Конструкция кабельных линий
В настоящее время кабельные линии (КЛ) ввиду их значительной стоимости применяются главным образом там, где нет возможности осуществить электроснабжение по ВЛ: густо застроенные населенные пункты (по причинам экономического, архитектурно-планировочного или экологического характера), выходы с подстанций, кабельные переходы под сооружениями и т.п. Кабельные линии, прокладываемые по городским или промышленным территориям, в большинстве случаев являются закрытыми сооружениями, причем чаще всего подземными. Вследствие этого они защищены от воздействия ветра и гололедных нагрузок, однако подвержены другим отрицательным внешним воздействиям. При прокладке кабелей в грунте ими являются наличие влаги, химическая агрессивность почвы, наличие блуждающих токов, возможность механических повреждений механизмами при проведении земляных работ, дополнительный нагрев от проложенных вблизи теплотрасс или других источников теплоты и т.п. В связи с этим конструкции как собственно кабеля, так и кабельной линии в целом должны предусматривать защиту от указанных воздействий.
Главными элементами любой кабельной линии являются:
а) кабель, служащий для передачи электрической энергии;
б) соединительные муфты, при помощи которых отдельные строительные длины кабелей, изготовленные на заводе, соединяются в одну линию, если строительная длина одного куска кабеля не соответствует длине линии;
в) концевые муфты (заделки);
г) стопорные муфты, монтируемые на крутых участках трассы линии, для предупреждения стекания кабельной массы;
д) подпитывающие аппараты и система сигнализации давления масла для линий, выполненных маслонаполненными кабелями;
е) кабельные сооружения (кабельные коллекторы, туннели, каналы, шахты, колодцы), специально применяемые на отдельных участках кабельных линий, когда прокладка в естественном грунте исключается.
Основными составными частями силового кабеля любого напряжения являются:
а) токопроводящие жилы;
б) изоляция или изолирующие оболочки, отделяющие токопроводящие жилы друг от друга и от земли;
в) защитная оболочка, предохраняющая изоляцию от вредного действия влаги, кислот и механических повреждений.
Токопроводящие жилы, изготавливаемые из медных или алюминиевых проволок, бывают как однопроволочными (сечением жил до 16 мм2), так и многопроволочными. По числу жил кабели бывают одно-, двух-, трех- и четырехжильными. Одножильные кабели применяют в трехфазных линиях переменного тока при напряжении 110 кВ и выше и в линиях постоянного тока; двухжильные – только в сетях постоянного тока; трехжильные – в трехфазных сетях переменного тока, напряжением до 35 кВ включительно; наконец, четырехжильные – в тех же сетях напряжением до 1000 В (четвертая жила – «нулевая», сечение ее меньше, чем у основных жил).
По форме сечения токопроводящие жилы бывают круглыми, секторными и сегментными. Токопроводящие жилы одножильных кабелей и кабелей с отдельно освинцованными жилами имеют в сечении круглую форму, а многожильных кабелей с поясной изоляцией, напряжением до 10 кВ включительно и сечением жил 25 мм2 и выше, – секторную или сегментную форму. Применение жил секторной и сегментной форм значительно уменьшает диаметр кабеля, а стало быть, и затраты на изоляцию и защитные оболочки. Чтобы повысить степень заполнения сечения кабеля, жилы многопроволочных кабелей подвергают обжатию в уплотняющих станках.
Кабели с натриевыми жилами на сегодня еще не получили широкого распространения, и их ограниченное количество находится в стадии экспериментальных исследований и опытной эксплуатации.
Электрическая изоляция токопроводящих жил (ТПЖ) традиционных конструкций кабелей может быть реализована с использованием различных электроизоляционных материалов. В настоящее время промышленность выпускает кабели с бумажной пропитанной, пластмассовой и резиновой изоляцией. Последние изготовляются в ограниченном количестве.
Изоляцию токопроводящих жил кабелей выполняют из кабельной бумаги толщиной 0,08–0,17 мм. Слои этой бумаги накладывают в виде лент на токопроводящие жилы кабеля. Толщина изоляции и изоляционного слоя зависит от рабочего напряжения кабеля. После наложения изоляции кабель просушивают и пропитывают изоляционным составом, что резко увеличивает электрическую прочность изоляции.
