Силовые кабели среднего напряжения

Кабели 6, 10, 20 и 35 кВ применяются в распределительных сетях с изолированной нейтралью. Основным напряжением распределительных сетей энергосистем России и стран СНГ является напряжение 10 кВ. В качестве электрической изоляции кабелей среднего напряжения применяется бумажная пропитанная и пластмассовая изоляция. Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 6 и 10 кВ изготовляются трёхжильными. В качестве фазной и поясной изоляции применяется бумага, пропитанная маслоканифольным составом. Такие кабели выпускаются с медными и алюминиевыми жилами секторной формы. Для защиты гигроскопичной изоляции в конструкции кабеля предусмотрена металлическая оболочка из свинца или алюминия. Поверх металлических оболочек накладываются защитные покровы для механической и коррозионной защиты. Конструкция трёхжильного кабеля с поясной изоляцией показана на рисунке 9.3.

Рис. 9.3 Трёхжильный кабель с поясной изоляцией и секторными уплотнёнными жилами

1 – токопроводящая жила, 2 – фазная изоляция, 3 – поясная изоляция, 4 – заполнение, 5 – свинцовая оболочка, 6 – подушка под бронёй, 7 – броня из двух стальных лент.

Производство силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией в России было начато в начале XX в. Поэтому в крупных энергосистемах находится значительная доля кабелей подземной прокладки, практически выработавших ресурс. Соответственно, удельная повреждаемость таких кабелей (число отказов на 100 км в год) имеет повышенные значения. Наибольшие показатели по удельной повреждаемости приходятся на кабели в алюминиевых оболочках из-за их коррозионного разрушения (доля кабелей в алюминиевых оболочках составляет около 50 %). Показатель удельной повреждаемости имеет тенденцию к повышению с 1972 г. Он растёт и в настоящее время. Это свидетельствует о деградации распределительной системы на напряжение 10 кВ. Поэтому в последние годы принято генеральное направление на применение для распределительных сетей среднего напряжения современных кабелей с изоляцией из сшитого ПЭ, допускающего повышенные температуры эксплуатации (таблица 9.1).

Таблица 9.1 термические параметры силовых кабелей среднего напряжения с пропитанной бумажной изоляцией и изоляцией из сшитого ПЭ

За счёт повышения рабочих температур изоляции из сшитого ПЭ длительно допустимые токи нагрузки кабелей увеличиваются на 17 % при прокладке в земле и на 20 % при прокладке в воздухе по сравнению с кабелями с пропитанной бумажной изоляцией. Повышение теплостойкости сшитого ПЭ достигается за счёт поперечной сшивки линейных молекул ПЭ через атомы углерода или цепочки кремний—кислород. Кабели среднего напряжения с изоляцией из сшитого ПЭ получили широкое распространение с 80-х годов XX в. в промышленно развитых странах (США, Япония, Франция, Германия и др.), где они полностью вытеснили кабели с пропитанной бумажной изоляцией в свинцовых оболочках. Однако следует учитывать, что к технологии изготовления и конструкции таких кабелей предъявляются высокие требования. Это необходимо, чтобы исключить возникновение и развитие в полиэтиленовой изоляции так называемых «водных триингов» — древовидных образований или образований других форм, способных привести при эксплуатации к пробою кабеля. Изоляция из сшитого ПЭ не должна содержать воздушных, газовых и других инородных включений (допускаются включения только на микронном уровне). Способ изготовления и конструкция кабеля должны обеспечивать отсутствие влаги в изоляции для предотвращения роста водных триингов. Макро- и микроструктура экструдированной ПЭ-изоляции не должна содержать слабых в электрическом отношении участков, в изоляции не должны возникать значительные механические напряжения. Уровень технологической культуры и контроль качества при изготовлении кабелей должны удовлетворять строгим нормам и обеспечиваться соответствующими техническими средствами: системой контроля и регулирования геометрии кабеля, системой контроля чистоты ПЭ и т.п. На рисунке 9.4 показана типовая конструкция одножильного кабеля с ПЭ-изоляцией на напряжение 10 кВ. Конструкция препятствует росту водных триингов в радиальном и осевом направлении при работе в увлажнённых грунтах.

Рис.9.4. Типовая конструкция кабеля с ПЭ - изоляцией на напряжение10 кВ:

1 – алюминиевая токопроводящая жила; 2 – электропроводящие экструдированные экраны; 3 – изоляция из сшитого полиэтилена; 4 – электропроводящие влагонабухающие ленты; 5 – экран из медных проволок; 6 – разделительная обмотка лентой; 7 – оболочка из полиэтилена