Силови кабели средно напрежение

Cъвременните силови кабели представляват сложно технологично изделие, което в най-общия случай се състои от токопроводящо жило, изолация и защитен слой. Освен тях, силовите кабели могат да съдържат и допълнителни елементи като нулево жило, пълнители, екрани, жила на защитно заземление и др.

Кабелите за средно напрежение обхващат диапазона от 6 до 36 kV. Те се използват широко за пренос и разпределение на електрическа енергия, особено в големи градове и промишлени предприятия, където нивото на потребление и плътност на товара са особено високи. От тях се очаква да работят дълго, безотказно и да доставят достатъчно мощност на потребителите.

Видове изолации за кабели СН

Кабели с оловна или алуминиева обвивка с изолация от напоена с масло хартия. Кабелите с хартиена изолация, пропита с кабелно масло, се изработваха в продължение на много години. В последно време стана възможно по тази технология да се изработват кабели за напрежение до 750 kV и честота 50 Hz, но най-често те се употребяват за напрежения до 35 kV включително.

Тези кабели се използват изключително за фиксиран монтаж и малка денивелация на трасето. За защита на хигроскопичната хартиена изолация в конструкцията е предвидена изолация от олово или алуминий. Алуминиевата предпазна обвивка е по-евтина, но не е издръжлива в агресивни среди. Там трябва да се използват кабели с предпазна обвивка от олово.

Силови кабели с гумена изолация. Този вид кабели се използват за стационарен монтаж в мрежи до 10 kV и най-вече за постоянен ток. Предназначени са за полагане в трасета с неограничена разлика в нивата. Те са много устойчиви във вода и са много гъвкави. Особено подходящи са за подвижни консуматори. Недостатък е, че гумата е неустойчива на ултравиолетови лъчи и озон, затова в конструкцията понякога имат стоманена броня, която ги защитава от разрушителни фактори.

Силови кабели с поливинилхлоридна изолация. Те са предвидени за фиксиран монтаж и експлоатация и се използват за напрежение до 6 kV. Изолацията от поливинилхлорид е една от най-евтините кабелни изолации. Има сравнително добра еластичност, а при поставяне в нея на присадки може да добие желани свойства (например, да стане студоустойчива, топлоустойчива). Тези кабели имат понижена пожаробезопасност.

Силови кабели с полиетиленова изолация. Този нов вид изолация имаше за цел да замени остарелите кабели от пропита с масло хартия. В началото бяха разработени кабели за напрежение 6 kV и със сечение 35 - 200 mm2. В сравнение с хартиените те издържат на по-висока температура, влага и не изискват подгряване при полагане при отрицателни температури.

По пропускателна способност кабелите с изолация от омрежен полиетилен значително превъзхождат кабелите с хартиена изолация. По международни стандарти този тип кабели са изчислени за номинална работна температура 90 оС, а в авариен режим може да достигне 160 оС и кратковременно 250 оС. За хартиено-маслените тези температури са с поне 20 оС по-ниски.

Този тип кабели имат и други предимства, например те са екологични заради това, че нямат течни диелектрици. Напоследък кабелните линии се изграждат от кабели с едножилна конструкция. Това осигурява лесно монтиране при много тежки условия (полагане при околна температура минус 20 оС). Добре понасят денивелация и при този тип няма ограничение (за хартиено-маслените допустимата денивелация е 15 m).

Използват се еднакво успешно както при ниски така и при високи, и свръхвисоки напрежения, издържат висока температура, имат голяма механична здравина и са по-леки. При претоварване лесно се избягва късото съединение между жилата им.

Изолацията от XLPE се превърна в реална алтернатива на поливинилхлорида (PVC) и хлорирания поливинилхлорид (CPVC). Директното излагане на слънчева светлина влияе пагубно на изолацията от XLPE. Затова кабелите имат специална обвивка за предпазване на електроизолационния слой. Разграждането под въздействие на ултравиолетови лъчи е много бързо.