Бумажная электрическая изоляция кабелей с номинальным напряжением до 35 кВ для увеличения электрической прочности пропитывается составами различной вязкости. При этом различают кабели, пропитанные нормально, обеднено и нестекающим составом. При Uном > 110 кВ вязкая пропитка не обеспечивает требуемой электрической прочности изоляции при экономически приемлемых габаритах кабеля. Поэтому для таких кабелей увеличение электрической прочности достигается заполнением бумажной изоляции маслом или газом под давлением. В первом случае кабели получили название маслонаполненных, во втором – газонаполненных.
Защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции, бывают свинцовыми, алюминиевыми и полихлорвиниловыми. Свинцовые оболочки влагонепроницаемы, гибки и просты в изготовлении, но тяжелы и к тому же недостаточно устойчивы в вибрационном отношении. Широко применяемые в последнее время алюминиевые оболочки в 2 – 3 раза прочнее и в 4 раза легче свинцовых, но обладают малой коррозионной устойчивостью. Кроме того, они недостаточно гибки и их трудно накладывать на изоляцию кабеля. В последнем случае оболочка может выполняться гладкой или гофрированной (для обеспечения требуемой гибкости).
Оболочки всех видов – свинцовые, алюминиевые и полихлорвиниловые – подлежат защите от механических повреждений. Для этого на оболочку накладывают сперва прослойку из кабельной пропитанной сульфатной бумаги или пропитанной пряжи, а затем броню из двух стальных лент или стальных оцинкованных проволок. Проволочная броня полезна не только тем, что предохраняет защитную оболочку от механических повреждений, но и тем, что воспринимает всевозможные растягивающие усилия, воздействующие на кабельные линии (например, при подводных прокладках, на наклонных трассах и др.).
Чтобы защитить алюминиевые оболочки от коррозии, поверх сульфатной бумаги накладывают еще две полихлорвиниловые ленты, образующие как бы сплошной чехол. В защите от коррозии нуждается и броня. Ее покрывают двумя слоями кабельной пряжи, пропитанной битумом, и меловым составом.
Кабели с бумажной изоляцией, имеющей вязкую пропитку, выпускаются в нашей стране на напряжения 1, 3, 6, 10, 20 и 35 кВ. Токопроводящие жилы таких кабелей изолируются кабельной бумагой марок К-080, К-120 и К-170 (с толщиной 0,08, 0,12 и 0,17 мм соответственно), которая пропитывается обычно маслоканифольным составом. Пропитка повышает электрическую прочность изоляции с 3–5 до 40–80 МВ/м. От пропиточного состава требуются высокая вязкость при температурах эксплуатации (50–80° С) и малый коэффициент температурного расширения. Этим требованиям удовлетворяют маслоканифольные составы. Обычно применяемый состав МП-1 содержит 14–15% канифоли и вязкое пропиточное масло марки П-28.
Несмотря на достаточно высокую вязкость такого пропиточного состава, при прокладке кабеля по трассе с разностью уровней более 15–20 м существует опасность перемещения пропиточного состава в направлении нижней точки трассы, что влечет за собой частичное осушение (а следовательно, и снижение электрической прочности) изоляции в верхней части, а также увеличение гидростатического давления в нижней части трассы, нежелательного по условиям ограниченной механической прочности оболочки. При большей разности уровней по трассе выходом является секционирование линии на отдельные участки стопорными муфтами, устанавливаемыми в точках с допустимой разностью уровней.
Другим выходом из положения является частичное удаление излишков пропиточного состава посредством операции "обеднения" изоляции. Естественно, что при обеднении изоляции ее электрическая прочность оказывается ниже по сравнению с нормально пропитанной изоляцией и, следовательно, приходится компенсировать это снижение посредством увеличения толщины слоя бумажных лент. Наконец, еще одна возможность состоит в пропитке бумажной изоляции нестекающим составом, т.е. составом такой вязкости, при которой исключается его перемещение даже на вертикальных участках трассы. Основным компонентом такого состава является церезин. Кабели с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом, выпускаются на напряжения 6, 10 и 35 кВ, причем толщина слоя их изоляции несколько больше, чем при нормальной пропитке.
