Cabluri de alimentare de înaltă tensiune cu izolație din hârtie acoperită cu plumb și presetupe

Cablurile de alimentare sunt destinate transportului si distributiei energiei electrice in zona si alimentarii acesteia cu colectoare de curent.

Deși cablurile sunt mai scumpe de instalat decât liniile aeriene, acestea sunt din ce în ce mai folosite ca soluție preferată. Astăzi, cablurile de înaltă tensiune sunt operate în principal la niveluri de tensiune de 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV și 400 V.

În timp ce astăzi se produc aproape numai cabluri cu izolație din plastic și teaca XLPE, cablul clasic de înaltă tensiune este așa-numitul cablu de hârtie.

Cablurile XLPE au început să fie așezate pe scară largă înainte de anii 1980, deși în unele țări acest proces a început mai târziu. O caracteristică deosebit de notabilă a acestui nivel de tensiune este varietatea uriașă de tipuri alternative de cabluri polimerice.

Cabluri de alimentare izolate cu hârtie (stânga) vs. cablu XLPE

Cabluri de alimentare cu izolație din hârtie impregnată

Cablurile de plumb izolate cu hârtie au aproape aceeași structură de bază pentru niveluri de tensiune de la 400 V la 35 kV.Ele au fost folosite pentru transmiterea energiei încă de la introducerea primelor sisteme de putere la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Cablu de alimentare cu înveliș cu plumb din secolul al XX-lea

Pentru tensiuni de funcționare de până la 35 kV inclusiv, astfel de cabluri sunt realizate cu izolație din hârtie de cablu impregnată cu colofoniu ulei într-o manta de plumb și armătură, în funcție de condițiile de pozare.

Cablurile și firele așezate pe nave utilizate în industria minieră și prelucrătoare și în agricultură sunt realizate în principal cu izolație din cauciuc sau plastic într-un furtun flexibil din cauciuc sau PVC.

Cablurile de alimentare se disting prin numărul de nuclee: unul, doi, trei și patru fire. Conductoarele pot fi cu un singur fir sau cu mai multe fire și au formă - rotundă, sectorială, segmentată și ovală.

După cum am menționat mai sus, un cablu cu trei fire cu o tensiune de până la 6 kV a apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea. La început, era un cablu cu fire rotunde de cupru, un strat gros de izolație impregnată cu hârtie pe fire și aceeași grosime cu un strat comun de izolație (curea) pe firele izolate răsucite împreună, adică sub un plumb. teacă.

Un exemplu de cablu de plumb într-o reclamă Kabelwerke Brugg din 1927.

Pozarea unui cablu de 30 kV în Germania în 1928.

Dezvoltarea cablului de alimentare merge pe linia creșterii tensiunii de lucru a cablului și a fiabilității funcționării acestuia, dar nu prin creșterea în continuare a grosimii stratului de izolație, ci prin îmbunătățirea calității și îmbunătățirea utilizării cablului de izolație. materialul din cablu.

Îmbunătățirea indicatorilor economici ai cablului, i.e.mai presus de toate, reducerea prețului acestuia este determinată de economisirea materialelor de bază datorită utilizării mai bune a acestora și îmbunătățirii procesului tehnologic (reducerea ciclului de producție, reducerea deșeurilor și a rebuturilor în producție).

În anii 1920, conductorii rotunzi din cablurile de putere multipolare au fost înlocuiți cu conductori de segment și sector, deoarece nivelul producției de cabluri a crescut atât de mult în acest moment încât a devenit posibil să se producă cabluri de putere fiabile cu conductori nerotunzi de până la 10 kV inclusiv. .

Principalul tip de cablu de alimentare din hârtie impregnată este cablul sectorial.

Acest cablu are un strat izolator pe fiecare miez (izolatie de faza) si un strat izolator comun peste cele trei miezuri izolate rasucite intre ele (izolare curea).Un astfel de cablu se numeste cablu cu izolatie cu centura sau, dupa tipul de camp electric din acesta, un cablu cu câmp neradial, iar după tipul de impregnare - cablu cu impregnare vâscoasă.

Pentru a desemna un cablu de acest tip, se folosesc simboluri (mărci) în funcție de tipul de ecran și capacul exterior, de exemplu:

• SG - cablu fără armură și capace peste plumb,
• CA — se aplică un strat de asfalt pe mantaua de plumb,
• SB - deasupra plumbului este o armură din două benzi de oțel și o acoperire din fire de cablu impregnate cu bitum (iută),
• SBG - la fel ca designul anterior, dar fără acoperire de iută peste bara de protecție,
• OP și SK — cablu cu o armură de fire plate sau rotunde.

Prima literă a mărcii indică prezența unei carcase, iar ultima indică tipul de huse de protecție.

Pentru a economisi plumbul prin reducerea diametrului cablurilor de alimentare cu mai multe fire (două, trei și patru fire), conductorii cablului nu sunt rotunzi, ci sub formă de sector sau segment.

Un cablu cu trei fire cu conductori sectoriali este cu aproximativ 15% mai mic în diametru decât un cablu cu conductori rotunji de aceeași secțiune transversală. Economiile de plumb rezultată din introducerea conductoarelor de sector în cablurile cu trei conductoare poate fi estimată la o medie de 20%.

Conductorii unui cablu trifazat pot fi sub forma unui oval care se apropie de o elipsă. Avantajul acestei forme de vene este că vena ovală nu are colțuri atât de ascuțite precum vena sectorială.

Utilizarea conductorului oval în cablurile de înaltă tensiune de 35 kV poate oferi o anumită compensare pentru modificările termice ale compoziției de impregnare în stratul izolator al cablului și, astfel, să îmbunătățească calitatea cablului.

