Устройство и монтаж кабельных линий, общие сведения об устройстве силовых кабелей

Для передачи и распределения электроэнергии наряду с воздушными линиями электропередачи применяют силовые кабели. Их используют главным образом для передачи электроэнергии на сравнительно небольшие расстояния и в тех случаях, когда сооружение воздушных линий нежелательно или недопустимо, например, на застроенных территориях промышленных предприятий, в городских условиях и т. п. Передача электроэнергии по силовым кабелям получила широкое распространение, несмотря на их более высокую стоимость по сравнению с воздушными линиями, так как кабельные линии обладают рядом преимуществ. Так, кабельные линии, проложенные в земле, не подвергаются таким внешним воздействиям, как гололед, ветер, пыль, влага, грозовые разряды и др. Повреждения в кабельных линиях не так опасны для населения, как обрыв проводов воздушных линий. Кроме того, подвод электроэнергии непосредственно к потребителям (электрическим машинам и аппаратам) практически возможен только с помощью кабелей.

На воздушных линиях электропередачи напряжением до 35 кВ устраивают кабельные вставки, когда сооружение ВЛ технически или экономически нецелесообразно. Обычно такие вставки сооружают на переходах через линии связи, автомобильные или железные дороги, воздушные линии электропередачи, на подходах к трансформаторным подстанциям, на территориях населенных пунктов и т. п.

Основные элементы кабеля.Силовым кабелем называют одну иди несколько изолированных токопроводящих жил, заключенных в герметическую оболочку, поверх которой обычно наложены защитные покровы.

Основными конструктивными элементами кабелей являются: токопроводящие жилы ; изоляция; герметическая защитная оболочка, предохраняющая изоляцию от попадания влаги и воздуха; наружные защитные покровы, усиливающие оболочку кабелей и предохраняющие ее от коррозии и механических повреждений.

Токопроводящие жилы состоят из одной или нескольких скрученных проволок, покрытых изолирующей оболочкой. В зависимости от числа токопроводящих жил силовые кабели изготовляют одно-, двух-, трех- и четырехжильными. Наибольшее применение получили трех- и четырехжильные кабели, так как основная доля промышленных потребителей использует трехфазный переменный ток. Трехжильные силовые кабели изготовляют на рабочее напряжение 1-35 кВ, четырехжильные - до 1 кВ. Четвертая жила таких кабелей используется в качестве нулевого провода и имеет, как правило, сечение вдвое меньшее, чем остальные.

Для напряжения 110 и 220 кВ выпускают одножильные, так называемые маслонаполненные кабели низкого и среднего давления, а также кабели в стальных трубах с маслом под давлением.

Токопроводящие жилы изготовляют одно- и многопроволочными, главным образом из алюминия, реже - из меди. Многопроволочные жилы могут состоять из нескольких проволок одного диаметра или из сердечника, на который навивают несколько рядов проволок. Токопроводящие жилы могут быть круглыми, сегментными и секторными.

Для плотного прилегания проволок в многопроволочной жиле, а также для обеспечения достаточной гибкости кабеля, проволоки внутри жилы скручивают и уплотняют. В уплотненных кабелях значительно снижается количество воздушных включений, а также уменьшается передвижение по жиле пропиточного состава, что особенно важно при вертикальной прокладке кабелей.

Изоляция обеспечивает электрическую прочность токопроводящих жил и кабеля в целом. Для изолирования одной жилы от другой поверх каждой жилы накладывают так называемую фазную изоляцию. Затем изолированные жилы кабеля скручивают между собой и поверх накладывают еще один слой изоляции - поясную, которая изолирует жилы от оболочки кабеля.

Наибольшее распространение получили кабели с изоляцией из кабельной бумаги. Кроме того, применяют кабели с резиновой изоляцией. В последние годы развитие химической промышленности и организация массового производства различных электроизоляционных пластмасс позволили разработать и внедрить новые конструкции кабелей с пластмассовой изоляцией и оболочками (главным образом на напряжение 1 - 6 кВ).