Поперечное сечение кабеля с секторными жилами и пропитанной бумажной изоляцией показано на рис. 3.1. Три изолированные бумажными лентами токопроводящие жилы скручены между собой и с заполнителями из корделя (бумажного жгута) для придания кабелю цилиндрической формы. Поверх них наматываются бумажные ленты, образующие общую (поясную) изоляцию. Следующий концентрический слой представляет собой металлическую бесшовную оболочку, герметизирующую внутреннее пространство с целью защиты от проникновения в изоляцию воздуха и влаги. Оболочка защищается от механических повреждений так называемой броней (из стальных лент, круглых или плоских проволок). Между броней и оболочкой имеется промежуточная прослойка (подушка), представляющая собой защитный покров оболочки из одного-двух слоев изолирующей ленты и пропитанной битумным составом бумажной пряжи. Она служит защитой оболочки от химических воздействий и повреждений броней, а также изоляцией по отношению к блуждающим токам. Наружный защитный покров нормально выполняется из хлопчатобумажных жгутов, пропитанных асфальтобитумным составом. Его функцией является защита стальной брони от химических воздействий и блуждающих токов.
Рис.3.1. Эскиз поперечного сечения кабеля с поясной изоляцией: 1 – токопроводящая жила, 2 – фазная изоляция, 3 – поясная изоляция, 4 – бумажные жгуты-заполнители, 5 – свинцовая оболочка, 6 – защитный покров оболочки, 7 – броня из двух стальных лент, 8 – наружный защитный покров.
В связи с чем в рассмотренной конструкции помимо фазной изоляции дополнительно используется и поясная? Так как электрические сети с номинальным напряжением 6—10 кВ в нашей стране обычно работают с изолированной нейтралью, то при заземлении одной из фаз, как известно, напряжение относительно земли (оболочки) на двух других фазах возрастает до междуфазного (линейного) напряжения. При отсутствии дополнительной поясной изоляции средняя напряженность электрического поля в изоляции этих фаз в таком режиме оказалась бы в 1,73 раз больше расчетной напряженности поля для нормального режима. В свою очередь, это обстоятельство вызывает интенсивное развитие ионизационных процессов в изоляции, распространение ветвистых разрядов, что в итоге может привести к пробою изоляции кабеля. Для предотвращения этого и необходимо усиление изоляции между жилой и оболочкой до такой степени, чтобы электрическая прочность изоляции между жилами и между каждой жилой и оболочкой в любых режимах была примерно одинаковой.
Электрическое поле кабеля 6–10 кВ с общей металлической оболочкой не является однородным. Силовые линии имеют различные углы наклона по отношению к слоям бумажной изоляции (рис. 3.2), что обусловливает наличие в ней как нормальных, так и тангенциальных составляющих. Однако слоистая бумажная изоляция имеет электрическую прочность в продольном направлении в 8–10 раз меньшую, чем в поперечном.
Если при номинальных напряжениях 6–10 кВ еще можно выполнить экономически целесообразную конструкцию кабеля с электрическим полем такой конфигурации, то при больших номинальных напряжениях необходимо значительно увеличивать толщину изоляции, что экономически не оправдано.
При этом более целесообразна конструкция кабеля с бумажной изоляцией, в которой электрическое поле имеет радиально направленные силовые линии (рис. 3.3). Это достигается размещением жилы каждой фазы в отдельной оболочке или экране, представляющих собой эквипотенциальные поверхности. В первом случае поверх бумажной изоляции фазы накладывается бесшовная свинцовая оболочка, во втором случае – слой тонкой перфорированной медной ленты или металлизированной бумаги, а затем общая для трех фаз свинцовая герметичная оболочка. Покрытие каждой фазы свинцовой оболочкой или экраном применяется при напряжениях 20 и 35 кВ. Кабели с жилами в отдельных свинцовых оболочках, изготовляемые в нашей стране, требуют меньше пропиточного состава и обладают лучшей гибкостью по сравнению с кабелями с пофазно экранированными жилами, хотя последние дешевле. Эскиз поперечного сечения кабеля с радиальным электрическим полем показан на рис. 3.4.
