Кабели с пластмассовой изоляцией

В последние десятилетия XX в. по мере развития технологии получе­ния полимерных материалов все более сильную конкуренцию силовым кабелям с бумажно-масляной изоляцией составляли кабели, в которых в качестве ЭИМ применяется пластмасса либо в виде монолитного слоя, либо намотанная вокруг жил лентами аналогично бумажной изоляции. Основной тенденцией в производстве таких кабелей является освоение технологии наложения изоляции в конструкциях, предназначенных для работы в электрических сетях все более высоких номинальных напря­жений. В настоящее время кабели с пластмассовой изоляцией выпуска­ются на напряжения до 500 кВ включительно, причем объем их производ­ства постоянно увеличивается.

Это обстоятельство вызвано тем, что, несмотря на высокую эксплуата­ционную надежность и длительный срок службы, кабели с бумажно-мас­ляной изоляцией обладают рядом недостатков. К их числу относится дос­таточная сложность технологии изготовления, необходимость защиты изоляции от проникновения влаги с помощью металлической оболочки, что увеличивает массу и стоимость кабеля, необходимость в аппаратуре подпитки у маслонаполненных кабелей, опасность загрязнения почвы маслом при их авариях и т.д.

Изготовление кабелей с пластмассовой изоляцией проще, так как в большинстве случаев она накладывается на жилы методом выдавли­вания (экструзии) на червячных прессах. Технологический процесс при этом более производителен по сравнению с намоткой бумажных лент, которые затем еще подвергаются сушке и пропитке. Обслуживание и ремонт кабельных линий с изоляцией жил полимерным материалом также оказываются более простыми. Этими факторами и объясняется то положение, что для вновь сооружаемых линий с напряжением до 35 кВ в настоящее время доля кабелей с пластмассовой изоляцией уже превы­шает долю кабелей с бумажной пропитанной изоляцией.

В качестве ЭИМ прежде всего используется полиэтилен, обладающий высокой электрической прочностью, гибкостью, малыми значениями диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, хорошей влаго- и нагревостойкостью, а также высокой радиаци­онной стойкостью. Вместе с тем обычный термопластичный полиэтилен обладает относительно низкой стойкостью к воздействию температур при коротких замыканиях. Вторым недостатком является его горючесть. В связи с этим наряду с термопластичным полиэтиленом для изоляции и защитных покровов кабелей используются и такие модификации, как вулканизированный (сшитый) и самозатухающий полиэтилен.

Для изоляции жил кабелей с номинальным напряжением до 10 кВ включительно применяется и полнейнилхлоридный пластикат, обладаю­щий достаточной электрической прочностью, малой плотностью, хорошей водостойкостью. Он используется и для внешних защитных покро­вов, поскольку характеризуется высокой стойкостью к воздействию химически агрессивных сред (кислот, масел, промышленных газов, рас­творов щелочей и солей), а также к воздействию солнечной радиации. В отличие от термопластичного полиэтилена поливинилхлоридный пла­стикат обладает способностью прекращать горение после удаления из пламени, что обусловило его широкое применение в конструкциях кабелей, предназначенных для прокладки в помещениях. Однако отно­сительная диэлектрическая проницаемость поливинилхлорида (ПВХ) в 2 раза, а тангенс угла диэлектрических потерь на два порядка выше, чем у полиэтилена. Поэтому для изоляции кабелей напряжением свыше 10 кВ этот материал не применяется [10.17]. Общий вид кабеля 380 В с изо­ляцией из ПВХ-пластиката показан на рис. 10.18 (см. цветную вклейку).

Маркировка кабелей с пластмассовой изоляцией использует частично буквы, уже встречающиеся в марках кабелей с бумажной изоляцией. Так, если на первом месте в марке кабеля находится буква А, то он имеет алю­миниевые жилы (медные жилы специально не маркируются). На втором месте находятся буквы, идентифицирующие материал изоляции (В — поли­винилхлоридный пластикат; П, Пс, Пв —- полиэтилен термопластичный, самозатухающий и вулканизированный соответственно). Буквы в следую­щей позиции характеризуют материал оболочки (А — алюминиевая, П — из полиэтилена, В — из ПВХ-пластиката, Внг — из ПВХ-пластиката пониженной горючести). Обозначения типа брони частично такие же, как и для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией (Б — из двух стальных лент; К, П — из круглых или плоских стальных оцинкованных проволок). Кроме того, применяется и броня из круглых или плоских алюминиевых проволок, что отражается в марке символами Ка и Па соответственно. Буква б после обозначения типа брони соответствует отсутствию подушки под броней. У бронированных кабелей в последней позиции находятся буквы, характеризующие тип защитного покрова (Шв, Шп — шланг из ПВХ или полиэтилена) или его отсутствие (Г).

