Стартовая >> Оборудование >> Кабели >> Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 1—35 кВ

Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 1—35 кВ

Силовые кабели с пропитанной маслом бумажной изоляцией, обладая высокими электрическими параметрами и большой надежностью в эксплуатации, тем не менее не лишены ряда существенных недостатков, а именно: технологический процесс их изготовления сложен и малопроизводителен; кабели изготовляют только в металлической оболочке, так как пропитанная бумага невлагостойка, что значительно удорожает и утяжеляет их конструкцию; из-за стекания пропиточного состава в кабелях имеются ограничения при вертикальных прокладках и т.п.
Применение пластмасс для изоляции силовых кабелей позволяет значительно упростить технологию их изготовления. Пластмассовая изоляция может быть наложена на токопроводящие жилы методом выдавливания (экструзии) на червячных прессах. Этот процесс значительно более производителен, чем изолирование методом обмотки лентами. Кроме того, при этом отпадает необходимость сушки и пропитки изоляции. Применение пластмасс позволяет также облегчить конструкцию кабелей, упростить прокладку и монтаж, а также производить прокладку на трассах с большой разностью уровней.
Основными материалами, применяемыми для замены пропитанной маслом бумажной изоляции, являются полиэтилен, поливинилхлорид и этиленпропиленовая резина.

Параметры материалов, применяемых для изоляции силовых кабелей


Материал

Удельное объемное сопротивление, Ом • см, при температуре, °С

Диэлектрическая проницаемость при температуре, °С

tgS
при температуре, °С

Удельное термическое сопротивление

10

90

10

90

10

90

Полиэтилен

1017

1015

2,25

2,2

3-104

8 • 1035

3,8

Поливинилхлорид

1016

2-1014

4

8,6

5-103

7 • 104

7

Этиленпропиленовая резина

7-105

1014

2,6

2,6

2 • 103

102

6,1

Электрические параметры кабелей с пластмассовой изоляцией

Материал изоляции

Номинальное напряжение, кВ

Толщина изоляции, мм

Рабочая напряженность электрического поля, МВ/ м

средняя

максимальная

Полиэтилен

10

3,4

1,7

2,7

20

5,5

2,1

3,3

30

8

2,2

3,6

Поливинилхлорид

10

4

1,5

2.1

20

6,4

1,8

3

Рабочие напряженности в пластмассовой изоляции кабелей на напряжение 10...30 кВ, а также толщина изоляции, рекомендуемые МЭК, приведены в табл. Одним из наиболее перспективных материалов для изоляции кабелей является полиэтилен. Этот материал обладает целым рядом преимуществ по сравнению с другими материалами: высокая электрическая прочность; малые значения плотности, е и tg 8; хорошая гибкость; влагостойкость. Следует отметить также, что из всех известных полимерных материалов в настоящее время только полиэтилен может быть получен очень чистым, содержащим минимальное количество примесей, что позволяет применять его в изделиях, предназначенных для работы при высоких напряженностях электрического поля.
Впервые полиэтилен был применен для силовых кабелей на напряжение 5 кВ в США в 1944 г.
Наиболее пригодным материалом для изоляции кабелей является сшитый полиэтилен, т.е. полиэтилен, имеющий пространственную структуру молекул. Электрические свойства его находятся на уровне свойств термопластичного полиэтилена, а нагревостойкость выше:


