Visokonaponski energetski kabeli s papirnom izolacijom obloženom olovom i kabelskim uvodnicama

Energetski kabeli namijenjeni su za prijenos i distribuciju električne energije u prostoru te za napajanje strujnim odvodnicima.

Iako su kabeli skuplji za postavljanje od nadzemnih vodova, oni se sve više koriste kao preferirano rješenje. Danas se visokonaponski kabeli uglavnom koriste na naponskim razinama od 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV i 400 V.

Dok se danas proizvode gotovo samo kabeli s plastičnom izolacijom i XLPE omotač, klasični visokonaponski kabel je tzv. papirnati kabel.

XLPE kabeli počeli su se naširoko postavljati prije 1980-ih, iako je u nekim zemljama taj proces započeo kasnije. Jedna posebno značajna značajka ove razine napona je velika raznolikost alternativnih vrsta polimernih kabela.

Kabeli za napajanje izolirani papirom (lijevo) u odnosu na XLPE kabel

Energetski kabeli s impregniranom papirnom izolacijom

Papirom izolirani provodni kabeli imaju gotovo istu osnovnu strukturu za naponske razine od 400 V do 35 kV.Koriste se za prijenos električne energije od uvođenja prvih elektroenergetskih sustava u kasnom 19. stoljeću.

Oklopni kabel za napajanje iz 20. stoljeća obložen olovom

Za pogonske napone do uključivo 35 kV takvi se kabeli izrađuju s izolacijom od kabelskog papira natopljenog uljnom smolom u olovnom plaštu i oklopu, ovisno o uvjetima polaganja.

Kabeli i žice položeni na brodove koji se koriste u rudarskoj i proizvodnoj industriji te u poljoprivredi uglavnom su izrađeni s gumenom ili plastičnom izolacijom u savitljivom crijevu od gume ili PVC-a.

Kabeli za napajanje razlikuju se po broju jezgri: jednožilni, dvožilni, trožilni i četverožilni. Vodiči mogu biti jednožilni ili višežilni, a po obliku - okrugli, sektorski, segmentirani i ovalni.

Kao što je gore spomenuto, trožilni kabel s naponom do 6 kV pojavio se krajem XIX stoljeća. Isprva je to bio kabel s okruglim bakrenim žicama, debelim slojem papirnato impregnirane izolacije na žicama, te iste debljine sa zajedničkim (pojasnim) slojem izolacije na izoliranim žicama međusobno upredenim, odnosno ispod provodnika. korice.

Primjer olovnog kabela u reklami Kabelwerke Brugg iz 1927.

Polaganje kabela od 30 kV u Njemačkoj 1928.

Razvoj energetskog kabela ide u smjeru povećanja radnog napona kabela i pouzdanosti njegova rada, ali ne daljnjim povećanjem debljine izolacijskog sloja, već poboljšanjem kvalitete i poboljšanjem uporabe izolacijskog kabela. materijala u kabelu.

Poboljšanje ekonomskih pokazatelja kabela, tj.prije svega smanjenje njegove cijene uvjetovano je uštedom osnovnih materijala zbog njihove bolje uporabe i poboljšanja tehnološkog procesa (smanjenje proizvodnog ciklusa, smanjenje otpada i otpada u proizvodnji).

U 1920-ima okrugli vodiči u višežilnim energetskim kabelima zamijenjeni su segmentnim i sektorskim vodičima, budući da je razina proizvodnje kabela toliko porasla do tog vremena da je postalo moguće proizvoditi pouzdane energetske kabele s ne-okruglim vodičima do uključivo 10 kV .

Glavni tip kabela za napajanje od impregniranog papira je sektorski kabel.

Ovaj kabel ima izolacijski sloj na svakoj žili (fazna izolacija) i zajednički izolacijski sloj preko tri međusobno upletene izolirane žile (pojasna izolacija). Takav se kabel naziva kabel s remenskom izolacijom ili, prema vrsti električnog polja u to je kabel s neradijalnim poljem, a prema vrsti impregnacije - kabel s viskoznom impregnacijom.

Za označavanje kabela ove vrste koriste se simboli (marke) ovisno o vrsti oklopa i vanjskog poklopca, na primjer:

• SG — kabel bez oklopa i kapa preko kabla,
• CA — na olovni omotač se nanosi sloj asfalta,
• SB - iznad olova je oklop od dvije čelične trake i pokrova od kabelske pređe impregnirane bitumenom (juta),
• SBG — isti kao prethodni dizajn, ali bez presvlake od jute preko branika,
• OP i SK — kabel s oklopom od ravnih ili okruglih žica.

Prvo slovo marke označava prisutnost školjke, a posljednje označava vrstu zaštitnih poklopaca.

Kako bi se uštedjelo olovo smanjenjem promjera u višežilnim energetskim kabelima (dvožilnim, trožilnim i četverožilnim), vodiči kabela nisu okrugli, već u obliku sektora ili segmenta.

Trožilni kabel sa sektorskim vodičima približno je 15% manjeg promjera od kabela s okruglim vodičima istog presjeka. Ušteda olova koja proizlazi iz uvođenja sektorskih vodiča u trožilne kabele može se procijeniti na prosječno 20%.

Vodiči trofaznog kabela mogu biti u obliku ovala koji se približava elipsi. Prednost ovog oblika vene je da ovalna vena nema tako oštre kutove kao sektorska vena.

Korištenje ovalnog vodiča u visokonaponskim kabelima od 35 kV može omogućiti određenu kompenzaciju toplinskih promjena u sastavu impregnacije u izolacijskom sloju kabela i time poboljšati kvalitetu kabela.