При кабели с XLPE изолацията и полупроводящите и проводящи екрани се полагат в процес на тройна екструзия, след което се прави омрежване на тези слоеве. Така се постига по-добра адхезия между екраните и изолацията, а също така се допринася за отсъствие на газови включвания в изолацията и на границите с екрана. Това дава стабилност на електрическите характеристики на кабела в процеса на експлоатация.

Технологии за производство на омрежен полиетилен

Омрежването е процес на изменение на молекулярната структура и превръщането й в триизмерна, обемна структура поради образуване на много напречни и надлъжни връзки. При процеса молекулните вериги, съдържащи атоми на въглерода и водорода, под въздействие на външни фактори образуват пространствена мрежа. Има четири технологии за производство на омрежен полиетилен:

• пероксидна (нагряване в присъствие на пероксиди) - налягане от 8-9 bаr и температура 285-400 оС. Най-използваният метод за производство на кабели;

• Силанова - обработка в присъствието на влажна среда със силан и катализатор и температура 80-90 оС;

• Електронна - бомбардировка с електрони;

• Азотна.

Последните две технологии вече се използват много рядко.

Чрез омрежването се подобряват качествата на полиетилена, като се постига по-висока работна температура - 70 оС до 90 оС (или по-висока); кратко допустимата температура се увеличава от 140 оС до 350 оС (или по-висока); получава се по-голяма студоустойчивост; широк диапазон на експлоатационна температура; по-дълъг живот; високи електрически и механични параметри.

Кабелна арматура

Фирмите производители предлагат кабелна арматура и аксесоари за монтаж и експлоатация на кабелните електропроводи - кабелни глави, муфи за ниско и средно напрежение, кабелни капи, херметизиращи системи и др. Кабелната арматура трябва да е устойчива на стареене и на климатични условия. Използваната технология на термосвиваемост дава по-продължителен срок на експлоатация, механична и химическа устойчивост, надеждност на монтажа и безвредни отпадъци.

Кабелни глави са предназначени за 3-, 3.5- и 4-жилни кабели с пластмасова изолация със или без броня. Композитните кабелни глави са за монтаж на открито за напрежения от 120 kV до 170 kV. Конструирани са за работа при най-сурови условия на околната среда. Могат да се монтират на кабели с пластмасова изолация с различна конструкция.

Композитният им корпус се произвежда с път на утечка до 50 mm/kV, което го прави подходящ за работа в най-замърсени райони. Сухите самоносещи кабелни глави също са проектирани за работа при сурови климатични условия. В тях не се използва масло или гел за пълнеж. Могат да се монтират на всякакви кабели с пластмасова изолация.

Съвременните кабелни муфи са конструирани за напрежение до 220 kV и се състоят от 3 компонента. Те са подходящи за всички видове кабели с пластмасова изолация, като се обръща внимание на типа екран и бронята на кабела.

Кабелните капи са покрити с лепилен слой от вътрешната си страна и служат за херметизиране на кабели с пластмасова, каучукова и хартиено-импрегнирана изолация по време на транспорт, съхранение и полагане. От тях се произвеждат и термосвиваеми.

Херметизиращите системи осигуряват надеждно уплътняване срещу проникване на влага и газове в кабелните преходи в сгради под земята. Експлоатацията показва, че при качествен монтаж е налице пълна водо- и газонепроницаемост при екстремално налягане 0,1 MPa между стената и прехода и между кабела и прехода.

Конструкцията позволява отстраняване на старите кабели и инсталиране на нови в същия проход. При относително дебели стени преходът може да се удължи с още един такъв преход от същия вид. Херметизиращите системи обхващат още изолирани Т адаптери и прави адаптери за КРУ с вакуумни или елегазови проходни изолатори.

Гелове, компаунди и замазки за кабели в експлоатация

Освен по отношение на изолацията на кабелите усилено се работи и в друго направление - изработване на гелове и замазки за кабели в експлоатация. Целта е кабелите да придобият нови качества. Друго, не по-малко важно направление, е ремонтът на повредени външни повърхности на кабели в посока повишаване на пожароустойчивостта и механичната им издръжливост.