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются кабели на напряжения 0,66 и 1 кВ с одной, двумя, тремя и четырьмя жилами. Кабели на напряжения 3 и 6 кВ изготовляются только трехжильными, на напряжение 10 кВ — как трехжильными, так и одножильными, а на напряжение 35 кВ - — только одножильными. В качестве примера на рис. 10.19 показан кабель 10 кВ марки АПвП.

Номенклатура сечений одножильных кабелей 10 кВ с изоляцией из вулканизированного полиэтилена составляет 35—800 мм², чему соответ­ствуют внешние диаметры от 25 до 54 мм. Трехжильные же кабели 10 кВ имеют сечения от 35 до 300 мм² и внешние диаметры соответственно 44—76 мм. Диаметры одножильных кабелей 35 кВ с такой же изоляцией и сечением жил 50—800 мм² лежат в диапазоне 38—66 мм.

Трех- и четырехжильные кабели имеют круглые или секторные жилы. Так же, как и в кабелях с бумажной пропитанной изоляцией, в их конст­рукциях имеется слой обшей (поясной) изоляции. Она выпрессовывается в виде шланга из ПВХ либо наматывается лентами из того же материала или полиэтилентерефталатной пленки и бумаги. Толщина фазной изоля­ции из сшитого полиэтилена в одножильных кабелях 10 и 35 кВ состав­ляет 4 и 9 мм соответственно.

Кабельная арматура

Для кабелей с вязкой пропиткой бумажной изоляции, а также для кабе­лей с пластмассовой изоляцией, работающих при напряжениях 1—35 кВ, при горизонтальной прокладке используются лишь концевые и соедини­тельные муфты. При прокладке же кабелей с нормальной или обеднен­ной пропиткой на вертикальных участках или трассах с большой разно­стью уровней применяют и стопорные муфты, предназначенные для секционирования линии с целью предотвращения стекания и перемеще­ния пропитывающего состава вдоль линии.

Соединительные муфты. Жилы кабелей 1—35 кВ соединяют после предварительного снятия защитного покрова, оболочки, экрана по изоляции и части самой изоляции на определенной длине, определяемой из электри­ческого расчета соединительной муфты. Для более равномерного распреде­ления электрического поля внутри такой муфты соединение целесообразно производить таким образом, чтобы диаметр токоведущего элемента в месте соединения не увеличивался сверх диаметра жилы. Так как для соединения используются медные гильзы, то исходя из этих соображений с жилы кабеля удаляется один повив проволок, после чего на этот участок надева­ется гильза. Медные жилы соединяются опрессовкой или пайкой в гильзах, алюминиевые — термитной сваркой, пайкой в формочках и т.п. Затем про­изводится операция по изолированию места соединения.

После этого подмотку экранируют. Экран соединения должен иметь электрический контакт с экранами по изоляции соединяемых строитель­ных длин кабеля. В большинстве случаев при напряжениях 6—35 кВ роль экрана выполняет металлический корпус муфты, расположенный непо­средственно поверх изолирующей подмотки. Для кабелей 6—10 кВ используются свинцовые, а для кабелей 20—35 кВ — латунные корпуса.

При прокладке в земле кабелей 6—10 кВ для защиты от коррозии и механических повреждений место соединения заключается в защитный чугунный разъемный кожух (для кабелей 20—35 кВ используются также стальные или стеклопластиковые кожухи). Эскиз конструкции свинцовой соединительной муфты марки СС для кабелей 6—10 кВ показан на рис. 10.20.

Последняя операция по монтажу соединительной муфты заключается в заполнении пространства между металлическим корпусом и подмоткой заливочным составом. Муфты кабелей до 10 к В с бумажной изоляцией заполняются битуминозными составами, кабелей 20 и 35 кВ — маслоканифольными.

