Лекция № 9 Кабели и провода для электроэнергетики

Дисциплина: Электрическое оборудование электроэнергетических систем и сетей зарубежных стран

Лекция № 9 Кабели и провода для электроэнергетики

Оглавление

9.1 Силовые кабели низкого напряжения (до 1 кВ) 1

9.2. Силовые кабели среднего напряжения. 3

9.3. Силовые кабели высокого напряжения. 5

9.4 Силовые кабели на высокое постоянное напряжение. 9

9.5. Арматура силовых кабелей. 10

9.6. Провода для воздушных линий электропередачи. 13

9.7. Волоконно-оптические кабели для подвески на воздушных ЛЭП.. 16

9.8. Сверхпроводящие кабели для линий электропередачи — кабели будущего 18

 

Силовые кабели низкого напряжения (до 1 кВ)

В электроэнергетических системах применяются почти все известные виды кабельной продукции, однако базовыми, которые и будут рассмотрены ниже, являются силовые кабели и частично провода для воздушных линий электропередачи (ЛЭП). Будут также рассмотрены самонесущие изолированные провода и волоконно-оптические кабели, которые начинают применяться в электроэнергетике. Силовые кабели предназначаются для передачи и распределения электрической энергии и являются одним из важнейших видов кабельных изделий. Классификацию силовых кабелей принято проводить по значению напряжения электрических сетей, в которых они используются. Изучение этой темы начнём с трехфазных кабельных систем с заземлённой нейтралью напряжением 220/380 В, которые изготовляются в основном в четырёхжильном исполнении (три фазных проводника и один нулевой для соединения с заземлённой нейтралью см. рисунок 9.1), хотя выпускаются и трёхжильные кабели. В качестве электрической изоляции жил и защитных оболочек кабелей применяются пластмассы преимущественно на основе поливинилхлоридных (ПВХ) пластикатов. Форма токопроводящих жил чаще всего секторная, так как она позволяет получить компактную и соответственно экономичную конструкцию кабеля. Однако силовые кабели такого типа выпускаются и с круглыми жилами. Материал жил — медь, алюминий.

Рис. 9.1. Типовая конструкция силового кабеля на напряжение до 1 кВ

По условиям эксплуатации кабели разделяются на две группы:

а) для подземной прокладки;

б) для прокладки в кабельных сооружениях (каналах, туннелях, эстакадах), производственных помещениях, в том числе на ТЭЦ, АЭС и других объектах (прокладка в воздухе).

Кабели для подземной прокладки в городских условиях применяются для подвода питания к жилым и производственным зданиям от квартальных подстанций 10/0,4 кВ, для уличного освещения. Из-за высокой насыщенности грунтов растворами хлоридов в ряде регионов России в последние годы ориентируются на применение кабелей с медными токопроводящими жилами, так как алюминиевые жилы кабелей (особенно для уличного освещения) разрушаются за счёт диффузии хлоридов через ПВХ-оболочку и изоляцию, а для подвода питания к жилым домам преимущественно используются кабели с пропитанной бумажной изоляцией в свинцовой коррозионно-стойкой оболочке. Перспективными являются конструкции кабелей низкого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена (ПЭ) с повышенной нагрузочной способностью по сравнению с ПВХ-изоляцией (примерно на 17 %), в том числе коррозионно защищённые кабели для подземной прокладки в агрессивных грунтах. Коррозионная защита кабелей обеспечивается применением полиэтиленовой изоляции и оболочки, имеющих пониженные коэффициенты диффузии водных растворов, в 8—10 раз меньшие по сравнению с ПВХ-изоляцией. Условия эксплуатации кабелей, прокладываемых в кабельных сооружениях, накладывают требования по пожаробезопасности к конструкциям кабелей и применяемым материалам. По условиям пожаробезопасности кабели классифицируются по пяти группам в соответствии со схемой, показанной на рисунке 9.2.

Рис. 9.2 Классификация пожаро-безопасных кабелей

Арматура силовых кабелей

В настоящее время в энергосистемах применяются различные виды кабельной арматуры. Из них наиболее известны концевые и соединительные муфты, разновидностями которых для концевых муфт являются муфты кабельных вводов, а для соединительных муфт — переходные и стопорные муфты. Основные конструкции муфт приведены в таблице 9.2. Многообразие конструктивных форм арматуры и особенностей ее монтажа определяются типами кабелей, для которых она используется и условиями эксплуатации. Конструкция соединительной муфты для кабелей на напряжение 110 кВ с изоляцией из сшитого ПЭ приведена на рисунке 9.8, а конструкция концевой муфты для кабеля на напряжение 500 кВ с пропитанной бумажной изоляцией - на рисунке 9.9.