Рис.3.2. Картина электрического поля в трехжильном кабеле с поясной изоляцией.
Рис.3.3. Картина электрического поля в трехжильном кабеле с отдельно экранированными жилами.
Рис.3.4. Поперечное сечение кабеля с радиальным электрическим полем: 1-токопроводящая жила; 2-бумажная изоляция; 3-свинцовая оболочка фазы; 4-междуфазное заполнение; 5-броня из круглых проволок; 6-наружный защитный покров.
Маркировка кабелей 6–35 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, согласно ГОСТ 18409-73 и 18410-73, использует буквы:
Ц | А | О | С | Б | л | Г | —В |
К | 2л | Шв | |||||
А | Шп | ||||||
П | в | н |
Буква Ц обозначает кабель с пропиткой изоляции нестекающим составом, содержащим церезин. Нормальная пропитка не маркируется специально, а кабели с обедненной пропиткой изоляции в конце обозначения (через дефис) имеют букву В (колонка 8), что значит "предназначенный для вертикальной прокладки".
Буква А во второй колонке обозначает алюминиевую жилу, медные жилы специально не маркируются.
Буква О присутствует в обозначении кабелей 20–35 кВ с отдельно изолированными и освинцованными жилами.
В четвертой колонке расположено обозначение свинцовой (С) или алюминиевой (А) оболочки.
Пятая колонка характеризует тип брони: из двух стальных лент (Б), круглых (К) или плоских (П) оцинкованных стальных проволок. Кабели с броней из двух стальных лент применяются при отсутствии значительных растягивающих усилий при прокладке в земле и в воздушной среде, а при наличии таковых используются кабели с броней из плоских проволок толщиной 1,5–1,7 мм. При прокладке в воде применяются кабели с броней из круглых проволок диаметром 4–6 мм.
Шестая колонка отражает способ усиления подушки под броней: "л" (2л) – в подушке имеется слой (два слоя) из пластмассовых лент, "в" – в подушке имеется выпрессованный шланг из поливинилхлорида.
Седьмая колонка содержит буквы, отражающие наличие и тип наружного защитного покрова: Г – отсутствие покрова поверх брони или оболочки ("голый"); Шв (Шп) – покров из поливинилхлоридного (полиэтиленового) выпрессованного шланга; н – негорючий покров. Последний состоит из поливинилхлоридной оболочки или стеклянной пряжи, пропитанных негорючим составом. При высокой коррозионной активности грунта применяются кабели с покровами типа Шв или Шп.
Кабели с вязкой пропиткой при напряжениях свыше 35 кВ не применяются. Это связано с тем, что условия их пропитки таковы, что в изоляции готового кабеля всегда остаются воздушные включения. Их наличие существенно снижает электрическую прочность изоляции из-за ионизации воздуха. Ионизация вызывает ускоренное местное старение изоляции, которое выражается в изменении ее физико-химических свойств и, как следствие этого, приводит к снижению ее электрической прочности. Следствием этого может явиться пробой изоляции кабеля.
Как избежать этих явлений? Это можно сделать либо исключив воздушные включения, либо увеличив давление в газовых включениях, что приводит к существенному повышению их электрической прочности. Первый способ используется в маслонаполненных кабелях (МНК) низкого давления, имеющих каналы для масла внутри жилы, второй – в МНК высокого давления, прокладываемых в стальных трубопроводах.
В МНК возможность образования газовых включений при изготовлении и эксплуатации исключается тем, что для пропитки их изоляции применяется маловязкое дегазированное масло, а сама пропитка ведется по технологии, исключающей появление значительного количества воздушных включений. В процессе эксплуатации пропиточный состав находится под давлением, поэтому даже при резких изменениях температуры газовые включения не образуются.
