Маслонаполненные кабельные линии

В конструкциях и технологии изготовления МНК приняты меры для обеспечения надёжной работы изоляции при высоких напряжённостях электрического поля:

1. изоляция кабеля в процессе эксплуатации находится под постоянным избыточным давлением изоляционного масла для предотвращения частичных разрядов в структуре изоляции;

2. технология изготовления кабеля предусматривает тщательную термовакуумную обработку изоляции и масла для обеспечения минимальных диэлектрических потерь в изоляции, которые определяют высокий ресурс работы кабеля.

На рисунке 3 приведена конструкция МНК низкого давления, а на рисунке 4 – МНК высокого давления в стальной трубе.

Рис 3. Конструкция силового кабеля высокого напряжения из сшитого ПЭ.

Где 1 – канал для циркуляции масла, 2 – Z-образные проволоки токопроводящей жилы, 3 – сегментные проволоки жилы, 4 – слой изоляции из уплотнённой бумаги, 5 – слой изоляции из неуплотнённой бумаги, 6 – экран из электропроводящей бумаги, 7 – свинцовая оболочка, 8 – уплотняющие ленты, 9 – защитные покровы.

Рис 4. Конструкция маслонаполненного кабеля высокого давления в

стальной трубе.

Где 1 – бумажная изоляция пропитанная маслом, 2 – стальная труба, 3 – экран из медной ленты, 4 – медная проволока скольжения, 5 – токопроводящая жила, 6 – антикоррозионное покрытие.

Несмотря на все достоинства кабелей переменного напряжения, имеется п крайней мере одна область, где их использование практически невозможно, именно — передача электроэнергии на большие расстояния. Зарядный ток I_з (ток утечки через изоляцию кабеля) уменьшает передаваемую мощность, причём значение I_з, а значит, и отбираемой мощности пропорционально длине l кабельной линии:

(1)

Где U – фазное напряжение; – угловая частота; C₀ – электрическая ёмкость фазы кабеля на единицу длины.

По достижении некоторой, так называемой критической длины l_кр ток I_з окажется равным допустимому току нагрузки на кабель, что сделает передачу энергии невозможной. Значения l_кр ориентировочно составляют несколько десятков километров.

Кабели высокого постоянного напряжения, у которых I_з = 0, зачастую являются единственно возможным техническим решением для передачи энергии на большие расстояния, в первую очередь – при пересечении больших водных пространств.

Материалы токопроводящих жил

Проводники – общее название элементов линий электропередачи, проводов, кабелей, шин – различают по токопроводящему материалу и наличию изоляции. Токопроводящие материалы представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Токопроводящие материалы

Материал	Удельное сопротивление, Ом • мм2/м	Температура плавления, °C
Медь	0,017 - 1,018	1083
Алюминий	0,026 – 0,028	660
Сталь	0,10 – 0,14	1500

Кабели с натриевыми жилами на сегодня еще не получили широкого применения, и их ограниченное количество находится в стадии экспериментальных исследований и опытной эксплуатации. Сталь применяется только в случаях высоких требований по механической прочности: в троллейных линиях; в качестве центрального троса в сталеалюминевых проводах; для малых нагрузок (в сельских сетях). Сталь требует её оцинковывания, присадки до 0,4% меди. Медь и алюминий – основные материалы проводников.

В изготовлении силовых кабелей первое место среди материалов занимает электротехническая медь, которую получают в процессе электролитического рафинирования. Данный процесс недешев, однако именно он дает наиболее качественный проводник. Из шести классов токопроводящих жил, на которые согласно ГОСТу подразделяется данная продукция, лишь медь подходит для применения в изделиях всех классов, в том числе в кабелях повышенной гибкости.

Жилы кабелей и проводов производятся из электролитической меди М0 и М1, которая отличается определённой чистотой – 99,95% и 99,9% доля меди соответственно. Различные добавки к меди могут снижать её проводящую способность, увеличивать прочность либо придавать определённый комплекс изменения свойств. Медные токоведущие жилы могут быть мягкими и твёрдыми – отожжённые и не отожжённые соответственно. Маркируются согласно с аббревиатурой ММ и МТ.

Алюминий занимает второе место среди используемых материалов в сфере производства проводов и кабелей. Но так как цены на медь с 2008 года выросли в четыре раза (да и до этого медь была намного дороже алюминия), значение алюминиевой катанки все увеличивается. Свойствами алюминия (низкой стойкостью на излом) обусловлено то, что жилы из него не используют в гибких кабелях, а только для стационарной прокладки. Для электрических проводников применяют алюминий (Al) марок А1 и А2, в котором подмешаны десятые доли процента железа и кремния. Эти примеси ухудшают проводимость, к другим нежелательным элементам относят: титан, ванадий, марганец и магний. Если первым недостатком алюминия считают низкую электропроводность, то второй – это определённая хрупкость, которая усугубляется в температурных условиях свыше 150⁰C. При упрочнении алюминиевой проволоки (например, волочением) единовременно понижается её проводимость (всё взаимосвязано).

По механическим параметрам различают несколько видов проволоки: АТ –алюминий твёрдый не отожжённый; АПТ – алюминий полутвёрдый с частичным отжигом; АМ – алюминий мягкий отожжённый.

Провода из меди могут выдерживать больше изгибов в одном и том же месте, чем алюминиевые (восемьдесят против двенадцати). Но если речь идет о, например, квартирной проводке, спокойно лежащей внутри стены, то стойкость к изгибам, разумеется, теряет значение.

Жилы из меди сечением до 12 мм2 делают однопроволочными, 25–95 мм2 могут быть много- или однопроволочными, а с 120 до 800 мм2 уже только многопроволочными.

Алюминий более мягок, а потому однопроволочные жилы из алюминия могут быть толще. Для алюминиевых жил те же самые цифры выглядят следующим образом: меньше 35 мм2 – однопроволочные, 50–240 мм2 – однопроволочные или многопроволочные, и от 300 до 800 мм2 – исключительно многопроволочные.

С точки зрения устойчивости к окислению ситуация в целом одинакова, окисление алюминия, о котором говорят его противники, происходит лишь на поверхности, тогда как внутри жила сохраняет превосходные электропроводящие свойства. Примерно та же ситуация с медью – окисление идет поверхностно, но у меди еще и гораздо медленнее.

Алюминиевые жилы чаще применяют в промышленности (сварочной и металлургической), тогда как медные в основном являются материалом для электротехники и прокладки кабелей в жилых зданиях. Кроме того, для алюминиевого кабеля характерен гальванический эффект, который ведет к электрокоррозии и снижает эффективность провода. Поэтому, несмотря на дороговизну медного кабеля, в особенно ответственных конструкциях применяют именно его.