Кабелями давления называют силовые кабели с бумажной изоляцией, пропитанной вязкими составами, заключенные в герметичную оболочку (например, в стальную трубу), в которой внешнее избыточное давление в 15 кГ/см2 создают маслом или газом. При повышении давления электрическая прочность газов повышается и ионизация газовых включений в изоляции возникает при более высоких напряжениях.
На рис. 4-15,а изображен поперечный разрез кабеля давления, представляющий собой обычный трехжильный кабель с круглыми экранированными жилами в общей для них свинцовой оболочке треугольной формы. Кабель затягивают в стальную трубу, которую затем заполняют газом.
На рис. 4-15,б изображен поперечный разрез кабеля давления, представляющего собой три одножильных кабеля овальной формы. Наружное давление создают газом или маслом. Газ давит снаружи на свинцовую или полиэтиленовую оболочку кабеля, которая играет роль мембраны, передавая давление на бумажную изоляцию.
Рис. 4-15. Кабель давления в стальной трубе.
а — трехжильный кабель в общей свинцовой оболочке; б — три кабеля овальной формы.
На рис. 4-46,а изображен трехжильный кабель на напряжение 33 кВ с отдельно освинцованными жилами, заключенными в общую свинцовую оболочку треугольной формы. Поверх свинцовой оболочки наложены защитные покровы и броня. В пространстве между свинцовыми оболочками поддерживают давление газа от 1 до 3 кГ/см2.
На рис. 4-16,б изображен трехжильный кабель с экранированными круглыми жилами в общей свинцовой оболочке треугольной формы. Поверх свинцовой оболочки наложены спираль из проволоки, вторая свинцовая оболочка, защитные покровы и броня. В промежутке между двумя свинцовыми оболочками находится газ под давлением.
На рис. 4-16,в изображен одножильный кабель, в котором газ под давлением находится в зазоре между двумя свинцовыми оболочками. Токопроводящую жилу, изоляцию и внутреннюю свинцовую оболочку выполняют овальный формы, а наружную свинцовую оболочку — круглой формы.
Рис. 4-16. Кабель давления в свинцовой оболочке, а — три отдельно освинцованные жилы; б — три жилы в общей свинцовой оболочке; в — одна жила овальной формы.
В кабелях давления применяют газ, так как он более подвижен, чем жидкость, поэтому расстояние между подпитывающими участками может быть увеличено, а устройство для поддержания давления газа проще, чем при работе с жидкостью. Большая сжимаемость газа вызывает незначительное изменение давления газа при весьма значительном изменении температуры (например, при изменении температуры на 50° С давление в трубопроводе изменяется всего на 1 кГ/см2). Незначительное повышение или понижение давления в кабеле не может отразиться на его работе, что позволяет обходиться без специальной аппаратуры для регулирования давления. Жидкость практически несжимаема, и поэтому трубопровод нуждается в специальных устройствах для поддержания требуемого давления.
Кабели давления сложнее, чем кабели газо- и маслонаполненные, и поэтому, хотя они и появились раньше, имеют меньшее практическое распространение. Опытные линии такого кабеля работают в ряде стран при напряжениях от 33 до 132 кВ при давлениях газа от 3,5 до 15,75 кГ/см2. В СССР кабели давления не изготовляют.
4-7. МАСЛОНАПОЛНЕННЫЕ КАБЕЛИ
Маслонаполненными кабелями называют силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией, пустоты в котором заполнены маслом под постоянным избыточным давлением.
Рис. 4-17. Разрез маслонаполненного кабеля среднего давления (марка МССА-ПО).
1 — канал для циркуляции масла МН-3; 2 — Z-образные проволоки токопроводящей жилы; 3 — сегментные проволоки жилы; 4 — изоляция из бумаги толщиной 0,125 мм; 6 — экран из полупроводящей бумаги; 7 — свинцовая оболочка; 5 — упрочняющие ленты; 9 — защитные покровы.
В зависимости от величины избыточного давления маслонаполненные кабели делят на: а) кабели низкого давления, работающие под давлением 0,7— 1,5 кГ/см2, б) кабели среднего давления, работающие под давлением 1,7—3,0 кГ/см2, и в) кабели высокого давления, работающие под давлением 10—14 кГ/см2.
Токопроводящие жилы маслонаполненных кабелей изготовляют из Z-образных проволок, образующих канал диаметром 12 мм в центре жилы для циркуляции масла. Для получения определенного сечения поверх одного или двух повивов из Z-образной проволоки накладывают дополнительно повивы из сегментных проволок (рис. 4-17). Для облегчения проникновения масла через свод из z-образных проволок края последних снабжают насечкой, образующей необходимый зазор.