Бумажная изоляция обладает хорошими изоляционными свойствами, теплостойкостью (до 80° С), высокой степенью однородности, сравнительно низкой стоимостью. Ее недостатком является гигроскопичность, что вынуждает тщательно защищать кабель водонепроницаемыми оболочками и герметизировать концевые устройства кабельной линии (заделками и муфтами).

Бумажную изоляцию изготовляют из специальной кабельной бумаги, пропитанной изоляционным составом, в который входят обычно минеральные масла и канифоль, а для кабелей с так называемой нестекающей массой - церезин, вязкое минеральное масло, канифоль и другие материалы, имеющие повышенную вязкость.

Для изоляции фаз токопроводящие жилы спирально обматывают лентами из пропитанной кабельной бумаги шириной 5-30 мм. Толщина намотанного слоя зависит от номинального напряжения кабеля. Верхние ленты изоляции жил, как правило, выполняются различной расцветки: на одной жиле - из обычной кабельной бумаги, на другой - из бумаги красного цвета или из обычной кабельной бумаги с красной полоской, на третьей - из бумаги любого цвета или с полоской такого же цвета. В четырехжильных кабелях верхнюю ленту нулевой жилы выполняют из обычной кабельной бумаги.

Поясную бумажную изоляцию накладывают поверх изолированных и скрученных жил. При этом промежутки между жилами заполняют бумажными жгутами, которые, заполняя свободное пространство между жилами, затрудняют перемещение пропиточного состава вдоль кабеля и повышают электрическую прочность изоляции.

Резиновая изоляциякабелей состоит из каучука в смеси с рядом компонентов (наполнителей смеси). Преимуществами резиновой изоляции являются гибкость и практически полная негигроскопичность. К недостаткам относятся высокая стоимость; сравнительно низкая рабочая температура, выдерживаемая жилами кабеля (до 65° С); быстрое старение под влиянием света и температуры воздуха. Для различия жил фазную изоляцию изготовляют из разноцветной резины или прорезиненных тканей.

Пластмассовая изоляциявыполняется из поливинилхлорида или полиэтилена. Кабели с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката изготовляют главным образом на рабочее напряжение до 1000 В. Недостатком такой изоляции является ее термопластичность, так как нагрев жилы вызывает размягчение изоляции и смещение жил. Кроме того, электрическая прочность изоляции из поливинилхлоридного пластиката со временем уменьшается. Поэтому кабели с изоляцией из поливинилхлорида могут изготовляться на напряжение не выше 10 кВ.

Более перспективно применение для изоляции полиэтилена, особенно в кабелях, используемых на крутонаклонных и вертикальных участках трассы. Полиэтилен обладает хорошими механическими свойствами в широком интервале температур, стойкостью к действию кислот, щелочей, влаги и имеет хорошие электроизоляционные характеристики. Кабели с полиэтиленовой изоляцией выпускаются серийно на напряжение до 6 кВ и в опытном порядке до 35 кВ.

Для улучшения электрических характеристик изоляции кабели некоторых типов снабжают экранами, которые выравнивают и снижают напряженность электрического поля в изоляции. Экраны изготовляют из металлизированной бумаги (фольги, наклеенной на бумагу), полупроводящего полиэтилена и других материалов. В кабелях с пластмассовой изоляцией напряжением 6 кВ накладывают полупроводящие и металлические (медные или алюминиевые) экраны поверх изоляции жил, а в кабелях 10 кВ и выше как вокруг фазной изоляции, так и по поверхности каждой жилы. Экраны вокруг жил выполняют из тонкого слоя полупроводящего полиэтилена, а поверх изоляции - из такого же полиэтилена или коллоидального графита. Чтобы между экраном и изоляцией не образовывалось пустот, экран должен быть плотно соединен с изоляцией и иметь такой же коэффициент объемного расширения.

Герметическиезащитные оболочки предназначены для защиты изоляции кабеля от влияния окружающей среды, главным образом от проникновения влаги. Их изготовляют из свинца, алюминия, пластмасс (поливинилхлорида и полиэтилена) и резины.

Наружные защитные покровы состоят из трех основных элементов: подушки под броню, брони и наружного защитного слоя. Их накладывают на оболочку кабеля для защиты ее от механических повреждений.

