Кабели с экранированными или металлизированными жилами более известны под названием „Н-кабелей", названы они так по первой букве фамилии их изобретателя — М. Hоehstadter’a. Конструкция этих кабелей следующая (фиг. 60): медная проводящая жила А поверх изоляции из кабельной бумаги В покрывается одним слоем металлизированной бумаги С, представляющей собой обычную кабельную бумагу с нанесенным на нее тонким слоем металла, обычно алюминия; бумага эта перфорируется, т. е. снабжается многочисленными отверстиями, для возможности проникновения пропиточной массы. Три таких металлизированных жилы скручиваются вместе с джутовой прокладкой D и поверх скрутки обматываются протканным медной тонкой проволокой полотном Е, которое служит для механического скрепления скрученных жил и для создания контакта между металлизированной поверхностью жил и свинцовой оболочкой F. Поверх свинцовой оболочки кабель обычно снабжается нормальными защитными оболочками: джутовой подушкой О, ленточной броней Н и джутовым покровом J. В Америке эта конструкция немного видоизменяется тем, что кабели выполняются с полусекторными жилами и вместо обмотки металлизированной бумагой жила обматывается тонкой медной перфорированной лентой. Внешний вид американского Н-кабеля фирмы GEC изображен на фиг. 61.
Здесь А — медная полусекторной формы жила; В — слой бумажной пропитанной изоляции; С— медная перфорированная лента, толщиной около 0,1 мм., повивающая изолированную жилу с прослойкой из кабельной бумаги D; назначение этой прослойки заключается в том, чтобы не допустить при изгибах кабеля скольжения и сползания с места медной ленты. Секторные жилы скручены с бумажной прокладкой Е, поверх скрутки наложена металлическая тонкая скрепляющая лента F, также с прокладкой из кабельной бумаги G.
Фиг. 60. Сечение Н-кабеля (кабеля с экранированными жилами).
Весь кабель заключен в свинцовую оболочку Н.
Н-кабель был запатентован в Германии в 1913 г (DRP№ 288446 от 17/VII 1913 г.) и с тех пор приобрел громадную популярность, в особенности после мировой войны. Причиной этой популярности явилось то, что он был первым кабелем, решившим проблему высоковольтного кабеля для передачи напряжением от 30 до 60 кВ.
Обычно этот кабель и применяется для этой области напряжений, но иногда, в особо ответственных случаях, его применяют даже для напряжений в 10 кВ в целях увеличения надежности эксплуатации в таких ответственных установках, как, например, прокладка внутри центральных станций. Однако для столь низких напряжений Н-кабели становятся уже экономически невыгодными. У нас этот тип кабеля нигде не применялся, он заменялся у нас кабелем с отдельно освинцованными жилами, ниже описываемым.
Фиг. 61. Американский секторный Н-кабель, фирмы GEC.
Основным преимуществом, которое в свое время особо ценилось в Н-кабелях, является форма его электрического поля, исключающая возможность возникновения тангенциальных напряжений. Форма поля этого кабеля изображена на фиг. 62. Дальнейшие преимущества этого типа кабелей перед кабелями с поясной изоляцией заключаются в том, что образование в нем пустот из-за растяжения свинцовой оболочки не имеет вредного влияния, так как пустоты получаются электрически экранированными и, следовательно, исключенными из воздействия электрического поля. Точно так же при расхождении по какой-либо причине жил кабеля образующиеся между ними пустоты также оказываются безвредными. Прокладка между скрученными жилами также экранирована, отсюда исключение всех источников слабости кабеля, связанных с этой прокладкой.
Фиг. 62. Электрическое поле трехжильного экранированного кабеля.
Конструкция Н-кабеля, однако, не решает вопроса о вредном влиянии термического сокращения и расширения пропиточной массы, что по существу и является препятствием для применения этого кабеля для напряжений выше 60 кВ. Однако для вновь изготовленных кабелей обычно получаются очень хорошие кривые ионизации, которые много меньше изменяются в худшую сторону при обработке кабеля изгибами или повторными циклами нагрева и охлаждения, чем у кабелей с поясной изоляцией.
Дальнейшим достоинством Н-кабеля является его увеличенная допустимая нагрузка током, которая от 5 до 20 % превышает допустимую нагрузку кабеля с поясной изоляцией, причем, чем выше рабочее напряжение, тем больше увеличение нагрузки. Это увеличение объясняется лучшими условиями охлаждения кабеля благодаря металлизированной ленте на жиле и благодаря приближению проводящей жилы к свинцовой оболочке.
Фиг. 63. Процентное возрастание нагрузки Н-кабелей в зависимости от рабочего напряжения и рода прокладки по D. SImraons’y.
На фиг. 63 изображена заимствованная у D. Simmons’a [91]
диаграмма повышения нагрузок для этого типа кабелей в зависимости от разных родов прокладки и рабочего напряжения кабеля.
Поясная изоляция всегда обладает большим количеством морщин складок и т. п., что делает ее менее полноценной изоляцией, чем изоляция на жилах, поэтому исключение поясной изоляции является достоинством Н-кабелей.
В Н-кабелях облегчается монтаж муфт, кроме того, эти муфты являются более надежными, чем муфты у кабелей с поясной изоляцией. Упрощаются также защитные устройства линии ввиду того факта, что все пробои получаются на землю, а не между жилами.
Благодаря лучшей конфигурации электрического поля в этих кабелях у них можно увеличить по сравнению с кабелями с поясной изоляцией максимальный градиент напряжения, т. е. уменьшить толщину изоляции, а вместе с тем и диаметр кабеля.
Некоторым не очень существенным недостатком Н-кабеля является его более высокая электрическая емкость по сравнению с кабелем с поясной изоляцией.
Первоначально предполагалось, что металлизированная поверхность жил явится источником потерь, однако это не оправдалось на практике в сколько-нибудь заметной степени, так что этими потерями можно вполне пренебречь. Принцип металлизации жил распространяется также часто и на одножильные кабели с целью исключения вредного влияния зазора, могущего получиться между изоляцией и свинцовой оболочкой.
До самого последнего времени Н-кабели не являлись предметом стандартизации, так как, вообще говоря, вводить в стандарт изделия, являющиеся предметом патента, нельзя. И лишь в нормах Союза германских электротехников 1934 г. этот кабель введен в стандарт. Прежняя практика для этих кабелей принимала толщину изоляции, равную 1,5-кратной радиальной толщине изоляции на жилах кабеля с поясной изоляцией, нормы же Союза германских электротехников 1934 г. дают толщину изоляции для этих кабелей, равную только радиальной толщине кабелей с поясной изоляцией, что делает диаметр Н-кабелей значительно более низким по сравнению с кабелями с поясной изоляцией. Само собой понятно, что принцип равенства толщин изоляции между жилами и жилой и свинцовой оболочкой в этих кабелях не может быть соблюден. Для того чтобы сохранить этот принцип и в кабелях с экранированными жилами, был предложен ряд конструкций. Принцип этих конструкций заключался в металлизации прокладки между жилами обычного кабеля с поясной изоляцией или в заполнении этого пространства проводящим материалом. Успеха все эти конструкции не имели.
