Кабели на напряжение 110—500 кВ получают все большее применение для вывода мощности от энергоблоков ГЭС к ОРУ или пунктам перехода, передачи электроэнергии через труднопроходимые местности с высокой плотностью застройки, с сильной степенью загрязнения окружающей среды, большие водные пространства и т. п., глубоких вводов электроэнергии в города, электроснабжения энергоемких промышленных предприятий, а также для ввода высокого напряжения непосредственно в цехи для питания мощных агрегатов от трансформаторов с кабельными вводами.
Изготовление силовых кабелей с бумажной изоляцией, пропитанной маслоканифольным составом, на напряжение выше 35 кВ не представляется возможным из-за наличия в изоляции воздушных и газовых включений. Под действием электрического поля в них возникает ионизация, которая сопровождается повышением температуры изоляции, что вызывает ускоренное местное старение изоляции, снижает ее электрическую прочность, В процессе эксплуатации при нагреве кабеля за счет рабочего тока все его элементы, в том числе пропитывающий состав, увеличиваются в объеме. После охлаждения кабеля оболочка и бумажная изоляция из-за остаточных деформаций не в состоянии занять свое прежнее положение и не оказывает на пропитывающий состав давление, необходимое для возвращения его в прежнее положение. Включения, находившиеся ранее у оболочки, после нескольких циклов нагрева и охлаждения постепенно могут перемещаться к жиле, т. е. в область большей напряженности электрического поля в изоляции кабеля. Одновременно происходит увеличение объема газовых включений.
Электрическая прочность бумажной изоляции кабеля может быть повышена за счет исключения в кабеле воздушных и газовых включений или путем увеличения давления в них.
В маслонаполненных кабелях для пропитки бумажной изоляции при изготовлении применяется дегазированное масло, а сушка и пропитка изоляции производится по технологии, исключающей появление воздушных и газовых включений.
В процессе эксплуатации масло в изоляции кабеля постоянно находится под некоторым избыточным давлением, которое автоматически поддерживается в заданных пределах, и даже при отключении кабельной линии в кабеле не могут образоваться газовые включения. Давление масла в кабельных линиях высокого давления поддерживается автоматической подпитывающей установкой (АПУ). Установка принимает избыток масла из кабельной линии при нагревании кабеля и отдает его в линию при охлаждении.
Маслонаполненные кабели классифицируются по длительно допустимому давлению и конструктивному исполнению. По давлению кабели подразделяются на кабели низкого и кабели высокого давления, по конструктивному исполнению — на кабели с центральным маслопроводящим каналом и кабели в стальном трубопроводе. В настоящее время в нашей стране применяются следующие типы кабелей:
кабели низкого давления в свинцовой оболочке, работающие при длительно допустимом давлении до 0,098 МПа (1,0 кгс/см2); изготовлялись до 1960 г.;
кабели низкого давления в свинцовой оболочке с упрочняющим покровом, работающие при длительно допустимом давлении от 0,0245 до 0,294 МПа (0,25— 3,0 кгс/см2), или в алюминиевой оболочке, работающие при длительно допустимом давлении от 0,0245 до 0,49 МПа (0,25—5,0 кгс/см2); до 1979 г. кабели этого типа назывались кабелями среднего давления. Избыточное давление масла при переходных тепловых процессах должно быть в пределах 0,0149—0,59 МПа для кабелей в свинцовой оболочке и 0,0149—0,98 МПа в алюминиевой;
кабели высокого давления в стальной трубе с маслом, работающие при длительно допустимом давлении от 1,08 до 1,57 МПа (11—16 кгс/см2). При переходных тепловых процессах давление масла должно быть в пределах 0,98—1,76 МПа (10—18 кгс/см2).
Кабели низкого давления с центральным маслопроволящим каналом изготовляются на напряжение 110, 150 и 220 кВ, а кабели высокого давления — на 110, 220, 330, 380 и 500 кВ.