Маркировка МНК, согласно ГОСТ 16441–78, использует буквы:
М | Н | С | А | Т |
А | К | |||
ВД | Шв | Тк | ||
Аг | Шву |
Буква М относит кабель к классу маслонаполненных. Вторая колонка характеризирует давление: Н – низкое, ВД – высокое. Буквы третьей колонки обозначают материал оболочки и ее форму: С, А – соответственно свинцовая и алюминиевая гладкая, Аг – алюминиевая гофрированная. Четвертая колонка содержит буквы, характеризующие тип брони и наружного защитного покрова: А – без брони, с защитным покровом из слоев битумного состава, полиэтилентерефталатных (или резиновых) лент и пропитанной кабельной пряжи (или стеклопряжи); К – то же, но с броней из круглых стальных оцинкованных проволок; Шв – в шланге из поливинилхлоридного пластиката; Шву – то же, но с усиленным защитным слоем под шлангом. Наконец, последняя колонка содержит букву Т, означающую, что кабель имеет свинцовую оболочку, снимаемую на месте прокладки при его протягивании в трубопровод; сочетание Тк означает, что кабель без свинцовой оболочки доставляется на трассу в контейнере с маслом, из которого он затягивается в трубопровод.
МНК низкого давления имеют восемь марок: с алюминиевой оболочкой – МНАШв, МНАгШв, МНАШву и МНАгШву; со свинцовой оболочкой – МНС, МНСА, МНСК и МНСШв. МНК высокого давления: МВДТ и МВДТк.
МНК низкого давления (до 0,05 МПа) выпускают одножильными на напряжения 110, 150 и 220 кВ и имеют медные жилы сечением 120–800 мм2 в свинцовых или алюминиевых оболочках. На рис. 3.5 показан эскиз поперечного сечения кабеля 110 кВ марки МНСК.
Рис.3.5. Поперечное сечение кабеля марки МНСК: 1 – маслопроводящий канал диаметром 12 мм; 2 – токоведущая жила диаметром 23,2 мм; 3 – экран по жиле; 4 – бумажная изоляция общей толщиной 10 мм; 5 – экран по изоляции; 6 – свинцовая оболочка толщиной 3,2 мм; 7 – битумный состав; 8 - поливинилхлоридные ленты; 9 – упрочняющие оболочку медные ленты; 10 – поливинилхлоридные ленты; 11– подушка под броню; 12 – броневой покров из проволок диаметром 4 мм; 13 – наружный антикоррозионный покров толщиной 4,2 мм.
В нашей стране МНК высокого давления (ВД) изготовляются на напряжения 110, 220, 330, 380 и 500 кВ. Конструкция кабеля типа МВДТ показана на рис. 3.6. Жилы такого кабеля выпускаются во временной свинцовой оболочке, предохраняющей изоляцию от увлажнения и повреждения при транспортировке и удаляемой при монтаже, либо без нее. В последнем случае жилы кабеля доставляются на трассу в герметичном контейнере, заполненном маслом.
Для кабельных линий электропередачи высокого давления длительно допустимое избыточное давление масла в трубопроводе должно быть в пределах 1,08–1,57 МПа.
Такие кабели обладают некоторыми преимуществами по сравнению с МНК низкого давления, так как для пропитки изоляции и для заполнения трубопровода применяется более вязкое масло (марки С-220), которое обеспечивает более высокую импульсную прочность изоляции. Вообще электрическая прочность изоляции повышается уже за счет более высокого давления. Кроме того, стальная труба является хорошей защитой от механических повреждений, благодаря чему такие кабельные линии обладают высокой надежностью. Однако монтаж таких линий сложнее, чем линий с одножильными МНК с центральным маслопроводящим каналом.
Рис. 3.6. Поперечное сечение кабеля 220 кВ марки МВДТ: 1 – токопроводящая экранированная жила; 2 – бумажная изоляция; 3 – экран по изоляции из медных перфорированных лент; 4 – полукруглая проволока скольжения; 5 – масло; 6 – стальная труба; 7 – наружный антикоррозионный покров.
Трубопровод сваривается из отрезков длиной по 12 м. При прокладке в земле наружный защитный покров имеет толщину 10 мм. Компенсация изменения объема масла при изменении температуры и поддержание давления в трубопроводе осуществляются автоматическим подпитывающим устройством, которое располагается на одном из концов линии (при небольших длинах) или на обоих (при больших длинах).
