Электроматериаловедение - Кабели

§ 23. Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией

Рис. 23. Сечения многопроволочных жил кабелей:
а — круглая неуплотненная жила, б — круглая уплотненная жила, в — секторная уплотненная жила, г — сегментная уплотненная жила
Силовые кабели с резиновой изоляцией применяются для передач» и распределения электрической энергии в установках напряжением 660 В переменного тока и до 1000 В постоянного тока. Кабели с резиновой изоляцией могут прокладываться на трассах с неограниченной разностью уровней прокладки. Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией выпускаются одно-, двух- и трехжильными с сечением жил от 1 до 500 мм2. Жилы состоят из проволок, изготовленных из отожженной меди (ММ), и имеют круглую форму (рис. 23). Каждая жила изолирована электроизоляционной резиной и прорезиненной тканью (фазовая изоляция).
Толщина резиновой изоляции составляет 1—5 мм.
В многожильных кабелях изолированные жилы скручены (свиты) друг с другом и заключены в общую защитную оболочку, которая изготовляется из свинца (рис. 24), полихлорвинилового пластиката * или из специальной светостойкой резины.
Промежутки между скрученными изолированными жилами внутри кабеля заполняют кабельной пряжей (междуфазное заполнение), пропитанной противогнилостным составом. С целью повышения электрической прочности кабелей на постоянное напряжение 3000-М 0 000 В на их скрученные изолированные жилы накладывают общую поясную изоляцию из резины. Поверх нее накладывается защитная оболочка из свинца, полихлорвинилового пластиката или из специальной резины.
Радиальная толщина свинцовой оболочки колеблется в пределах от 1,05 до 2,0 мм, а толщина полихлорвиниловой и резиновой оболочки находится в пределах от 2 до 4 мм. Чем больше диаметр кабеля под оболочкой, тем больше толщина защитной оболочки.
Для защиты кабелей они снабжаются еще броневым покровом из стальных лент или из плоских стальных проволок.

Рис. 24. Силовой кабель с резиновой изоляцией в свинцовой оболочке, небронированный (марки СРГ):
1 — медная многопроволочная жила, 2 — изоляция из вулканизированной резины. 3—покрытие (оболочка) из прорезиненной ленты, 4— поясная изоляция, 5 — свинцовая оболочка, 6 — междуфазное заполнение
Броневой  покров накладывают на защитную оболочку из свинца, полихлорвинилового пластиката или специальной резины.
Между защитной оболочкой и броневым покровом (рис. 25) прокладывают слой из пропитанной кабельной бумаги или пряжи.

Рис. 25. Силовой кабель с резиновой изоляцией в свинцовой оболочке, бронированный стальными лентами с наружным защитным покровом (марка СРБ):
1 — медная многопроволочная жила, 2— изоляция из вулканизированной резины, 3 —покрытие (обмотка) из прорезиненной ленты, 4 — междуфазное заполнение, 5 — поясная изоляция, 6 — свинцовая оболочка,
7 — антикоррозионное покрытие, 8 — нижняя подушка, 9 ~ броневой покров из стальных лент, 10 —наружный защитный покров из грубой пропитанной пряжи
Этот промежуточный слой (нижняя подушка) предохраняет защитную оболочку от возможных повреждений ее броневым покровом. Для защиты стальных броневых покровов от коррозии (ржавление) поверх них накладывают слой грубой пряжи (верхняя подушка), пропитанной водостойким битуминозным составом, в который введен антисептик (нафтенат меди). Последний обеспечивает устойчивость джутовой пряжи против разрушающего действия микроорганизмов при прокладке кабелей в земле.

Кабели с резиновой изоляцией

Основной сортамент кабелей с резиновой изоляцией и медными жилами приведен в табл. 15. На рис. 24 и 25 показаны типичные конструкции кабелей с резиновой изоляцией. В двухжильных небронированных кабелях при сечении жил до 6 мм2 включительно последние располагаются параллельно друг другу (рис. 26).
Толщина резиновой изоляции на жилах в кабелях составляет 1—5 мм. Чем больше сечение жилы и чем выше номинальное напряжение кабеля, тем больше толщина резиновой изоляции.
Широкое применение получили кабели с алюминиевыми жилами с резиновой изоляцией жил (марки этих кабелей: АСРГ; АСРБГ; АСРБ; АВРГ; АВРБГ; АВРБ и др.). Конструкции этих кабелей аналогичны конструкциям кабелей с медными жилами.