Для кабелей с пластмассовой изоляцией, а также в ряде случаев для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией применяются и эпоксидные соединительные муфты, имеющие разъемный корпус, который после монтажа заливается эпоксидным компаундом. Для кабелей с пластмассо­вой изоляцией на напряжения 1—35 кВ используются также трехфазные и однофазные соединительные муфты, в которых подмотка места соеди­нения жил осуществляется самосклеивающимися резиновыми лентами [10.2]. В последнее время стали широко применяться и муфты с использованием термоусаживаемых материалов как для изоляции места соединения, так и для образования внешнего защитного покрова.

Число соединительных муфт на 1 км линии I —10 кВ в зависимости от сечения жил для трехжильных кабелей составляет 4—5, для кабелей 20— 35 кВ — обычно 6.

Концевые муфты кабелей 1—35 кВ могут быть предназначены для наружной и внутренней установки. В последнем случае их принято называть концевыми заделками. Распространенным типом концевой заделки кабелей 6—10 кВ с пропитанной бумажной изоляцией до недав­него времени являлась эпоксидная заделка с трехслойными изолирую­щими трубками (внешний и внутренний слой из поливинилхлорида, про­межуточный — из полиэтилена), надеваемыми на выступающие из корпуса муфты концы жил кабеля (рис. 10.21). Она применяется как в сухих помещениях, гак и в помещениях с высокой влажностью (напри­мер, в районах с тропическим климатом). Такие заделки характеризуются высокой стойкостью против действия внутреннего давления пропиточной массы и проникновения влаги, эластичностью трубчатого покрова жил и простотой монтажа.

Наряду с эпоксидными заделками для кабелей 6—10 кВ с пропитан­ной бумажной изоляцией в сухих помещениях допускается использова­ние концевых заделок в стальной воронке и в свинцовой перчатке. Для кабелей 1—10 кВ с пластмассовой изоляцией в сухих помещениях при­меняются заделки с обмоткой жил липкой поливинилхлоридной лентой; во влажных помещениях такие заделки оснащаются эпоксидным корпу­сом, препятствующим проникновению влаги в изоляцию кабеля. Совре­менная тенденция состоит в использовании концевых заделок из термо-усаживаемых материалов.

Арматура для оконцевания кабелей 1—35 кВ с пропитанной бумажной изоляцией при ее установке на открытом воздухе имеет следующие раз­новидности:

мачтовые концевые муфты для кабелей 1—10 кВ с металлическим кор­пусом и фарфоровыми изоляторами, устанавливаемые на опоре воздуш­ной линии в месте ее соединения с кабельной;

трех- и однофазные концевые муфты с металлическим корпусом и фарфоровыми изоляторами для кабелей 6—10 кВ;

однофазная концевая муфта с металлическим корпусом и фарфоровым изолятором для кабелей 20 и 35 кВ с отдельно освинцованными жилами (рис. 10.22).

Для трехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией при напряжениях 1 —10 кВ для наружной установки используются муфты с эпоксидным корпусом и эластомерными (резиноподобными) изоляторами марки ПКНР. Отличительной особенностью таких муфт является изоляция жил термоуса-живаемыми поливинилхлоридными трубками. Они герметизируют место соединения жилы кабеля с наконечником, а нижним концом входят в эпок­сидный корпус. Сверху на трубки надеваются эластомерные изоляторы. Для одножильных кабелей 10 и 35 кВ с пластмассовой изоляцией применяют эла­стомерные концевые муфты марки ПКНРО. В отличие от муфт марки ПКНР

они не имеют эпоксидного корпуса и собираются на месте монтажа из дета­лей, изготовленных на заводе из изоляционных и полу про водящих компози­ций на основе кремнийорганической резины [10.2].

Стопорные муфты на кабельных линиях 1—35 кВ устанавливаются при переходе от горизонтально проложенного кабеля с нормально про­питанной бумажной изоляцией к кабелю, проложенному наклонно или вертикально вниз и имеющему обедненно пропитанную изоляцию или изоляцию, пропитанную нестекающей массой. Кроме того, они использу­ются в точках секционирования линии на участки с максимально допустимой разностью уровней для данного типа кабелей. Стопорная муфта отличается от соединительной наличием стопора, представляющего собой устройство, аналогичное проходному изолятору, и перекрываю­щего в центре муфты проход для пропитывающего состава.