Гибкие шины, конструкции и выбор

В электросетях нашли применение медные, алюминиевые, сталеалюминевые и стальные провода.

Медь обладает наименьшим электрическим сопротивлением (при 20 °С r =18 Ом∙мм /км) по сравнению с остальными применяемыми материалами. Временное сопротивление на разрыв медной проволоки составляет 38–40 кг/мм . Медные провода покрываются слоем окиси, хорошо защищающей их от воздействия различных химических реагентов, находящихся в воздухе.

Алюминий обладает удельным электрическим сопротивлением (при 20° С r =29,5 Ом мм²/км) в 1,6 раза большим, чем сопротивление меди. Временное сопротивление на разрыв твердотянутой алюминиевой проволоки составляет всего 15–16 кг/мм², поэтому алюминиевые провода обычно применяют только в линиях местных сетей напряжением до35 кВ включительно при пролетах не более 100–125 м. Поверхность алюминиевых проводов покрывается слоем окиси, хорошо защищающей их от дальнейшего окисления кислородом воздуха.

Сталь обладает значительно более высоким электрическим сопротивлением по сравнению с медью и алюминием, которое зависит от сорта стали, способа изготовления провода и от величины тока, протекающего по проводу. Временное сопротивление на разрыв стальных проводов достигает 70–120 кг/мм² и более.

Стальные провода подвержены значительному окислению. Для предотвращения разрушения их необходимо оцинковывать.

По конструктивному выполнению различают однопроволочные и многопроволочные провода, рис. 3.1.

Рис. 3.1. Провода воздушных линий:

а – однопроволочный; б – многопроволочный из одного металла; в – многопроволочный из двух металлов – сталеалюминевый

Однопроволочный провод состоит из одной круглой проволоки, рис. 3.1а. Многопроволочный провод свивается из отдельных круглых проволок диаметром 2–3 мм, рис.3.16. При увеличении сечения провода число проволок возрастает. Например, алюминиевый провод сечением 35 мм² состоит из 7 проволок, а алюминиевый провод сечением 185 мм² из 19 проволок.

Однопроволочные провода дешевле многопроволочных. Вместе с тем однопроволочные провода обладают следующими недостатками по сравнению с многопроволочными:

1. Механическая прочность однопроволочного провода резко снижается при наличии каких-либо дефектов в материале провода, возникших при его изготовлении, транспорте и монтаже. В многопроволочном проводе наличие дефекта в одной из проволок незначительно ухудшает механическую прочность всего провода. Кроме того, при изготовлении однопроволочного провода значительного диаметра не может быть обеспечено высокое временное сопротивление.

2. Многопроволочный провод является более гибким, что особенно существенно для проводов больших диаметров.

В связи с указанным однопроволочные стальные провода изготовляют диаметром не более 3 мм. Алюминиевые однопроволочные провода вообще не изготовляют из-за их низкой прочности.

Многопроволочные провода могут быть выполнены из одного металла (меди, алюминия, стали) или из двух металлов, например из алюминия и стали – так называемые сталеалюминевые провода.

В сталеалюминиевых проводах (рис. 3.1в) внутренние проволочки (сердечник провода) выполняют из стали с высоким временным сопротивлением на разрыв (110–120 кг/мм²). Верхние ряды проволок изготовляют из алюминия. Стальной сердечник предназначен для увеличения механической прочности провода; алюминий является токопроводящей частью. Хотя сечение стальной части в среднем в 5 раз меньше сечения алюминиевой части, стальная часть воспринимает около 40 % всей механической нагрузки. Сталеалюминевые провода широко применяют в сетях напряжением 35–110 кв и выше.

Для удобства записи провода из разных материалов имеют различные марки: медные М, алюминиевые А, сталеалюминевые АС, стальные однопроволочные ПСО, стальные многопроволочные провода ПС и ПМС (провод меднистый стальной).

Сталеалюминевые провода с усиленным стальным сердечником имеют марку АСУ, с облегченным стальным сердечником АСО. Рядом с маркой провода записывают его номинальное сечение. Например, А-50 означает алюминиевый провод сечением 50 мм. Для стальных однопроволочных проводов рядом с маркой указывают диаметр провода, например ПСО-5 означает однопроволочный стальной провод диаметром 5 мм.

На территории городов и промышленных предприятий часто возникает необходимость прокладки в одном направлении большого числа электрических линий. В этих условиях сооружение воздушных линий обычно бывает невозможно вследствие загромождения опорами проездов и затруднения движения транспорта, увеличения числа аварий, усложнения исправления повреждений, ухудшения внешнего вида местности. При обрыве проводов воздушных линий, особенно линий высоких напряжений, возникает большая опасность для людей.

Наиболее целесообразно в рассматриваемых условиях сооружение подземных кабельных линий.