Кроме кабелей с резиновой изоляцией жил, выпускаются кабели с пластмассовой изоляцией: полиэтиленовой или из полихлорвинилового пластиката . Кабели с пластмассовой изоляцией жил изготовляются на напряжения от 660 до 35 000 В (35 кВ). У всех кабелей на напряжение от 6000 В и выше на каждую изолированную жилу накладывают экран — оболочку из полупроводящей резины, бумаги * или из медной фольги.

*Полупроводящая бумага наполненная ламповой сажей.

Рис. 26. Силовой кабель с резиновой изоляцией в оболочке из полихлорвинилового пластиката (марка ВРГ):
1 — однопроволочные жилы, 2 —изоляция жил из вулканизированной резины, 3 — оболочка из полихлорвинилового пластиката
Толщина пластмассовой изоляции жил кабелей напряжением до 1 кВ составляет 1,6—2,0 мм, на 6 и 10 кВ — 3,5—5,5 мм; на 20 кВ — 7 мм и 35 кВ — 12 мм.
Кабели на напряжения 10, 20 и 35 кВ кроме полупроводящего или проводящего (медная фольга) экрана, наложенного на изоляцию жилы, имеют еще экран, наложенный непосредственно на жилу кабеля. Это направлено на выравнивание напряженностей электрического поля в слое изоляции каждой жилы, а следовательно,  к повышению электрической прочности изоляции кабеля.
Жилы кабелей с пластмассовой изоляцией (полиэтилен ВД или полихлорвиниловой пластикат), скрученные друг с другом, заключены в оболочку из полихлорвинилового пластиката, полиэтилена, алюминия или в оболочку из стальной гофрированной ленты. На оболочки некоторых конструкций кабелей накладываются еще броневые покрытия из стальных лент. Они предназначены для защиты кабелей от возможных механических повреждений (прокладка кабелей в земле и по стенам зданий). Кабели с пластмассовой изоляцией могут использоваться при температуре окружающей среды: от —50 до +50°С, а длительно допускаемая температура самого кабеля + 70° С. Кратковременная максимально допустимая температура жил кабелей с полиэтиленовой изоляцией +120° С, а жил с полихлорвиниловой изоляцией + 150° С.
Кабели с пластмассовой изоляцией жил, как и кабели с резиновой изоляцией, предназначены для стационарной прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней, так как в них отсутствует какая-либо пропиточная жидкость, склонная к перетеканию.

§ 24. Кабели с бумажной изоляцией

Наибольшее применение получили кабели с бумажной пропитанной изоляцией как наиболее дешевой и обеспечивающей высокую электрическую прочность.
Силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией выпускают на напряжения 1, 3, 6, 10, 20, 35 кВ и выше. Здесь рассматриваются широко применяемые кабели до напряжения до 35 кВ.
1 — медная многопрополочная жила, 2 — бумажная пропитанная изоляция, 3 — междуфазное заполнение, 4 —поясная изоляция, 5 — свинцовая оболочка, б — защитный покров (нижняя подушка), 7 —броневой покров из стальных лент, 8 — верхний защитный покров из грубой пропитанной пряжи

Рис. 27. Силовой кабель с бумажной изоляцией жил в свинцовой оболочке, бронированный (марка СБ):
Токопроводящие жилы кабелей изготовляют из мягкой медной проволоки (марки ММ), а также из алюминиевой мягкой или твердой проволоки (марки AM и АПТ). Как и в кабелях с резиновой изоляцией, токопроводящие жилы сечением до 16 мм2 включительно изготовляют однопроволочными. Начиная с сечения 25 мм2 и выше, жилы кабелей изготовляют многопроволочными (рис. 27 и 28)*.