Материал изоляции

Длительно- допустимая температура. С

Предельно допустимая температура при коротком замыкании, SC

Полиэтилен

70

150

Сшитый полиэтилен

90

250

Поливинилхлорид

70

160

Этиленпропиленовая резина

90

250

Последнее особенно важно, если сечение кабеля выбирается из условий короткого замыкания (КЗ). В этом случае кабели с пластмассовой изоляцией при использовании термопластичного полиэтилена и поливинилхлорида следует выбирать большего сечения, чем кабели с бумажной изоляцией, которые допускают кратковременный нагрев до 200 °С. Сшитый полиэтилен в этом отношении имеет преимущества и перед бумажной изоляцией. Поливинилхлорид также обладает рядом ценных свойств, необходимых для изоляции силовых кабелей: достаточная электрическая прочность, малая плотность, хорошая водостойкость, негорючесть, стойкость к воздействию солнечной радиации и микроорганизмам, хорошие технологические характеристики. Однако большие диэлектрические потери ограничивают применение этого материала для кабелей на напряжение свыше 20 кВ.
В России силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 0,66-6 кВ, предназначенные для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках, выпускаются с алюминиевыми и медными жилами сечением от 1,5 до 240 мм2.
Число жил составляет 1...5, причем для четырехжильных кабелей максимальное сечение жил составляет 185 мм2, а для пятижильных 35 мм2. Жилы этих кабелей могут быть круглыми и секторными. В качестве изоляции могут быть использованы поливинилхлоридный пластикат, самозатухающий полиэтилен и вулканизированный полиэтилен. Допускается применение термопластичного полиэтилена, однако производство таких кабелей из-за пониженной стойкости к распространению огня и недостаточной стойкости к действию токов КЗ сокращается. Толщина изоляции в зависимости от сечений жил и номинального напряжения составляет 0,6...3,4 мм. Кабели имеют в основном круглую форму. В качестве междуфазного заполнения обычно используется материал изоляции. Для кабелей на напряжение до 3 кВ включительно можно применять заполнение из непропитанной кабельной пряжи, стеклянной штапелированной пряжи или других подобных материалов.

Кабели с пластмассовой изоляцией (ГОСТ 16442-80)

 

 

Номинальное напряжение, кВ

Марка

Число жил

0,66

  1

3

 

 

Сечение, мм2

ВВГ, ПВГ, ПсВГ

1,2,3

1.5...50

1,5-240

4...240

АВВГ, АПВГ, АПсВГ

1,2,3

2,5-50

2,5-240

4...240

 

4

2,5-50

2,5-185

 

5

1,5-25

ВВГ, ПВБ

1

1,5-50

1,5-240

4...240

 

2,3

2,5-50

2,5-240

4...240

 

4

2,5-50

2,5-185

_

АВВБ, АПВБ

1.2,3

2,5-50

2,5-240

4...240

 

4

2,5-50

2,5-240

АВАШв (АПВШв)

3

4...185

4...185

ВВБбГ

1

1,5-50

1,5-240

4...240

 

2,3

2,5-50

2,5-240

4...240

АВВБб

1,2,3

2,5-50

2,5-240

4...240

Примечание. В марках кабелей используют следующие буквенные обозначения: А в начале

  1. жила из алюминия; А в середине — герметическая оболочка из алюминия; Б — броня нз двух стальных лент; В первая или третья — изоляция из поливинилхлоридного пластиката; В в конце — обедненно-пропитанная изоляция из вертикальных прокладок; Г — отсутствие защитного покрова на броне; К в конце — броня из круглых стальных проволок; Н — резиновая негорючая оболочка; П — первая или вторая — полиэтиленовая изоляция; П в конце — броня из плоской стальной проволоки; Р
  2. резиновая изоляция; С — оболочки из свинца; Бл, Бн — броня нз двух стальных лент с различной подушкой; Шв — наружный покров в виде шланга нз полнвинилхлорндного пластиката.

Кабели некоторых типов на напряжение до 1 кВ могут быть изготовлены без заполнения. Двухжильные кабели сечением до 16 мм2 на это же напряжение, как правило, изготавливают плоскими. Поверх скрученных изолированных жил в кабелях на 1 кВ накладывают с перекрытием ленту из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной пленки, а затем оболочку из поливинилхлоридного пластиката. Для остальных кабелей необходима поясная изоляция толщиной 0,4... 1,1 мм. Поясная изоляция из поливинилхлоридного пластиката или материала изоляции может быть наложена методом экструзии. Возможен другой вариант конструкции поясной изоляции — сочетание лент из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной пленки и крепированной бумаги.
Типичная конструкция низковольтного кабеля с пластмассовой изоляцией показана на рис., а основные характеристики и область применения в табл.  
В кабелях на напряжение 6 кВ поверх поясной изоляции должен быть наложен методом экструзии или обмоткой лентами экран из электропроводящего материала, соответствующего материалу изоляции, толщиной не менее 0,2 мм. Для большинства конструкций кабелей этого класса напряжения поверх электропроводящего экрана накладывается также металлический экран из медных или алюминиевых лент или фольги в комбинации с обмоткой лентами марок ААШвУ, ААШпсУ, ААБлГУ и ААБ2лУ на напряжение 1 кВ по ГОСТ 18410-73.