Достоинства кабельных линий по сравнению с воздушными: обеспечение безопасности для людей в населенных пунктах и возможности широкого развития электроснабжения потребителей рассматриваемого района; меньшая повреждаемость кабельных линий.

К числу недостатков кабельных линий по сравнению с воздушными относятся их значительно большая стоимость (в 2–3 раза для линий 6–35 кВ и в 5–8 раз для линий 110 кВ) и большая сложность и длительность ремонта.

Силовые кабели напряжением до 35 кВ включительно изготовляют главным образом с изоляцией из плотной бумаги, пропитанной специальной вязкой кабельной массой (компаундом), рис. 3.2. Токоведущие жилы изготовляют из медных или алюминиевых проволок и для уменьшения габаритов выполняют секторной формы и уплотненными. Для придания кабелю круглой формы между отдельными жилами вставляют специальные жгутики – заполнители из джута. Поверх изоляции кабель опрессовывают бесшовной оболочкой из алюминия или свинца для того, чтобы в изоляцию не попадала влага из воздуха. Для кабелей напряжением до 1 кВ применяют также оболочки из пластических масс.

Рис. 3.2. Трехжильный кабель:

1 – токоведущая жила; 2 – обедненно-пропитанная бумажная изоляция; 3 – экран из металлизированной бумаги; 4 – стальной гибкий газопроницаемый шланг; 5 – свинцовая оболочка; 6 – антикоррозийный защитный слой; 7 – броня

Для зашиты от механических повреждений кабель покрывают броней из стальной ленты. Между металлической оболочкой кабеля и броней и поверх брони накладывают покровы из джута, пропитанные антикоррозийными составами. В воздухе прокладывают кабели без наружного джутового покрова. Для прокладки в туннелях и других местах, опасных в пожарном отношении, применяют специальные кабели с негорючими защитными покровами.

Кабели на напряжения 20 и 35 кВ выполняют с отдельно освинцованными круглыми жилами. Наличие отдельных свинцовых оболочек для каждой фазы обеспечивает равномерное распределение электрического поля и, следовательно, лучшее использование изоляции кабеля.

При напряжении 35 кВ находят применение газонаполненные кабели. Это освинцованные кабели с обедненной изоляцией. Кабель находится под небольшим избыточным давлением инертного газа (обычно азота), что значительно повышает изолирующие свойства бумаги.

Газонаполненные кабели применяют и на напряжение 10 кВ при крутонаклонных и вертикальных трассах. Применение обычных кабелей с вязкой пропиткой привело бы к стеканию пропиточной массы и ослаблению изоляции в верхних участках трассы кабеля. Кроме газонаполненных кабелей в этих случаях применяют и кабели со специальной нестекающей пропиточной массой. При напряжении 70 кВ и выше кабели с вязкой пропиткой практически неприменимы, так как при этом потребовалось бы значительное увеличение диаметра кабеля, что весьма затруднило бы его транспорт.

- Кабели 110 кВ и выше обычно выполняют одножильными. Кабели 110 - 500 кВ как правило с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Существует значительное число конструкций таких кабелей. На рис. 3.3 показан маслонаполненный кабель низкого давления. Внутри жилы, выполненной из отдельных медных проволок, находится медная спираль, образующая сплошной канал. Последний заполнен маслом под небольшим избыточным давлением, что исключает возможность образования пустот в изоляции кабеля и значительно повышает его электрическую прочность.

Для удобства записи кабели маркируют. Кроме марки указывают число и сечение жил кабеля.

Например, СБ-3Х95 означает освинцованный и бронированный двумя стальными лентами трехжильный кабель с медными жилами сечением 95 мм с наружным джутовым покровом; СБГ-3х95 означает такой же кабель, но без наружного джутового покрова; АСБГ – освинцованный бронированный кабель с алюминиевыми жилами без наружного джутового покрова; ААБГ – кабель с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке.

Отдельные куски кабелей соединяют при помощи соединительных муфт. При этом концы жил кабелей освобождают от изоляции, свинцовой оболочки и защитных покровов и заделывают в соединительные зажимы. Жилы изолируют лентами кабельной бумаги. Поверх соединения надевают свинцовую муфту, концы которой припаивают к свинцовой оболочке кабелей. Через специальные отверстия муфту заполняют кабельной массой, после чего отверстия запаивают.

Применяют и другие конструкции соединительных муфт. Заслуживают внимания соединительные муфты из эпоксидного компаунда, основной частью которого являются эпоксидные смолы (один из типов полимеров). Эпоксидный компаунд заливают во временную форму, после его отвердения форму убирают. Эпоксидные муфты герметичны, просты в изготовлении, имеют малые размеры и высокую электрическую прочность.

На электрических станциях питание к двигателям собственных нужд (СН) и другим установкам подается по кабельным линиям, проложенным в каналах, туннелях и т. п.

Запрещается применять кабели с бумажно-масляной изоляцией;