В последнее время, все больше вытесняя кабели с бумажно-пропитанной изоляцией, кабели изготавливают с пластмассовой изоляцией. На сегодняшний день кабели с пластмассовой изоляцией выпускаются однофазными и трехфазными на напряжения до 500 кВ включительно, причем объем их производства постоянно увеличивается. Это обстоятельство вызвано тем, что, несмотря на высокую надежность и длительный срок службы кабелей с бумажно-масляной изоляцией, кабели с пластмассовой изоляцией обладают следующими достоинствами:
- простое и производительное изготовление методом экструзии;
- возможность прокладки кабельных линий при больших перепадах высот;
- отсутствие утечек масла;
- снижение вероятности пожаров на подстанциях и на трассах;
- упрощение монтажа муфт;
- простота ремонта при повреждениях;
- снижение эксплуатационных издержек (нет аппаратуры подпитки);
- уменьшение диэлектрических потерь за счет лучших характеристик изоляции;
- меньшая (примерно в 1.5 раза) генерация реактивной мощности, что актуально для городских кабельных электрических сетей, где в период ночного минимума нагрузки возникают избытки реактивной мощности;
- большая пропускная способность за счет более высокой допустимой температуры жилы и меньшего теплового сопротивления изоляции.
Маркировка кабелей с пластмассовой изоляцией:
А | В | А | Б | б | Г |
П | П | К | |||
Пс | В | Шв | |||
Пв | Внг | П |
Буква А в первой колонке обозначает алюминиевую жилу, медные жилы специально не маркируются.
Во второй колонке указывается материал изоляции: поливинилхлорид (В), термопластичный полиэтилен (П), самозатухающий полиэтилен (Пс), «сшитый» полиэтилен (Пв).
В третьей колонке расположено обозначение оболочки: алюминиевой (А), полиэтиленовой (ПЭ), поливинилхлоридной (В) и негорючей поливинилхлоридной (Внг).
Четвертая колонка характеризует тип брони: из двух стальных лент (Б), круглых (К) или плоских (П) оцинкованных стальных проволок.
Буква б в пятой колонке указывает на отсутствие подушки под броней, наличие подушки под броней специально не маркируется.
Шестая колонка содержит буквы, отражающие наличие и тип наружного защитного покрова: Г – отсутствие покрова поверх брони или оболочки ("голый"), Шв – покров из поливинилхлоридного выпрессованного шланга.
Поперечное сечение однофазного кабеля с пластмассовой изоляцией показано на рис. 3.7.
Рис. 3.7. Поперечное сечение однофазного кабеля с пластмассовой изоляцией: 1 – токопроводящая жила; 2 – полупроводящий слой по жиле; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой по изоляции; 5 – водонабухающая полупроводящая лента; 6 – экран из медных проволок; 7 – медная лента; 8 – водонабухающая лента; 9 – оболочка.
Новые направления в разработке кабельных конструкций связаны с использованием кабельных линий с изоляцией сжатым газом. Другая возможность увеличения пропускной способности и дальности электропередачи видится в использовании криогенных кабельных линий, у которых сопротивление жил, а следовательно, и уровни потерь снижаются за счет их глубокого охлаждения. В соответствии с уровнем рабочей температуры и материалом токоведущих жил различают два типа криогенных кабелей:
– криопроводящие – с жилами из металлов не переходящих в сверхпроводящее состояние в диапазоне температур 20–120 К, для охлаждения которых в качестве хладагентов могут быть использованы водород, неон, азот, аргон, кислород и метан;
– сверхпроводящие – с жилами из сверхпроводящих материалов, для охлаждения которых используется гелий в жидком или сверхкритическом состоянии.
Учитывая условия транспортировки и прокладки кабелей, промышленность выпускает их отдельными отрезками длиною от 200 до 600 м в зависимости от сечения. При сооружении кабельных линий эти отрезки приходится соединять друг с другом посредством соединительных муфт. Для присоединения кабелей к аппаратуре распределительных устройств служат концевые заделки и концевые муфты.
Основное назначение всех этих муфт и заделок – герметизация кабелей в местах соединений и оконцеваний. Надежность работы всей кабельной линии во многом определяется надежностью ее муфт. Конструкция муфт силовых кабелей высокого напряжения в первую очередь определяется типом кабеля, для которого они предназначены.
