Силовые кабели - Газом наполненный кабель

Идея газом наполненного кабеля впервые была выдвинута в Англии С. J. Beaver’oм и Е. L. Davey на кабельном заводе Glover Со [141]; изобретатели исходили из тех соображений, что газовые пространства в кабеле неизбежны, но что их можно сделать безвредными путем высокого давления, когда напряжение ионизации значительно повышается. Кабель, изготовленный на заводе Glover’a в Англии, на котором работает С. J. Beaver, был сделан с изоляцией из бумаги, пропитанной до наложения на кабель, причем пропитка состояла из очень вязкой массы. Бумажные ленты накладывались на проводящие жилы так, чтобы между оборотами бумаги получились пустые пространства, в которые давался под давлением в 12—15 at нейтральный газ, распространявшийся по жиле кабеля между проволоками. Результаты испытания построенных по этому принципу кабелей оказались чрезвычайно хорошими. Например, полная строительная длина 66-кВ кабеля, имевшего сечение 129 мм2 с радиальной толщиной изоляции 3,8 мм, что составляло менее 1/4 обычной толщины изоляции для кабелей этого напряжения при давлении азота внутри кабеля в 13,5 at, подвергалась испытанию напряжением при градиентах в 120, 140 и 160 кВ/cm, причем для нормального 66-кВ кабеля рабочий градиент имеет порядок 45—50 кВ/cm. Опытный кабель в вполне смонтированном виде, будучи проложенным в земле, подвергался сначала в течение 1 000 час. испытанию напряжением при градиенте 120 кВ/cm, после чего следовал переход на градиент 140 кВ/cm в течение следующих 1000 час. Во время этих периодов испытания пять раз в неделю кабель подвергался циклам нагрева до достижения жилой температуры в 65° С, всего таких циклов было 64. Периодические испытания на ионизацию показали полное ее отсутствие. При 160 кВ/cm пробой получился через 3,5 часа. Коммерческих установок такого кабеля пока не имеется, но опыты с разработкой конструкции для напряжений до 132 кВ ведутся.

Фиг. 87. Зависимость пробойного градиента тонкой манильской бумаги от состава газа, в который она помещена, по P. V. Hunter’y.

Фиг. 86. Зависимость пробойного градиента от давления для тонкой манильской бумаги, помещенной в различные газы, по P. V. Hunter’y.
Опытные образцы газом наполненных кабелей изготовлялись также и у нас заводом „Севкабель". Эти опыты были вызваны желанием создать кабель для длинных вертикальных прокладок, причем напряжение кабеля должно было быть от 11 до 120 кВ. Кабели эти в отличие от кабеля С. J. Beaver’a были изолированы непропитанной бумагой. Лучшим газом, который подводился для создания давления внутрь кабеля, считали водород, однако он оказался нежелательным из-за своей горючести. Углекислота оказалась нежелательной, так как ее диэлектрическая абсорбция сильно зависит от температуры. Лучше других газов был признан азот. Завод пришел к выводу, что для кабелей на рабочее напряжение в 11 кВ пределы давления газа лежат в границах от 3 до 8 at, если принять во внимание геометрические размеры кабеля и рабочие градиенты напряжения. Для 35-кВ кабеля пределы давления лежат в границах между 12—15 at. Во всех случаях расчет делался на одножильные кабели. Для 120-кВ кабеля при толщине изоляции (неградированной) в 17—18 мм давление должно быть около 20—25 at. Газом наполненные кабели без пропитанной изоляции обладают очень высоким тепловым сопротивлением, поэтому они слишком неэкономичны.
Однако при давлениях около 15 at тепловое сопротивление этих кабелей не будет превышать теплового сопротивления кабеля с обычной пропитанной изоляцией.
P. V. Hunter [142] сообщает о подобных же опытах в Англии, причем опытные образцы кабеля наполнялись гелием, водородом и воздухом. На фиг. 86 представлена по его данным зависимость пробойного градиента кабеля от давления при разных газах; как видно из этой фигуры, наивысшей диэлектрической прочностью обладали кабели с воздушным наполнением,  наинизшим — с наполнением гелием. На фиг. 87 изображена зависимость между пробойным напряжением и процентным содержанием гелия в воздухе. Значительное влияние на пробойную прочность оказывает, как видно из фиг. 88, толщина бумаги. Кривые этой фигуры сняты для случая наполнения кабеля азотом.

Фиг. 88. Зависимость пробойного градиента от толщины бумаги при различных давлениях, по P. V. Hunter’y.
Третьим типом газом наполненного кабеля может служить кабель, разработанный на английском кабельном заводе W. Т. Henley и носящий название кабеля с газовой подушкой. Этот кабель имеет диэлектрик, идентичный с диэлектриком нормального высоковольтного кабеля, пропитанного вязкой массой, но между изолированной жилой и свинцовой оболочкой у него имеется экранированное пространство в форме подушки, содержащее газ под давлением.
Эта подушка служит для двух целей: для приложения давления к диэлектрику в целях предупреждения ионизации и для возможности расширения и сокращения пропиточной массы во время переменной нагрузки. Этот тип кабеля еще не вышел из области лабораторной проработки. Наибольшее внимание к газом наполненному кабелю проявляется теперь в Англии, где существует мнение, что этот кабель имеет очень большое будущее, так как в нем отсутствуют дорогостоящие принадлежности маслом наполненного кабеля, которые заменяются дешевыми и несложными устройствами. Исключением являются только выводные устройства, которые сложны и в этом типе кабеля.