В старых конструкциях маслонаполненных кабелей токопроводящие жилы с внутренним каналом для циркуляции масла изготовляли с опорной спиралью из медной твердотянутой или стальной прямоугольной проволоки и нескольких повивов из круглых проволок. Для предохранения масла от окисления при контакте с медью токопроводящую жилу кабеля лудят чистым оловом.
Поверх токопроводящей жилы накладывают экран из полупроводящей бумаги и изоляцию из высоковольтной кабельной бумаги толщиной 0,075 и 0,125 мм. Толщина изоляции маслонаполненных кабелей низкого и среднего давления на напряжение 110 кВ составляет 12 мм с отрицательным допуском 0,3 мм. Поверх изоляции накладывают экраны из полупроводящей бумаги и перфорированной металлизированной бумаги и оболочку из свинца (С-3) с присадкой меди от 0,05 до 0,08% толщиной не менее 3.2 мм. Единичные местные утонения оболочки до 40% номинальной толщины надежно пропаивают. Целость оболочки проверяют углекислотой при давлении газа 8 кГ/см2 в течение 2 ч.
Бумажную изоляцию кабелей пропитывают минеральным маслом типа МН-3. Для конкретной линии масло применяют одинакового происхождения и выработки одного завода.
Кабели для прокладки в траншеях, не подвергающиеся растягивающим усилиям и надежно защищенные от механических повреждений, выпускают асфальтированными, состоящими из тугоплавкого битумного компаунда, лент полихлорвинилового пластиката и анти- септированной кабельной пряжи. Общую толщину защитного покрова применяют не менее 5 мм. Такому кабелю присвоена марка МНСА. Наружный диаметр кабеля около 70 мм и вес около 13 т/км.
Кабели, прокладываемые под водой, бронируют круглыми стальными оцинкованными проволоками. Для уменьшения потерь в бронепокровах производят частичную замену стальных оцинкованных проволок медными твердотянутыми проволоками того же диаметра. Такому кабелю присвоена марка МНСК-110. Наружный диаметр этого кабеля около 80—85 мм и вес около 20 т/км. Строительная длина кабеля 500 м.
Маслонаполненные кабели среднего давления (до 3 ат) на напряжение ПО кВ при одинаковых габаритах с кабелем низкого давления изготовляют в оболочке толщиной 3,5 мм. Поверх оболочки этих кабелей накладывают две упрочняющие твердокатаные медные ленты толщиной по 0,2 мм Кабелям среднего давления присвоены марки МССА и МССК. Применяют также маркировку этих кабелей МССК-4-10 и МССК-6-17, первая цифра в которой соответствует диаметру стальной проволоки для бронирования кабеля, а вторая — толщине изоляции.
На рис. 4-18 приведен разрез маслонаполненного кабеля с круглой многопроволочной токопроводящей жилой (без внутреннего канала), а циркуляция масла в кабеле происходит в промежутке между бумажной изоляцией и свинцовой оболочкой (за счет профилированной внутренней поверхности последней). Поверх этой оболочки накладывают упрочняющие медные твердокатаные ленты, вторую свинцовую оболочку для защиты упрочняющих лент и защитные покровы.
Рис. 4-18. Маслонаполненный кабель с каналами для масла в свинцовой оболочке.
Для напряжений 35—60 кВ и кабелей малых сечений на напряжение до 145 кВ за рубежом выпускают трехжильные масломаполненные кабели в общей свинцовой оболочке (рис. 4-19). Маслопроводящими каналами в этих кабелях служат пространства между жилами, в которые укладывают спиральные трубки.
Рис. 4-19. Трехжильный маслонаполненный кабель.
Представляют интерес трехжильные маслонаполненные кабели плоского типа (рис. 4-20), в которых внутреннее давление в кабеле поддерживают пружинящими бронзовыми полосами, уложенными вдоль широкой стороны кабеля поверх свинцовой оболочки.
Маслонаполненные кабели 220 кВ изготовляют аналогичной конструкции с кабелями Ί10 кВ.
Рис. 4-20. Трехжильный плоский маслонаполненный кабель на напряжение 120 кВ.
1 — изоляция жил; 2— свинцовая оболочка; 3 — подушка; 4 — пружинящие гофрированные бронзовые полосы; 5 — бандаж из медных проволок; 6 — защитные покровы; 7 — бронепроволоки
Изоляцию таких кабелей выполняют из бумаги различной толщины и плотности. Наиболее тонкую уплотненную бумагу размещают по токопроводящей жиле. По мере удаления от токопроводящей жилы изоляцию выполняют из более толстой бумаги с меньшим удельным весом.