Внешний диаметр, масса трехжильных кабелей с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке


Число жил
х сечение, мм2

Внешний диаметр, мм

Расчетная масса, кг/км

ААШвУ ААШпсУ

ААБлГУ

ААБлУ ААБ2лУ

ААШвУ

ААШпсУ

ААБлГУ

ААБлУ

ААБ2лУ

3 x 35*

23

25.6

30

789

743

1217

1461

1485

3 x 50*

25,8

28

32,4

1004

916

1452

1716

1742

3 x 70*

28,4

30,6

35

1270

1205

1760

2046

2075

3 x 70

30,4

32,6

37

1369

1300

1692

2195

2226

3 x 95*

31,4

33,6

38

1589

1518

2176

2440

2472

3 x 95

33,6

35,8

40,2

1707

1630

2282

2613

2648

3 x 120*

34,5

36,7

41,1

1922

1843

2417

2850

2386

3 x 120

38,1

39,9

44,3

2135

2038

2745

3111

3150

3 x 150*

37,5

39,5

43,7

2287

2192

2887

3248

3286

3 x 150

40,9

42,7

47,1

2508

2404

3162

3552

3593

3 x 185*

40,7

42,5

46,9

2707

2604

3349

3746

3787

3 x 185

44,8

46,6

51

3066

2952

3780

4203

4249

3 х 240*

45,1

46,9

51,3

3409

3294

4259

4553

4600

3 x 240

50,4

51,8

56,2

3859

3718

4610

5078

5130

Кабель  АПВГ с пластмассовой изоляцией на напряжение 3 кВ
Кабель типа АПВГ с пластмассовой изоляцией на напряжение 3 кВ: 1 — жила; 2 — фазная изоляция; 3 — поясная изоляция; 4 — оболочка
из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной пленки.

Для защиты от влаги и механических повреждений кабели имеют пластмассовую или алюминиевую (марки АВАШв и т.п.) оболочку.
Кабели такого типа предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды от -50 до +50 °С. Допустимый нагрев жил кабелей в аварийном режиме, не превышающем 8 ч в сутки и не более 1000 ч за срок службы, не должен превышать 80 °С для изоляции из поливинилхлоридного пластиката, полиэтилена и самозатухающего полиэтилена и 130 °С — для изоляции из вулканизированного полиэтилена.

Силовые кабели на напряжение 10—35 кВ выпускают, как правило, с изоляцией из вулканизированного полиэтилена как одножильными, так и трех- жильными. Наиболее часто используют одножильные кабели, которые поставляют большими строительными длинами, они более просты в монтаже и эксплуатации (с точки зрения выполнения ремонтных работ).
Отечественные одножильные кабели с изоляцией из вулканизированного полиэтилена на напряжение 10 кВ выпускают с алюминиевыми токопроводящими жилами сечением 120...240 мм2. Оболочка толщиной 1,9...2,1 мм может быть выполнена из поливинилхлоридного пластиката, светостабилизированного самозатухающего полиэтилена, поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести. Номинальная толщина изоляции 4 мм. Электропроводящие экраны по жиле и по изоляции имеют номинальную толщину 0,7 мм Поверх экрана по изоляции должен быть наложен экран из медной ленты, гофрированной в поперечном направлении и наложенной продольно с перекрытием. Между медным экраном и оболочкой продольно накладывают по- лиэтилентерефталатную ленту.
Кабель должен выдержать испытание переменным напряжением 40 кВ в течение 4 ч, а уровень частичных разрядов на строительных длинах кабеля (не менее 500 м) должен быть не более 5 пКл при напряжении 15 кВ. Длительная рабочая температура не должна превышать 90 °С.
Аналогичную конструкцию имеют и отечественные кабели на напряжение 35 кВ. В качестве изоляции используют вулканизированный полиэтилен, в качестве оболочки — полиэтилен, самозатухающий полиэтилен или поливинилхлоридный пластикат. При наличии значительных растягивающих усилий в эксплуатации применяют броню из круглых стальных оцинкованных проволок. Сечения жил кабелей — от 95 до 240 мм2, токопроводящие жилы — медные или алюминиевые. Толщина изоляции — 7 мм; толщина электропроводящего экрана по жиле — 1,0 мм, по изоляции — 0,4 мм. Номинальная толщина оболочки должна составлять 2,3...2,5 мм. Кабель в готовом виде должен выдержать в течение 15 мин испытание переменным напряжением 88 кВ, а также переменное напряжение 80 кВ в течение 4 ч. Уровень частичных разрядов на строительных длинах кабеля не должен превышать 20 пКл при напряжении 52 кВ.