Подушка предохраняет оболочку кабелей от повреждений при наложении брони, а также при изгибах кабеля в процессе прокладки. Одновременно она защищает металлическую оболочку кабеля от химической и электрохимической коррозии. Подушка обычно состоит из нескольких слоев битумного состава, лепт пропитанной кабельной бумаги и кабельной пряжи. Толщина подушки обычно составляет 1,5 - 2 мм.

Броня кабеля защищает герметичную защитную оболочку кабеля от механических повреждений и в зависимости от допускаемых растягивающих усилий (при прокладке и эксплуатации) изготовляется или из двух стальных лент или из плоских или круглых стальных оцинкованных проволок, спирально обвитых вокруг оболочки.

Наружный защитный слой предохраняет броню от коррозии и может быть выполнен в двух вариантах - негорючим и обычным. Негорючий защитный слой состоит из двух слоев негорючего состава, стеклянной пряжи и мелового покрытия, предохраняющего витки кабеля от слипания. В обычный защитный слой входит пропитанная кабельная пряжа (джут), два слоя битумного состава и меловое покрытие.

Выпускают также кабели с пластмассовыми наружными защитными покровами, которые имеют другую конструкцию и накладываются главным образом на алюминиевую оболочку кабелей (например, кабели марки ААШв).

Маркировка кабелей. Кабели маркируют по материалам токопроводящих жил, изоляции, оболочек и типу защитных покровов.

Первая буква маркировки кабеля обозначает материал жил: А - для алюминиевых (для медных буква не проставляется). Затем в маркировке указывают тип изоляции кабеля: В - поливинилхлоридпый пластикат, П - полиэтилен, Р - резина; бумажная изоляция не обозначается. После этого проставляют индекс материала оболочек кабеля: А - алюминий, С - свинец, В - поли-винилхлоридный пластикат, П - полиэтилен.

Обозначения защитных покровов кабеля размещают после обозначения оболочки: Б - броня из стальных лент с наружным защитным слоем, П - то же, из плоских стальных оцинкованных проволок, К - то же, из круглых стальных оцинкованных проволок.

Например, кабель марки ААБ - кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной пропитанной изоляцией, в алюминиевой оболочке, бронированный двумя стальными лентами, с наружным слоем из джута; АПВБ - кабель с алюминиевыми жилами, полиэтиленовой изоляцией, в оболочке из поливинилхлоридного пластиката, бронированный двумя стальными лентами с наружным слоем из джута.

После буквы, обозначающей тип брони, могут идти буквы, расшифровывающие наружные покровы кабеля. Так, если на кабеле отсутствует наружный защитный слой из джута, к марке кабеля добавляют букву Г (голый), например СБГ, ААПГ. Негорючий наружный защитный слой обозначают строчной буквой «н», например, АСБн. Усиленное защитное покрытие алюминиевой оболочки (подушки) обозначают буквой л, а особо усиленное - 2л, например ААБл, ААБ2лГ.

Для кабелей с отдельно освинцованными жилами обозначение марок дополняется буквой О, например АОСБ или ОСБ. Марки кабелей с обмедненно-пропитанной изоляцией, предназначенных для вертикальных прокладок, дополняются буквой В, стоящей в конце, например АСБВ.

Кабели с пластмассовым защитным покровом из поливинилхлоридного или полиэтиленового шланга включают в марку буквы Шв или Шп, стоящие после обозначения оболочки, например ААШв - кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной пропитанной изоляцией, в алюминиевой оболочке и с поливинилхлоридным шлангом, ААШп - то же, но со шлангом из полиэтиленового пластиката.

Следующие за буквами цифры обозначают номинальное рабочее напряжение кабеля (в кВ), число токопроводящих жил и площадь поперечного сечения каждой жилы (в мм²). Например, кабель АСБ-6 3X120 мм² предназначен для работы на напряжение 6 кВ и имеет три жилы сечением по 120 мм²; кабель АПВБ-1 3X50+1X25 мм² - для прокладки в сетях напряжением до 1 кВ, имеет три жилы сечением по 50 мм² и одну сечением 25 мм².