Кабель на 400 кВ изготовляют с внутренним каналом в жиле и между изоляцией и свинцовой оболочкой, образуемым профилированной внутренней поверхностью свинцовой оболочки (рис. 4-21). Изоляцию кабеля выполняют из уплотненных бумажных лент толщиной от 0,025 мм у токопроводящей жилы и из лент большей толщины к поверхности изоляционного слоя. Поверх изоляции накладывают экран из медных лент, свинцовую оболочку, упрочняющие ленты, вторую свинцовую оболочку и обычную броню.
Рис. 4-21. Маслонаполненный кабель высокого давления на напряжение 380 кВ.
1 — маслопроводящий канал; 2 — токопроводящая жила; 3 — изоляция; 4 — экран; 5 — свинцовая оболочка: 6 — маслопроводящие каналы в свинцовой оболочке: 7 — вторая (наружная) свинцовая оболочка; 8 — подушка из ткани с битумом; 9 — бандаж для усиления оболочки в радиальном направлении; 10 — ленты для усиления оболочки в продольном направлении; 11 — бандаж для усиления оболочки в радиальном направлении; 12 — защитные покровы.
Токопроводящие жилы маслонаполненных кабелей высокого давления выполняют круглыми многопроволочными. На жилу наносят экран из трех лент металлизированной неперфорированной бумаги, изоляцию из специальной кабельной бумаги. Для кабеля 110 кВ принимают номинальную толщину изоляции, равную 12 мм, с отрицательным допуском не более 0,3 мм, а для кабеля на напряжение 220 кВ — толщину 18 мм. Поверх изоляции накладывают экран из перфорированных металлизированной бумаги и медной ленты, а также две спирали из мягких медных полукруглых проволок для облегчения затягивания кабеля в трубу. Затем накладывают временную свинцовую оболочку толщиной не менее 2,2 мм, предохраняющую изоляцию кабеля во время транспортировки и хранения. Для пропитки изоляции применяют специальное минеральное масло повышенной вязкости (до 120 сст при 50°С). Наружный диаметр одножильного кабеля МВДТ-220 во временной свинцовой оболочке около 80 мм и вес около 18,5 т/км. Строительная длина кабеля до 500 м.
С целью повышения влагостойкости кабеля во время монтажа поверх экрана кабеля могут применять полиэтиленовые ленты, чередующиеся с алюминиевыми лентами, и медную полукруглую проволоку шириной 5 мм. Под свинцовой оболочкой размещают продольную стальную проволоку для разрезания свинцовой оболочки перед затягиванием кабеля в стальную трубу.
Поверх кабеля в длинах, больших чем 600 м (переходы через водные преграды), накладывают сплошной повив из медных твердотянутых круглых проволок.
Рис. 4-22. Маслонаполненный кабель высокого давления в стальном трубопроводе (марки МВДТ).
1 — одножильный кабель; 2 — масло С-220; 3 — стальной трубопровод; 4 — антикоррозийный покров.
Три изолированные жилы (с экраном и спиралью из проволоки) затягивают в предварительно проложенную стальную трубу и заполняют маслом с избыточным давлением. Диаметр стального трубопровода 219 мм с толщиной стенки 10 мм. В зависимости от условий прокладки трубопровод снабжают соответствующими антикоррозионными покровами. На рис. 4-22 приведен разрез маслонаполненного кабеля в стальной трубе. В отличие от линий из маслонаполненных кабелей, пропитанных жидким минеральным маслом, кабельные линии в стальных трубах с маслом под давлением не нуждаются в стопорных муфтах и распределенной по трассе подпитывающей аппаратуре. Подпитку маслом осуществляют от автоматического насосного устройства, располагаемого на одном или обоих концах линии в зависимости от ее длины.
Маслонаполненные кабели низкого, среднего и высокого давлении поставляют по техническим проектам для каждой конкретной линии (в зависимости от передаваемой мощности и профиля трассы) комплектно с концевыми, соединительными, стопорными и разветвительными муфтами, трубами, маслом и автоматическими подпитывающими устройствами.
4-8. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ КАБЕЛИ
Газонаполненными кабелями называют силовые кабели с бумажной обедненной пропитанной изоляцией, пустоты в котором заполнены газом под давлением. В зависимости от величины избыточного давления газонаполненные кабели делят на: а) кабели низкого давления, работающие под давлением 0,7—1,5 кГ/см2, б) кабели среднего давления, работающие под давлением 1,7—3,0 кГ/см2, в) кабели высокого давления, работающие под давлением 10-14 кГ/см2.