Glavni izolacijski materijali od kojih se izrađuje izolacijski sloj energetskog kabela u tvornici kabela su kabelski papir i smjesa za očitavanje.

Impregnacija papirnog sloja kabela provodi se kako bi se zrak u papiru i između slojeva papirnih traka zamijenio mineralnim uljem ili nekom drugom impregnacijskom smjesom koja je čvršća u električnom spoju.

Uloga papira nije samo držati impregnacijsku smjesu. Prisutnost papira u izolacijskom sloju kabela omogućuje dobivanje izolacijskog sloja čija je čvrstoća na prekid približno 3 puta veća od čvrstoće na prekid impregnacijske smjese.

Kabelski papir koji se koristi za izradu izolacijskog sloja energetskih kabela mora imati određena mehanička svojstva koja osiguravaju čvrsto preklapanje papirnatih traka na jezgri kabela, fizikalna svojstva potrebna za pravilno provođenje procesa impregnacije, te ne smije sadržavati nečistoće, koji smanjuju električna svojstva papira nakon impregnacije.

Konstrukcija kabela 20 i 35 kV s pojasnom izolacijom ne može osigurati dovoljnu pouzdanost u radu, uglavnom zbog prisutnosti tangencijalnih gradijentnih komponenti u izolaciji kabela uzrokovanih neradijalnošću električnog polja.

Na ovaj napon primjenjuje se struktura s tri olovne vene upletene u zajednički trakasti oklop, konvencionalno označen markom OSB. Ovaj dizajn prvi su predložili 1923. A. Yakovlev i S. M. Bragin.

Visokonaponski kabeli za napone iznad 20 kV uvijek su se proizvodili kao jednožilni, tj. s radijalnim električnim poljem, budući da je u ovom slučaju pouzdanost kabela pri visokom naponu od posebne važnosti.

Za 110 i 220 kV uglavnom se koriste kablovi punjeni uljem čija je glavna značajka da je papirna izolacija ovog kabela impregnirana mineralnim uljem niske viskoznosti, koje se može lako kretati duž kabela duž središnje šuplje jezgre pod utjecajem viška tlaka stvorenog u kabelu.

Kada se temperatura kabela promijeni, slobodno pokretno ulje omogućuje kompenzaciju uz pomoć energetske opreme temperaturnih promjena u volumenu u izolacijskom sloju, što u kabelu s viskoznom impregnacijom dovodi do stvaranja šupljina i uništenja.

Prisutnost šuplje jezgre omogućuje sušenje i dovod kabela u proizvodnji tako da u njemu praktički nema mjehurića i plinskih inkluzija.

U proizvodnji se kabel namotava na bubanj i spaja na poseban spremnik ulja pod određenim pozitivnim tlakom. Zahvaljujući ovom uređaju, plinski inkluzije se ne formiraju u kabelu, čak ni uz značajne promjene temperature.

Suvremeni kabel OSB-35 3×120 za napon 35 kV

Kabelske brtve

Kabelske stopice i konektori su predviđeni kako bi se omogućilo povezivanje kabela s drugom opremom ili međusobno.

Budući da su kabeli izrađeni na ograničenu duljinu, potrebni su spojni elementi — takozvane kabelske uvodnice. Zadatak kabelske kutije je međusobno povezivanje dvaju krajeva kabela.

Demonstracija kabelske veze od 30 kV iz Leipziškog muzeja koja, kada je otvorena, pokazuje kako takva kabelska veza radi:

Izravni spoj aluminijske žice je zavaren i obrađen aluminijskom turpijom. Kod bakrenih žica postavljaju se tzv. lemne čahure, žile kabela i lemljene.

Goli metalni vodiči se ručno omotavaju uljanim papirom širine 10 do 30 mm dok debljina izolacije ne bude 2,5 puta veća od debljine izolacije kabela.

Prije motanja, mješavina kabela i papira moraju se zagrijati na 130 stupnjeva kako bi vlaga mogla iskipjeti. Za to su korištene otvorene peći na ugljen. Naravno, to je bilo moguće samo na otvorenom.

Da bi se spriječio prodor vlage u čahure, koristi se tvornički izrađena unutarnja čahura od olova ili pocinčanog čelika za spajanje olovnih plašta i njihovo čvrsto lemljenje.

Neposredno prije završetka procesa lemljenja, kabelska smjesa se ulijeva u rupu kako bi se izbjegli zračni džepovi.

Prilikom provođenja procesa impregnacije kabela za napajanje moraju se poduzeti sve mjere za isparavanje vlage koja je zaostala u izolacijskom sloju prije impregnacije. i impregnirajte cijeli izolacijski sloj kabela što je potpunije moguće, minimizirajući zračne inkluzije koje se mogu stvoriti u izolacijskom sloju tijekom NS šaptanja.

Smjesa za impregnaciju mora se podvrgnuti periodičnom čišćenju od mehaničkih nečistoća, vakuumskoj obradi kako bi se uklonila vlaga nakupljena tijekom impregnacije kabela i otplinjavanju kako bi se uklonio plin (zrak) otopljen u njemu.

Prije nego što se takozvani "unutarnji omotač od olova" zatvori u kućište od lijevanog čelika i ispuni izolacijom od smole, moraju se napraviti metalni spojevi između armature čelične trake i olovnog plašta.

Nakon hlađenja od najmanje 3 sata, instalirana utičnica može se koristiti vrlo dugo (30 godina ili više).

Za više informacija o uređaju i tehnologiji ugradnje kabelskih brtvi za energetske kabele pogledajte ovdje:Priključci kabela za napajanje