Силовые кабели с пластмассовой изоляцией


Марка кабеля с жилами

Характеристика оболочек и защитного покрова

Область применения

медными

алюминиевыми

СГ

АСГ

В свинцовой оболочке с пропитанной бумажной изоляцией, без наружных покровов

В трубах, туннелях, каналах

СБ

АСБ

То же, но бронированный двумя стальными лентами с наружным покровом

В земле

СБГ

АСБГ

То же, но бронированный двумя стальными лентами, без наружного покрова

Внутри помещений, в туннелях, каналах

СБн

АСБн

То же, но бронированный двумя стальными лентами, с покровом из негорючего состава

В туннелях

СП

АСП

То же, но бронированный плоскими стальными проволоками, с защитным наружным покровом

В земле, если кабель подвергается значительным растягивающим усилиям

СК

АСК

То же, но бронированный круглыми стальными оцинкованными проволоками, с защитным наружным покровом

Под водой

СБВ, СБГВ

АСБВ, АСБГВ

В свинцовой оболочке с обедненно-пропитанной изоляцией, бронированный двумя стальными лентами с наружным покровом и без него

На вертикальных и наклонных участках в земле, в туннелях, каналах и внутри помещений

ААГ

В алюминиевой оболочке с пропитанной бумажной изоляцией, без защитных покровов

В туннелях, каналах

ААБл

То же, но бронированный двумя стальными лентами, с наружным покровом

В земле

ААБлГ

То же, но бронированный двумя стальными лентами, без защитного покрова

Внутри помещений, в туннелях, каналах

 

ААБв

То же, но с дополнительным покрытием оболочки двумя слоями поливинилхлоридной ленты и бронированный двумя стальными лентами с наружным покровом

В земле в особо агрессивных условиях

 

ААШв

В алюминиевой оболочке, с наружным покровом из поливинилхлоридного шланга

Внутри помещений, в каналах, туннелях и в мягком грунте

Примечание. В марках кабелей используются следующие буквенные обозначения: А в начале — жила из алюминия; А в середине — герметическая оболочка нз алюминия; Б — броня из двух стальных лент; В первая или третья — изоляция из поливинилхлоридного пластиката; В в конце — обедненно-пропитанная изоляция из вертикальных прокладок; Г — отсутствие защитного покрова на броне; К в конце — броня из круглых стальных проволок; Н — резиновая негорючая оболочка; П первая или вторая — полиэтиленовая изоляция; П в конце — броня из плоской стальной проволоки; Р — резиновая изоляция; С — оболочки из свинца; Бл, Бн — броня из двух стальных лент с различной подушкой; Шв — наружный покров в виде шланга из поливинилхлоридного пластиката.