Токопроводящие жилы газонаполненных кабелей с целью снижении объема пропиточного состава в них выполняют секторными сплошными или многопроволочными уплотненными. По жиле накладывают слои из полупроводящей бумаги, пропитанной бумажной изоляции, обедненной от избытка пропиточного состава, экран из перфорированной металлизированной бумаги и медную ленту с зазором. Толщину изоляции применяют 3 мм для кабелей 10 кВ и 7 мм для кабелей 35 кВ. Изоляцию кабелей 35 кВ выполняют двухслойной — из бумаги толщиной 0,08 мм по жиле (не менее 1,5 мм радиальной толщины) и из бумаги 0,125 мм.
Три экранированные изолированные жилы скручивают в кабель вместе со стальными оцинкованными гибкими газопроницаемыми шлангами, уложенными в промежутке между жилами, скрепляют тканевой лентой с медной луженой проволокой и заключают в свинцовую оболочку с присадкой меди от 0,05 до 0,08%. Поверх свинцовой оболочки накладывают стальные или твердокатаные медные или латунные упрочняющие ленты, слой из полихлорвинилового пластиката и обычные бронепокровы в зависимости от назначения кабеля (рис. 4-23).
Трехжильному газонаполненному кабелю на напряжение 35 кВ присвоена марка ГЭСБ. Кабель сечением 3X95 мм2 имеет наружный диаметр около 80 мм и вес около 16 т/км.
С целью получения кабельных линий на вертикальных и наклонных трассах без соединительных муфт или при минимальном их количестве изготовляют газонаполненные кабели одножильными. На рис. 4-24 приведен разрез одной из конструкций кабеля на напряжение 35 кВ с изолированной нейтралью. Газопроводный канал и кабеле размещен в центре токопроводящей жилы. Толщина изоляции 8 мм. Расчетный наружный диаметр кабеля 58,9 мм для сечения 135 мм2, вес кабеля 10,2 т/км. Кабелю присвоена марка ГСП.
Газонаполненные кабели высокого давления нуждаются в сложных упрочняющих покровах поверх свинцовой оболочки, поэтому их применяют редко. Наиболее распространенной конструкцией газонаполненных кабелей высокого давления является размещение трех изолированных одножильных кабелей в стальной цельнотянутой трубе (рис. 4-25).
Рис. 4-23. Трехжильный газонаполненный кабель на напряжение 35 кВ (марка ГЭСБ).
1 — медные секторные уплотненные жилы; 2 — экран из полупроводящей бумаги; 3 — обедненно-пропитанная изоляция из бумажных лент толщиной 0,08 и 0,12 мм; 4 — экран из перфорированной металлизированной бумаги; 5 — тканевая лента с медной луженой проволокой; 6 — стальные оцинкованные газопроницаемые шланги; 7 — свинцовая оболочка; 8 — полихлорвиниловый пластикат; 9 — медные твердокатаные упрочняющие ленты; 10 — битумный состав; 11 — броня из стальных лент; 12 — кабельная бумага, пропитанная противогнилостным составом; 13 — наружный покров из кабельной пряжи.
Рис. 4-24. Одножильный газонаполненный кабель на напряжение 35 кВ (марки ГСП).
1 — канал (газопровод); 2 — медная жила из Z-образных проволок; 3 — экран из полупроводящей бумаги; 4 — обедненная пропитанная бумажная изоляция (из лент 0,08 м; 0,12 мм); 5 — свинцовая оболочка; 6 — полихлорвиниловый пластикат; 7 — медные твердокатаные ленты; 8 — битумный состав; 9 — кабельная бумага, пропитанная противогнилостным составом, 10 — прямоугольные стальные и медные проволоки; 11 — кабельная пряжа, пропитанная противогнилостным составом.
Рис. 4-25. Газонаполненный кабель высокого давления в стальной трубе.
Свинцовую оболочку на такие кабели накладывают временной, только для предохранения изоляции от увлажнения во время хранения и транспортировки и удаляют с кабеля непосредственно при затягивании его в трубу. Пустоты в кабеле, в том числе и образующиеся во время обеднения изоляции от избытка пропиточного состава, заполняют нейтральным газом азотом чистотой не менее 99,5%. Электрическую прочность и надежность газонаполненных кабелей в эксплуатации повышают за счет применения газов, имеющих более высокую электрическую прочность: фреона (CCl2F2) и элегаза (гексафторит серы SF6).
Перспективным является применение для газонаполненных кабелей алюминиевой оболочки, которая имеет большую механическую прочность и не нуждается в усилении.