*Однопроволочные медные жилы изготовляют сечением до 16 мм2 включительно; однопроволочные алюминиевые жилы — сечением до 50 мм2 включительно.

Это необходимо для обеспечения определенной гибкости кабелей.
Сечения токопроводящих жил могут иметь круглую, сегментную или секторную формы (см. рис. 23).
В одножильных кабелях применяют жилы круглой формы, в двухжильных — круглые или сегментные, а в трех- и четырехжильных кабелях — секторные.

Рис. 28. Силовой кабель с бумажной изоляцией жил в алюминиевой оболочке, бронированный (марка АБ):
1 — медная многопроволочная жила, 2 — бумажная пропитанная изоляция, 3— междуфазное заполнение, 4— поясная изоляция, 5 — алюминиевая оболочка, 6 — защитный покров (нижняя подушка), 7 — броневой покров из стальных лент,8 — верхний защитный покров из грубой пропитанной пряжи                                                      

Сегментная и секторная формы жил дают возможность наиболее плотно расположить их в кабеле, что обеспечивает меньший объем кабеля. С этой же целью круглые жилы делают уплотненными (см. рис. 23, б). Каждая из жил в кабеле имеет изоляцию, состоящую из нескольких слоев кабельной бумаги толщиной 0,125 или 0,175 мм, пропитанной вязким электроизоляционным составом, состоящим из минерального масла и растворенной в нем канифоли. Для крутонаклонных и вертикальных прокладок применяют кабели с бумажной изоляцией жил, но с обедненной пропиткой или пропиткой их вязкими составами . При обедненной пропитке бумажной изоляции кабеля изоляционный пропиточный состав находится только в порах и капиллярах бумаги, а излишки его удаляются. Это исключает стекание изоляционного пропиточного состава при вертикальной или крутонаклонной прокладке кабеля.
Толщина бумажной изоляции жил в многожильных кабелях лежит в пределах от 0,75 до 2,4 мм — для кабелей на напряжение до 1 кВ и от 2 до 2,75 мм — для кабелей на напряжение до 10 кВ с поясной изоляцией. Толщина изоляции жил в одножильных кабелях и в кабелях с отдельно освинцованными жилами находится в пределах от 1,2 до 2,4 мм — для кабелей на напряжение от 1 до 6 кВ и от 3,5 до 7,0 мм — для кабелей на 10 и 20 кВ. У кабелей па напряжение 35 кВ толщина слоя изоляции жилы равна 9—11 мм. Наложение изоляции на жилу производится посредством многократной обмотки жилы бумажными лентами шириной от 6 до 35мм. В многожильных кабелях верхняя бумажная лента каждой жилы имеет отличительную окраску, что необходимо для распознавания фаз при разделке кабелей.     
Изолированная жила одножильного кабеля или скрученные жилы многожильных кабелей заключают в герметическую оболочку из свинца или алюминия (см. рис. 27 и 28). Промежутки между скрученными жилами заполняют жгутами из пропитанной бумаги (междуфазное заполнение). В кабелях на напряжение до 10 кВ включительно на скрученные друг с другом изолированные жилы накладывают еще поясную изоляцию, поверх которой располагают герметическую оболочку из свинца или алюминия. Для защиты герметических оболочек от возможных механических повреждений на последние накладывают броневой покров из стальных лент или стальных проволок. Броневой покров накладывают не непосредственно па свинцовую или алюминиевую оболочку, а на подушку, состоящую из последовательно наложенных (на герметическую оболочку) слоев бумаги и кабельной пряжи, пропитанных битумными и другими составами. В кабелях, предназначенных для прокладок в помещениях с химически агрессивными средами (кабели марок: СБв, СКв, СПв и др.), подушку под броню изготовляют из последовательно наложенных слоев пропитанной бумаги и лент полихлорвинилового пластиката.
Для защиты броневого покрова от коррозии на него накладывают защитный покров из грубой кабельной пряжи, пропитанной противогнилостным битуминозным составом. На броневой покров кабелей, предназначенных для прокладки в пожароопасных помещениях и шахтах, защитный покров из пропитанной пряжи не накладывают (кабели марок: СБГ, СПГ и др.). Кабели, предназначенные для прокладки в местах, где механические повреждения исключаются, не снабжаются броневыми покровами (кабели марок СГТ, АСГТи др.).
Кабели на напряжения 20 и 35 кВ изготовляют с отдельно освинцованными жилами (рис. 29), т. е. на каждую из трех изолированных жил круглого сечения накладывают свинцовую оболочку. Освинцованные жилы скручивают друг с другом, а промежутки между ними заполняют пропитанной кабельной пряжей. На три освинцованные скрученные жилы накладывают несколько слоев пропитанной хлопчатобумажной ленты (нижняя подушка). Затем кабель покрывают броневым покрытием из стальных лент, защищенных от коррозии пропитанной кабельной пряжей (защитный покров).

