дорожче повітряних і тому застосовуються в сильно забудованих містах на територіях промислових підприємств, при переходах через протяжні водні перешкоди, тобто там, де споруда повітряних ліній або економічно не вигідно, або просто неможливо.
Ізоляція жил кабелю один від одного і від зовнішньої металевої оболонки здійснюється за допомогою шару ізолюючого матеріалу, який повинен мати певну механічної та електричної міцністю. Найчастіше ізолюючим матеріалом служить кабельна папір, щільно намотана на жилу і просочена мінеральним маслом або маслом з добавками, що збільшують його в'язкість і стабільність.
Щільна намотування паперу на жилу забезпечується застосуванням механічно міцних паперових стрічок товщиною 20-170 мм і шириною 10-30 мм. Паперова ізоляція перед просоченням і в процесі просочення повинна бути ретельно висушена. Сушка ведеться під вакуумом 40-20 мм.рт.ст. для кабелів на напруги 1-10 кВ і 0,1-0,2 - для кабелів на напругу 110 кВ і вище при температурі 120-130 С. Замість масла можна використовувати газ при високому тиску. При напрузі 3-35 кВ застосовуються також кабелі з пластмасовою і гумовою ізоляцією.
На напруги до 35 кВ силові високовольтні кабелі випускаються найчастіше трижильний, на напруги 110-500 кВ і вище - одножильними.
Паперово-масляна ізоляція піддається впливу робочих напруг, комутаційних і іноді (якщо кабель пов'язаний з повітряними мережами) імпульсних перенапруг.
Градуювання ізоляції дозволяє знизити напруження у жили кабелю або зменшити товщину ізоляції, здійснивши більш рівномірний розподіл напруженості по товщині ізоляції. Градуювання ізоляції в кабелях виконується за допомогою паперу різної щільності і товщини. Більш тонка і щільна папір має велику діелектричну проникність і електричну міцність (рисунок 23) і намотується шарами, найближчими до жили. Наступні шари виконуються з більш дешевою має меншу діелектричну міцність паперу. Як видно з малюнка, застосування тришарового градуювання дозволяє зменшити товщину ізоляції маслонаполненного кабелю на напругу 110 кВ з 16,8 до 12,6 мм.
Малюнок 23 - Розподіл напруженості по товщині градіровать (крива 1) і неградуйований (крива 2) ізоляції кабелю на напругу 110 кВ
Кабелі з в'язкою просоченням. Просочення ізоляції в цих кабелях виконується олійно-каніфольним компаундом. Добавка в масло каніфолі (1-30% обсягу олії) забезпечує підвищену в'язкість просочує маси, що необхідно для запобігання витікання компаунда з кінців кабелю і перетікання компаунда в кабелях при похилих трасах.
Стрічки паперу щільно навиваются на жилу кабелю по спіралі з зазором 1,5-3,5 мм. Зазори необхідні для запобігання розривів стрічки при згинанні кабелю. Міцність масла в зазорі менше міцності паперу, тому слід уникати накладення зазорів.
Трифазні кабелі на напругу не вище 15 кВ зазвичай виконують з поясною ізоляцією. Конструкція такого кабелю приведена на малюнку 24. Для кращого використання перетину кабелю жилах 1 надається секторная форма, кожна жила охоплюється фазової ізоляцією 2, що повторює секторну форму жили. Поверх фазной ізоляції все жили охоплюються поясною ізоляцією 3.
Малюнок 24 - Трижильний кабель з поясною ізоляцією
Простір між ізольованими жилами забивається низькопробної ізоляцією (джгути, скручені з паперу) 4. Поверх поясної ізоляції накладається герметична свинцева або алюмінієва оболонка 5 і захисна броня зі сталевих стрічок або дротів 6. Броня захищається від корозії бітумним складом і просоченої пряжею 7.
При напрузі 20 і 35 кВ застосовуються кабелі з окремо освинцьованими жилами і кабелі з екранованими жилами. У цих кабелях (рисунок 25) для створення радіального поля і усунення місцевого посилення поля у багатопроволкової круглої жили поверх жили 1 і фазового ізоляції 3 накладають екрани 2, 4 з фольги або металізованої паперової стрічки. Радіальні поля дозволяє збільшити напруженість в ізоляції кабелів розглянутих типів майже в два рази в порівнянні з кабелями з поясною ізоляцією. Кабелі з окремо освинцьованими жилами допускають збільшення струмових навантажень в порівнянні з кабелями поясною ізоляцією і з тим же перетином жив на 10-20%. Це пояснюється тим, що наявність свинцевих оболонок 5 покращує умови відводу тепла.