При транспортировке, хранении и прокладке кабель должен быть герметизирован. Поэтому с завода его выпускают с запаянными концами. Разделывать концы кабеля следует непосредственно перед монтажом соединительных или концевых муфт.
По назначению муфты делятся на три основные группы – концевые, соединительные и стопорные, причем среди концевых выделяют открытые муфты и кабельные вводы в трансформаторы и высоковольтные аппараты, а среди соединительных – собственно соединительные, разветвительные и соединительно-разветвительные муфты.
По виду электрической изоляции муфты делятся на две группы: со слоистой и с монолитной изоляцией. Слоистая изоляция выполняется путем намотки лент из кабельной бумаги, синтетической пленки или их композиции и заполняется той или иной изолирующей средой (маслом, газом) под избыточным давлением или без него. Монолитная изоляция образуется методом экструзии или спеканием электроизоляционных материалах в подогреваемых пресс-формах.
Для кабелей с вязкой пропиткой, работающих при напряжениях 1–35 кВ, при горизонтальной прокладке используются лишь концевые и соединительные муфты. При прокладке на вертикальных участках или трассах с большой разностью уровней кабелей с нормальной или обедненной пропиткой применяют и стопорные муфты, предназначенные для секционирования линии с целью предотвращения стекания и перемещения пропитывающего состава вдоль линии.
Основным типом концевой заделки кабелей 1–10 кВ с пропитанной бумажной изоляцией является эпоксидная заделка с трехслойными изолирующими трубками (внешний и внутренний слой из поливинилхлорида, промежуточный – из полиэтилена), надеваемыми на выступающие из корпуса муфты концы жил кабеля. Она применяется как в сухих помещениях, так и в помещениях с высокой влажностью (например, в районах с тропическим климатом). Такие заделки характеризуются высокой стойкостью против действия внутреннего давления пропиточной массы и проникновения влаги, эластичностью трубчатого покрова жил и простотой монтажа.
Кабели прокладывают в большинстве случаев непосредственно в земляных траншеях. Чтобы избежать вмятин и повреждений кабеля из-за резких прогибов, на дне траншеи создают мягкую подушку из слоя просеянной земли или песка толщиной 100 мм. Кабель засыпают таким же слоем мягкого грунта, а затем покрывают кирпичом или бетонными плитами для защиты от механических повреждений. После этого кабельную траншею засыпают землей и послойно утрамбовывают.
На переходах через дороги, проезжие части улиц и под железнодорожными путями кабель прокладывают в асбоцементных или бетонных трубах. Такая прокладка защищает кабель от вибрации и делает возможным ремонт его без вскрытия дорог. При пересечении электрифицированных железных дорог надо позаботиться об уменьшении вредного влияния, оказываемого на кабель блуждающими токами (электролитическая коррозия). Этой цели отвечают изолирующие асбоцементные трубы, пропитанные гудроном или битумом. Прокладка в трубах, а не в земле, ухудшает охлаждение кабеля, что должно учитываться при выборе его сечения.
При параллельной прокладке большого количества кабелей, а также в местах, особо насыщенных другими подземными коммуникациями, приходится прибегать к специальным сооружениям: коллекторам, туннелям, каналам и блокам.
Коллектор – подземное сооружение круглого или прямоугольного профиля, предназначенное для совместного размещения в нем кабельных линий (силовых и связи), водопровода и теплопровода. Применение коллекторов особенно целесообразно при сооружении новых или при реконструкции существующих улиц крупных городов.
Туннель – подземное сооружение, предназначенное для прокладки только кабельных линий (силовых и связи). Туннели могут быть круглыми и прямоугольными в сечении, проходными и полупроходными. Последние обладают пониженной высотой (до 1.5 м) и должны иметь в длину не свыше 100 м, причем использовать их можно только для кабелей напряжением до 10 кВ. Расположение кабелей в туннелях – двустороннее, по одному или несколько кабелей на полке. Для сооружения туннелей применяют сборный железобетон и канализационные трубы. Емкость одного туннеля – от 20 до 50 кабелей.