Кабели на напряжение 35 кВ следует испытывать на надежность. Испытания проводят в воде, содержащей 0,5% NaCl. При испытаниях образцы кабеля помещают в стальную трубу с уплотнительными фланцами, заполненную водой при давлении 2 МПа (20 атм). Образцы соединяют последовательно в кабельную линию и подвергают воздействию 200 циклов нагрева и охлаждения с приложением между жилой и экраном переменного напряжения 35 кВ.
Испытательный цикл состоит из нагрева током по жиле до длительно допустимой температуры 90 °С, выдержки при установившейся температуре в течение 4 ч. Температура нагрева в последних 20 циклах повышается до максимально допустимой температуры 130 °С. После воздействия 200 циклов образцы кабеля должны выдержать испытание постоянным напряжением 175 кВ в течение 10 мин.
Кроме перечисленных конструкций в России выпускают также силовые кабели с пластмассовой изоляцией специального назначения, например кабели с изоляцией из вулканизированного полиэтилена на напряжение 1 и 6 кВ для гермозоны атомных электростанций, предназначенные для работы при температуре окружающей среды от -50 до +60 °С, влажности окружающей среды 90% и уровне радиации 0,1 Гр/ч. Эти кабели трех- или четырехжильные (марки ПвБВнг, ПвВнг — бронированные или без брони), имеют оболочку из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести, не распространяющего горение.
Для подводной прокладки выпускают кабели на 1 и 6 кВ трех- четырехжильные, имеющие изоляцию из вулканизированного полиэтилена, броню из круглых стальных оцинкованных проволок и защитный полиэтиленовый шланг (марка ПвКШп).
Кабель на напряжение 35 кВ для подводной прокладки имеет более сложную конструкцию: круглая медная жила; полупроводящий экран толщиной 1 мм; эмиссионный слой толщиной 0,4 мм; изоляция из вулканизированного полиэтилена толщиной 7 мм; полупроводящий экран 1,2 мм; экран из наложенных продольно двух медных поперечно гофрированных лент толщиной 0,25 мм, скрепленных лавсановой лентой оболочка из поливинилхлоридного пластиката или каспалона (марки ПвВ или АПвВ).
В отечественной практике кабели с пластмассовой изоляцией обычно маркируют по следующему принципу. Первая буква А указывает на то, что жила алюминиевая, медные жилы не маркируют. Вторая буква означает материал изоляции (П — полиэтилен, В — поливинилхлорид), при этом в маркировке может быть указание на вид полиэтиленовой или поливинилхлоридной композиции. Например, индекс Пс означает применение для изоляции самозатухающего полиэтилена, Пв — вулканизированного и т.п. Следующие буквы П и В означают наличие шланга из полиэтилена (П), поливинилхлорида или каспалона (В). Алюминиевая оболочка обозначается буквой А, стальная — буквами СТ. Тип защитных покровов и брони обозначают буквами Б, БГ и т.д. Например, кабель на напряжение 6 кВ может иметь марки АВВБ, ВВБ, АПВБГ и т.д.
За рубежом кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение от 6 до 35 кВ изготовляют как в одножильном, так и в трехжильном исполнении, хотя наиболее широко применяют одножильные кабели, которые более экономичны. Трехжильный кабель такого типа показан на рис. 3.2.2. В качестве экрана обычно используют медную ленту. Иногда применяют также комбинацию обмотки медной ленты с медной проволокой, наложенной поверх медной ленты по спирали. В некоторых конструкциях экран образуют медные проволоки, наложенные, например, волнистой обмоткой, поверх которых накладывают медную ленту методом обмотки. Междужильное заполнение изготовляют из какого-либо термопластичного материала или из полиэтилентерефталатных волокон.
Трехжильный кабель с пластмассовой изоляцией на напряжение 6-35 кВ
Трехжильный кабель с пластмассовой изоляцией на напряжение 6-35 кВ:
1 — жила; 2 — центральное заполнение; 3 — электропроводящий экран по жиле, 4 — изоляция из сшитого полиэтилена; 5— электропроводящий экран по изоляции; 6— проводящая лента; 7— металлический экран; 8— междужильное заполнение; 9— оболочка, 10 — броня; 11 — наружная оболочка

 
« Силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 1 кВ   Силовые кабели с резиновой изоляцией »
электрические сети