Таблица 9. 2 Основные типы кабельной арматуры

Основные типы кабельной арматуры
Таблица 9.2 Вид кабельной арматуры	Область применения	Основные эксплуата­ционные характеристики	Конструктив­ные элементы	Техноло­гические особенности монтажа	Примечание
Концевые муфты (КМ)	Для соединения кабеля с элементами ЛЭП	Рабочие напряжения 1,6, 10,110,220, 500 кВ; климати­ческое исполнение У и ХЛ (от -60о до + 40°С)	Фарфоровый изолятор, заполненный изоляци­онной жидкостью, усиливающая изоляция, токовый вывод	Намотка из рулонов или лент, прессованные соединения жилы и наконечника, вакуумирование	В России могут быть изготовлены для всех видов кабелей
Кабельные вводы в элегазовые распредели­тельные устройства (РУ)и трансформаторы	Для закрытого соединения кабеля с шиной элегазового РУ или обмоткой трансфор­матора	В элегазовое РУ на рабочее напряжение кабелей 110 и 220 кВ, климати­ческое исполнение У, но при темпе­ратуре не ниже -25°С, в трансфор­маторы на рабочее напряжение 110,220 и 500 кВ	Металли­ческий кожух, эпоксидный или фарфоровый изолятор, заполненный изоляци­онной жидкостью, усиливающая изоляция, токовый вывод или токовая перемычка	Намотка из рулонов и/или лент, прессованные соединения жилы и наконеч­ника, вакуумирование и вулкани­зация изоляции для вводов кабелей с пластмассовой изоляцией	В настоящее время для кабелей с пласт­массовой изоляцией в России могут быть изготов­лены вводы только на напряжение 110 кВ
Соедини­тельные муфты (СМ)	Для соединения отдельных строительных длин кабелей	Рабочие напряжения 1,6, 10, 110, 220, 500 кВ, установка в земле или подземных сооружениях при температуре окружающей среды -10°С	Металли­ческий кожух или термоуса­живаемая трубка, усиливающая изоляция, соединительная гильза	Прессованные, сварные или паяные соединения жил, намотка из рулонов или лент, вакууми­рование и вулкани­зация изоляции для СМ кабелей с пластмассовой изоляцией	В настоящее время для кабелей с пласт­массовой изоляцией СМ в России могут быть изготов­лены только на напряжение 110 кВ
Стопорные и переходные муфты	Для соединения двух кабелей, в том числе с разной изоляцией и с разделением жидких изоляци­онных сред, заполняющих кабели	Рабочее напряжение 110 кВ, климатическое исполнение УХЛ 3 при температуре окружающей среды -10°С	Металли­ческий кожух, эпоксидный изолятор, усиливающая изоляция, токовые выводы, электроды, регулиру­ющие напряжённость электрического поля	Намотка из рулонов и/или лент, прессованные соединения наконечников, вулкани­зация изоляции для кабелей с пласт­массовой изоляцией, вакууми­рование	Переходные муфты широко используются при реконст­рукции кабельных линий 110 кВ в г. Москве

 

 

Рис. 9.8 Конструкция соединительной муфты для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 110 кВ:

1 – оболочка кабеля; 2 - герметик; 3- восстанавливаемый экран; 4 – металлическая восстанавливаемая сетка; 5 – электроизоляционная лента; 6 – термоусаживаемая трубка; 7 – экран кабеля; 8 – экран соединительной муфты; 9 – изоляция соединительной муфты

Рис. 10.9 Конструкция концевой муфты для маслонаполненного кабеля на напряжение 500 кВ:

1 – экран; 2 – изолятор из высокопрочного фарфора; 3 – промежуточные экраны; 4 – опорная плита

Необходимость вывода жилы из кабеля для присоединения к токовому наконечнику в концевой муфте или для соединения жил в соединительной муфте приводит к неоднородности электрического поля в изоляции муфты и появлению продольной составляющей напряжённости электрического поля. Поэтому в дополнительной (усиливающей) изоляции применяются различные способы принудительного регулирования электрического поля, обеспечивающие необходимый уровень напряжённости электрического поля в изоляции:

1. с помощью наружных и внутренних экранов и электродов;
2. с помощью конденсаторных обкладок или конденсаторных элементов.