При меньшем количестве кабелей применяют кабельные каналы, закрытые землей или выходящие на уровень поверхности земли. Недостатком закрытых каналов является то, что их приходится вскрывать при прокладке новых или при ремонте уже проложенных кабелей.
В больших городах с усовершенствованными покровами улиц и тротуаров иногда для прокладки кабелей применяют кабельные блоки. Обычно – это асбестоцементные трубы диаметром 100 мм, стыки которых заделаны бетоном. В местах, где направление трассы меняется или где требуется разместить соединительные кабельные муфты, сооружают кабельные колодцы. Прокладка кабелей в блоках во многих отношениях уступает прокладке их в туннелях и коллекторах. Так, кабели в блоках плохо охлаждаются, вследствие чего снижается их пропускная способность. Далее, приходится применять кабели с утолщенной свинцовой оболочкой, что требует увеличенного расхода свинца, следует упомянуть и о том, что нестандартность расстояний между колодцами приводит к нерациональному использованию строительной длины кабелей. Наконец, при повреждении кабеля приходится заменять сразу целый кусок его длиной, равной расстоянию между двумя колодцами.
Маслонаполненные кабели низкого и высокого давлений при любом их числе рекомендуется прокладывать в траншеях, а там, где этот способ неприменим, – в туннелях и галереях. При прокладке в траншее три фазы МНК низкого давления располагают по вершинам равностороннего треугольника вплотную друг к другу. Кабельная арматура вместе с аппаратурой подпитки может размещаться в кабельных колодцах или камерах. В специальных зданиях располагаются автоматические подпитывающие установки маслонаполненных кабельных линий высокого давления. Таким образом, кабельная линия, в особенности при номинальных напряжениях 110 кВ и более, представляет собой достаточно сложное техническое сооружение.
При прокладке кабелей необходимо учитывать возможные линейные удлинения кабелей от нагревания, а также от смещения грунта. При прокладке кабелей при пониженных температурах воздуха во избежание повреждения изоляции необходим предварительный прогрев кабелей.
Кабельные линии, прокладываемые в земле или воде, выполняются обычно бронированными кабелями с внешним покровом, защищающим металлические оболочки от химических воздействий. Антикоррозионную защиту должны иметь и трубопроводы маслонаполненных линий высокого давления, прокладываемые в аналогичных условиях.
Если же используется небронированный кабель, то он должен обладать необходимой стойкостью к механическим воздействиям при прокладке во всех видах грунтов, при протяжке в блоках и трубах, а также стойкостью по отношению к тепловым и механическим воздействиям при эксплуатационно-ремонтных работах. Если прокладка осуществляется в помещениях с агрессивной средой, то должны применяться кабели, стойкие к воздействию этой среды.
В кабельных сооружениях и производственных помещениях могут прокладываться небронированные кабели при условии отсутствия опасности механических повреждений в эксплуатации. Если же такая опасность существует, то должны применяться бронированные кабели или надежная защита кабелей без брони (коробами, угловой сталью и т.п.).
Возможность возникновения пожара в кабельных сооружениях и в производственных помещениях предопределяет требования к прокладываемым в них кабелям не иметь поверх брони (или поверх металлической оболочки небронированных кабелей) защитных покровов из горючих материалов. Металлические оболочки кабелей и металлические поверхности, по которым они прокладываются, должны защищаться негорючим антикоррозионным покрытием.
Кабельные линии, сооружаемые на территориях электростанций и подстанций, рекомендуется выполнять кабелями с броней из стальных лент и с негорючим защитным покрытием. Для линий, прокладываемых в блоках и трубах, как правило, используются небронированные кабели. Однако, учитывая значительные усилия при затягивании кабеля в блоки или трубы, они должны иметь усиленную оболочку. Если лишь участок кабельной линии проложен в блоках или трубах, то при длине этого участка не более 50 м допускается применение бронированных кабелей, но без наружного покрова из кабельной пряжи.
Эксплуатация кабельных электрических сетей и кабельных линий, в частности, осуществляется на основе действующих правил и инструкций, к числу которых в первую очередь относятся "Правила устройства электроустановок", "Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей", а также правила техники безопасности, охраны электрических сетей, производства работ и другие директивные материалы.