Рис. 29. Силовой кабель с бумажной изоляцией с отдельно освинцованными жилами (марка ОСБ):
1 — круглая медная многопроволочная жила, 2 — бумажная пропитанная изоляция, 3 — свинцовая оболочка жилы, 4 — междуфазное заполнение, 5 — защитный покрои (нижняя подушка), 6 — броневой покров из стальных лент, 7—верхний защитный покров из грубой пропитанной пряжи

Свинцовые оболочки, наложенные на каждую из трех жил кабеля, являются электрическими экранами. Они обеспечивают более равномерное распределение силовых линий электрического поля в изоляции каждой жилы в радиальном направлении и усиливают теплоотвод. Благодаря этому повышается электрическая прочность, а следовательно, и надежность работы кабелей.
Сечения жил у одножильных кабелей находятся в пределах от 2,5 до 800 мм2, а у многожильных — от 2,5 до 240 мм2.
В табл. 16 приведен сортамент нескольких кабелей с бумажной изоляцией в свинцовой оболочке на напряжения до 35 кВ включительно.
Кроме кабелей в свинцовой оболочке, выпускаются кабели в алюминиевой защитной оболочке (кабели марок: АБ; АБГ; АПГ и др.).
Таблица 16
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой оболочке

Так как алюминий обладает более высокими механическими  характеристиками по сравнению со свинцом, то алюминиевые оболочки делают меньшей толщины *. Кабели с алюминиевыми оболочками имеют меньший диаметр и вес по сравнению с кабелями в свинцовой оболочке. Для обеспечения коррозионной устойчивости алюминиевых оболочек применяют проводниковые сорта алюминия с содержанием этого металла не менее 99,7%.

*В масляный состав вводят 30—32% синтетического церезина для увеличения вязкости пропиточного состава.

Конструкции силовых кабелей для постоянного тока на напряжение до 3 кВ не отличаются от конструкций кабелей на соответствующее напряжение переменного тока.
Кабели на напряжение выше 35 кВ (110 кВ и выше) изготовляют тоже с бумажной изоляцией жил, но пропитанной маловязким, легкоподвижным маслом, которое находится внутри кабеля под повышенным давлением (4—14 ат). Такие кабели называются маслонаполненными. Особенностью этих кабелей является то, что масло внутри может легко перемещаться по центральной полой жиле под давлением, создаваемым подпитывающей аппаратурой, присоединенной к оболочке кабеля. Наличие маловязкого масла, находящегося под давлением, позволяет создать бумажно-масляную изоляцию жил с повышенной электрической прочностью.
Кроме маслонаполненных кабелей, находят применение газонаполненные кабели на напряжение до 220 кВ. Внутри оболочек этих кабелей находится какой-либо инертный газ (азот, фреон и др.) под давлением от 0,7 до 20 ат. Жилы газонаполненных кабелей имеют бумажную изоляцию, пропитанную уменьшенным количеством масла (обедненная изоляция). Внутреннее пространство такого кабеля заполнено газом под давлением, создаваемым специальными установками, присоединенными к оболочке кабеля. В качестве оболочек газонаполненных кабелей высокого давления (10—15 ат) применяют стальные трубы. Газ, находящийся внутри кабеля под давлением, обеспечивает высокую электрическую прочность изоляции жил кабеля.
Из-за сложности конструкций газонаполненные кабели имеют пока ограниченное применение.