Потребители по экономическим или другим соображениям не всегда имеют возможность быстрой и полной замены всей длины существующих кабельных линий на основе маслонаполненного кабеля на современные кабели с изоляцией из сшитого ПЭ. Поэтому энергосистемы зачастую вынуждены менять маслонаполненный кабель по участкам (по строительным длинам). В этой связи возникает задача соединения кабелей с разнородной электрической изоляцией, которая решается путём использования соединительных переходных муфт.

Дисциплина: Электрическое оборудование электроэнергетических систем и сетей зарубежных стран

Лекция № 9 Кабели и провода для электроэнергетики

Оглавление

9.1 Силовые кабели низкого напряжения (до 1 кВ) 1

9.2. Силовые кабели среднего напряжения. 3

9.3. Силовые кабели высокого напряжения. 5

9.4 Силовые кабели на высокое постоянное напряжение. 9

9.5. Арматура силовых кабелей. 10

9.6. Провода для воздушных линий электропередачи. 13

9.7. Волоконно-оптические кабели для подвески на воздушных ЛЭП.. 16

9.8. Сверхпроводящие кабели для линий электропередачи — кабели будущего 18

 

Силовые кабели низкого напряжения (до 1 кВ)

В электроэнергетических системах применяются почти все известные виды кабельной продукции, однако базовыми, которые и будут рассмотрены ниже, являются силовые кабели и частично провода для воздушных линий электропередачи (ЛЭП). Будут также рассмотрены самонесущие изолированные провода и волоконно-оптические кабели, которые начинают применяться в электроэнергетике. Силовые кабели предназначаются для передачи и распределения электрической энергии и являются одним из важнейших видов кабельных изделий. Классификацию силовых кабелей принято проводить по значению напряжения электрических сетей, в которых они используются. Изучение этой темы начнём с трехфазных кабельных систем с заземлённой нейтралью напряжением 220/380 В, которые изготовляются в основном в четырёхжильном исполнении (три фазных проводника и один нулевой для соединения с заземлённой нейтралью см. рисунок 9.1), хотя выпускаются и трёхжильные кабели. В качестве электрической изоляции жил и защитных оболочек кабелей применяются пластмассы преимущественно на основе поливинилхлоридных (ПВХ) пластикатов. Форма токопроводящих жил чаще всего секторная, так как она позволяет получить компактную и соответственно экономичную конструкцию кабеля. Однако силовые кабели такого типа выпускаются и с круглыми жилами. Материал жил — медь, алюминий.

Рис. 9.1. Типовая конструкция силового кабеля на напряжение до 1 кВ

По условиям эксплуатации кабели разделяются на две группы:

а) для подземной прокладки;

б) для прокладки в кабельных сооружениях (каналах, туннелях, эстакадах), производственных помещениях, в том числе на ТЭЦ, АЭС и других объектах (прокладка в воздухе).

Кабели для подземной прокладки в городских условиях применяются для подвода питания к жилым и производственным зданиям от квартальных подстанций 10/0,4 кВ, для уличного освещения. Из-за высокой насыщенности грунтов растворами хлоридов в ряде регионов России в последние годы ориентируются на применение кабелей с медными токопроводящими жилами, так как алюминиевые жилы кабелей (особенно для уличного освещения) разрушаются за счёт диффузии хлоридов через ПВХ-оболочку и изоляцию, а для подвода питания к жилым домам преимущественно используются кабели с пропитанной бумажной изоляцией в свинцовой коррозионно-стойкой оболочке. Перспективными являются конструкции кабелей низкого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена (ПЭ) с повышенной нагрузочной способностью по сравнению с ПВХ-изоляцией (примерно на 17 %), в том числе коррозионно защищённые кабели для подземной прокладки в агрессивных грунтах. Коррозионная защита кабелей обеспечивается применением полиэтиленовой изоляции и оболочки, имеющих пониженные коэффициенты диффузии водных растворов, в 8—10 раз меньшие по сравнению с ПВХ-изоляцией. Условия эксплуатации кабелей, прокладываемых в кабельных сооружениях, накладывают требования по пожаробезопасности к конструкциям кабелей и применяемым материалам. По условиям пожаробезопасности кабели классифицируются по пяти группам в соответствии со схемой, показанной на рисунке 9.2.

Рис. 9.2 Классификация пожаро-безопасных кабелей