Разработени са специални замазки, възстановяващи повредени външни слоеве на кабелите. Нова е и системата, използваща специални безхалогенни блокове и модули от пожароустойчив еластомерен каучук, покриващи вече положения кабел. По този начин се постига ограничаване на пожар в кабелен тунел. Нов вид са и кабелите с алуминиева херметична обвивка с уплътнител и водоблокиращ пълнител.

Полупроводящият компаунд пак се екструдира на тънък слой съвместно с компаунда на кабелната обвивка още при изработката. Това иновативно решение позволява да се проверява целостта на кабелната обвивка в процеса на производството, транспортирането, контрола и при следващи периодични огледи.

Избор на кабели и проводници

Силовите кабели се отличават по конструкция, размери, използвани материали и се избират в зависимост от условията на експлоатация. Като проводник в кабелите най-често се използват алуминий или мед.

Кабелът трябва да бъде избран, взимайки предвид следните условия: напрежение, начин на полагане, околна температура, материал на проводника (мед или алуминий), големината на тока на късо съединение, допустимо нагряване, свързано със запазване на целостта на кабела и материала на изолацията, риск от механични или химични повреди и т.н. както и дължината на трасето, за да бъдат предвидени съответните падове в напрежението.

Напоследък се използва метод за бързо изчисление на кабелите средно напрежение. Този метод е базиран на т. нар. топлинен импулс от тока на късо съединение, и там се получава най-голямо изчислително сечение на кабела. При всички други условия сечението е по-малко.

Съвременни решения в кабелното производство

В производството на кабели две основни характеристики, свързани с изолацията, се оказаха от първостепенно значение. Първо, въвеждането на полупроводникови слоеве. Те са плътно прилепени към основната изолация на вътрешната и външна страна на изолацията от XLPE. Функцията на тези слоеве е да се избегнат изпълнени с въздух кухини между металните проводници и диелектрика, така че малките електрически разряди, които евентуално могат да възникнат, да застрашат изолацията.

Външният проводник или обвивка служат като заземителен слой и провеждат утечките, когато е необходимо. Тези слоеве трябва да са абсолютно гладки и плътни, без дори най-малки дефекти. Сливането между изолацията и тези слоеве трябва да бъде абсолютно равномерно в отсъствие на газови неплътности от всякакъв вид и размер.

На второ място, изолацията трябва да бъде без замърсявания, кухини или други подобни. Всеки дефект чувствително скъсява живота на кабела, който се очаква да бъде от порядъка на 40 или повече години. Сътрудничеството между кабелните производители и тези на суровини за производство на кабели е довело до тесни спецификации.

Повечето производители на XLPE суровини уточняват, че в "екстра чист" клас са гарантирани броят, размерът и големината на чуждите частици. Опаковката на суровината и разтоварването й трябва да става в абсолютно чисти помещения. Средата в машините за кабелното производство също трябва да е абсолютно чиста. Развитието на екструдерите за пластмаси е довело до изработване на кабели без дефекти и чисти изолации при процесите на екструзия и омрежване.

Новите конструкции екструдери имат по-добро разпределение на материалите, оптимални размери на разпределителното устройство и подават равномерен и балансиран поток. На изхода си имат непрекъснат контрол и бързо реагират и възстановяват заложените параметри. Тези нови технологии обезпечават гладка повърхност на прехода между електропроводящия слой и изолацията.

Тестът за крайния контрол на качеството е с високо напрежение и честота 50 или 60 Hz. С апаратура с много висока чувствителност се следи появата на частични разряди (в диапазона от 5 до 10 пикокулона (кулон - единица за електрически заряд, 1С=1А.1s). Изискванията за допустимото токово натоварване на кабелите са високи, ето защо са разработени кабели със сечение на токопроводимото жило до 2500 mm2.

Машинната обработка на проводници и кабели със сечение от 1,0 до 35,0 mm2 става само с един комплект ножове. Така автоматът напълно защитава не само едножилните проводници, но и кабелите с няколко слоя изолация. Това съществено намалява цената на крайния продукт.