Малюнок 25 - Трифазний кабель на напругу 35 кВ з окремо освинцьованими жилами
Нормальні кабелі на напругу 3-35 кВ з в'язкою просоченням можна використовувати для вертикальних прокладок при різниці рівнів 10-15 м або на протяжних, сильно похилих трасах, так як просочувальна маса буде стікати і оболонка кабелю деформується. Для вертикальних прокладок використовують спеціальні кабелі з об'єднаною просоченням ізоляції.
Випускаються ті ж кабелі з просоченням паперу бітумними складами на основі синтетичних смол, що не стікають навіть при високих температурах.
Маслонаповнені кабелі. При напрузі 110 кВ і вище паперова ізоляція жили кабелю просочується чистим дегазованим, що мають підвищену стабільність і газостойкости маслом, що знаходяться в кабелі під надлишковим тиском. Маслонаповнені кабелі випускаються зазвичай одножильними і в залежності від тиску масла бувають низького (до 1), середнього (= 3-5) і високого (= 10-15) тиску.
Тиск в кабелях підтримується автоматично від балонів зі стисненим газом, з'єднаних з кабелем за допомогою спеціальних муфт. Арматура підживлення, однак, тут дешевше і простіше, ніж на трасах маслонаповнених кабелів.
На напругу 35 кВ випускаються трижильний кабелі (рисунок 26). Газопровідної канали 1 розташовані між жилами 2 поблизу свинцевою оболонки 3.
Малюнок 26 - Трижильний газонаповнений кабель середнього тиску на напругу 35 кВ
Кабелі з пластмасовою і гумовою ізоляцією. Все більш широке застосування мають кабелі з поліетиленовою ізоляцією. Хоча допустимі напруженості в ізоляції цих кабелів невеликі - до 2 2,3 кв / мм, вони можуть успішно конкурувати з кабелями в'язкою просочення і випускаються на напругу до 35 кВ. Поліетиленові кабелі легше і не вимагають складних вологонепроникних оболонок, поліетилен володіє високим питомим опором і має малі діелектричні втрати. Низькі допустимі напруженості викликані можливістю розвитку ионизационного пробою в ізоляції цих кабелів, при наявності повітряних включень і місцевих підсилень поля. Останнє в кабелях на напругу 10 і 35 кВ намагаються усунути застосуванням полупроводящіх екранів навколо жили і фазної ізоляції кабелю.
Кабелі з поліхлорвінілової і гумовою ізоляцією випускаються на напругу до 6 кВ і мають гірші електричні характеристики, ніж кабелі з поліетиленовою ізоляцією.
Кабельні муфти. З'єднання окремих ділянок кабелів між собою і обробка решт здійснюється за допомогою з'єднувальних і кінцевих кабельних муфт. Монтуються вони, як правило, при прокладці кабелю, тобто в умовах істотно відрізняються від заводських. Тому виконання їх вимагає особливої високої кваліфікації, і допустимі напруженості для ізоляції сполучних кабельних муфт приймаються приблизно в два рази менше, ніж для власної ізоляції кабелю. Сполучні муфти для кабелів з в'язкою просоченням виконуються в металевому (частіше свинцевому) кожусі, герметично спаяному з оболонкою кабелю. Ізоляція жив здійснюється намотуванням просоченої ізоляційної паперу, що перекриває ступінчасту оброблення заводської ізоляції. Простір між ізольованими жилами і корпусом заливається бітумною мастикою або епоксидною смолою. Гільзові з'єднання жив опресовуються.
Кінцеві муфти кабелів на напруги 6-10 кВ виконуються у вигляді заповнених бітумних компаундом металевих воронок або рукавичок; в сухих приміщеннях найбільш поширена суха оброблення з застосуванням поліхлорвінілової стрічки і спеціальних клеючих лаків.
Стопорні, полустопорние з'єднувальні муфти масло і газонаповнених кабелів мають складну конструкцію, так як повинні забезпечувати герметичність при високому тиску і забезпечувати необхідну електричну міцність. Конструкції кінцевих муфт цих кабелів близькі до конструкції прохідних ізоляторів.