Principalele materiale izolante din care este realizat stratul izolator al cablului de alimentare în fabrica de cabluri sunt hârtia de cablu și compusul de citire.

Impregnarea stratului de hârtie al cablului se realizează pentru a înlocui aerul din hârtie și dintre straturile de benzi de hârtie cu ulei mineral sau alt compus de impregnare care este mai puternic în legătură electrică.

Rolul hârtiei nu este doar de a reține compusul de impregnare. Prezența hârtiei în stratul de izolație al cablului face posibilă obținerea unui strat de izolație a cărui rezistență la rupere este de aproximativ 3 ori mai mare decât rezistența la rupere a amestecului de impregnare.

Hârtia de cablu folosită pentru producerea stratului izolator al cablurilor de alimentare trebuie să aibă anumite proprietăți mecanice care să asigure o suprapunere strânsă a benzilor de hârtie pe miezul cablului, proprietăți fizice necesare pentru implementarea corectă a procesului de impregnare și să nu conțină impurități, care reduc proprietăţile electrice ale hârtiei după impregnare.

Construcția cablului de 20 și 35 kV cu izolație cu centură nu poate oferi suficientă fiabilitate în funcționare, în principal din cauza prezenței componentelor de gradient tangenţial în izolația cablului cauzate de neradialitatea câmpului electric.

La această tensiune, se aplică o structură cu trei vene de plumb răsucite într-o armătură comună, desemnată convențional de marca OSB. Acest design a fost propus pentru prima dată în 1923 de A. Yakovlev și S. M. Bragin.

Cablurile de înaltă tensiune pentru tensiuni de peste 20 kV au fost întotdeauna produse ca cablu unic, adică. cu un câmp electric radial, deoarece în acest caz fiabilitatea cablului la tensiune înaltă este de o importanță deosebită.

Pentru 110 și 220 kV sunt utilizate în principal cabluri umplute cu ulei a cărei caracteristică principală este că izolația din hârtie a acestui cablu este impregnată cu ulei mineral cu vâscozitate scăzută, care se poate deplasa cu ușurință de-a lungul cablului de-a lungul miezului central gol sub influența presiunii în exces creată în cablu.

Când temperatura cablului se modifică, uleiul care se mișcă liber face posibilă compensarea cu ajutorul echipamentelor de putere a modificărilor de temperatură ale volumului din stratul izolator, care în cablul cu impregnare vâscoasă duc la formarea de goluri și distrugere.

Prezența unui miez gol face posibilă uscarea și alimentarea cablului în producție, astfel încât practic să nu rămână bule și incluziuni de gaz în el.

În producție, cablul este înfășurat pe un tambur și conectat la un rezervor special de ulei sub o anumită presiune pozitivă. Datorită acestui dispozitiv, incluziunile de gaz nu se formează în cablu, chiar și în cazul schimbărilor semnificative de temperatură.

Cablu modern OSB-35 3×120 pentru tensiune 35 kV

Garnituri pentru cabluri

Capetele și conectorii sunt furnizate pentru a permite cablurilor să fie conectate la alte echipamente sau între ele.

Deoarece cablurile sunt realizate la o lungime limitată, sunt necesare fitinguri de conectare - așa-numitele presetupe. Sarcina cutiei de cablu este de a conecta cele două capete ale cablului unul la celălalt.

O demonstrație a unei conexiuni prin cablu de 30 kV de la Muzeul Leipzig care, atunci când este deschisă, arată cum funcționează o astfel de conexiune prin cablu:

Conexiunea directă a firului de aluminiu este sudată și prelucrată cu pilă din aluminiu. În cazul firelor de cupru, se pun așa-numitele manșoane de lipit, se lipează miezurile de cablu.

Conductoarele metalice goale sunt împachetate manual cu hârtie de ulei de 10 până la 30 mm până când grosimea izolației este de 2,5 ori grosimea izolației cablului.

Înainte de înfășurare, amestecul de cablu și hârtia trebuie încălzite la 130 de grade, astfel încât umiditatea să poată fierbe. Pentru aceasta au fost folosite sobe deschise de cărbune. Desigur, acest lucru a fost posibil doar în aer liber.

Pentru a preveni pătrunderea umezelii în bucșe, se folosește o bucșă interioară fabricată din fabrică din plumb sau oțel galvanizat pentru a conecta mantalele de plumb și a le lipi strâns.

Cu puțin timp înainte de sfârșitul procesului de lipire, compusul pentru cablu este turnat în gaură pentru a evita buzunarele de aer.

Când se efectuează procesul de impregnare a cablului de alimentare, trebuie luate toate măsurile pentru a evapora umiditatea rămasă în stratul de izolație înainte de impregnare. și impregnați cât mai complet întregul strat de izolație al cablului, minimizând incluziunile de aer care se pot forma în stratul de izolație în timpul șoaptelor NS.

Compusul de impregnare trebuie să fie supus curățării periodice a impurităților mecanice, tratament cu vid pentru a elimina umezeala acumulată în timpul impregnării cablului și degazare pentru a elimina gazul (aerul) dizolvat în acesta.

Înainte ca așa-numitul „manșon interior de plumb” să fie închis într-o carcasă din oțel turnat și umplut cu izolație din rășină, trebuie realizate conexiuni metalice între armarea benzii de oțel și mantaua de plumb.

După răcire timp de cel puțin 3 ore, priza instalată poate fi folosită o perioadă foarte lungă de timp (30 de ani sau mai mult).

Pentru mai multe informații despre dispozitivul și tehnologia de instalare a etanșării cablurilor pentru cablurile de alimentare, vezi aici:Conectori cablu de alimentare