Опыт многолетней эксплуатации (30—40 лет) показал, что маслонаполненные кабели имеют высокую надежность. Определились области преимущественного применения кабелей различного конструктивного исполнения, Для сооружения кабельных линий 110 кВ в нашей стране в основном применяются кабели низкого давления (около 95 % общего количества кабелей на данный класс напряжения). Кабели 110 кВ высокого давления применяются в отдельных случаях в зависимости от конкретных условий (прокладка через водоемы, значительная разность уровней прокладки и пр.).
Сведения с кабелях низкого давления на напряжение 110 кВ, их арматуре и подпитывающей аппаратуре, а также о технологии монтажа кабельных линий и их эксплуатации даются в [1, 2].
Для сооружения кабельных линий 150 кВ до настоящего времени применялись только кабели с центральным маслопроводящим каналом в свинцовой или алюминиевой гофрированной оболочке. Для сооружения кабельных линий 220 кВ в городах — кабели низкого и высокого давления. Для глубоких вводов электроэнергии в города применяются кабели высокого давления. Длина кабельных линий при этом составляет 3—15 км. Электроснабжение промышленных предприятий преимущественно осуществляется кабелями низкого давления.
Для вывода мощности от энергоблоков ГЭС на 220 кВ для передачи мощности примерно 300—400 МВ x А, а также при напряжении кабельных линий 330 кВ и выше применяются кабели высокого давления. Такие кабели применены на восьми ГЭС страны.
Кабели в стальной трубе обладают рядом преимуществ в сравнении с кабелями низкого давления [3]:
при прокладке стального трубопровода строительные работы могут выполняться на небольшом участке .длиной в несколько десятков метров с восстановлением дорожных покрытий на участках, где проложен трубопровод;
возможность прокладки кабелей увеличенными строительными длинами в городских условиях;
более надежная защита кабелей от механических повреждений;
меньшие затраты на перевозку грунта для засыпки траншеи;
меньшие объем работ по обслуживанию колодцев, установок сигнализации давления масла, объем технадзора за сохранностью линии при сооружении или ремонте соседних подземных сооружений;
возможность поэтапного проведения работ по сооружению кабельных линий: прокладка трубопровода без одновременной прокладки кабелей в него, поскольку разрытые траншеи для линии и сооружение трубопровода может быть выполнено в теплое время года — прокладка кабеля в трубопроводе зимой особых трудностей не представляет;
меньшая трудоемкость работ при замене кабеля на кабель большего сечения или на кабель более высокого напряжения (если позволяют размеры стального трубопровода) ;
меньшие затраты цветного металла на изготовление кабелей;
более высокая электрическая прочность при напряжении промышленной частоты (примерно на 30 % выше, чем у кабелей низкого давления);
К недостаткам кабелей высокого давления следует отнести:
большие трудоемкость и продолжительность монтажных работ при сооружении кабельных линий (сварка стального трубопровода, снятие временной свинцовой оболочки и пр.);
сложность прокладки трубопровода на трассах со значительным количеством неучтенных коммуникаций в горизонтальной и вертикальной плоскостях (большие радиусы изгиба стального трубопровода кабельной линии при поворотах трассы и пересечениях с другими коммуникациями);
необходимость специальной базы для обработки стальных труб;
применение для заполнения стального трубопровода дефицитного и дорогостоящего масла марки С-220 при расходе 20—25 т/км;
необходимость замены всех трех фаз кабеля в трубопроводе при повреждении одной фазы, а также необходимость замораживания стального трубопровода с кабелем при производстве ремонтных работ.
За последние годы отечественной кабельной промышленностью выполнен комплекс работ по расширению ассортимента маслонаполненных кабелей высокого давления, повышению уровня эксплуатационных и экономических показателей, усовершенствованию технологии монтажа кабельных линий. Разработаны конструкции, технология изготовления, необходимая оснастка и освоено производство кабелей без временной свинцовой оболочки с поставкой их в специальных контейнерах. Освоена прокладка кабелей непосредственно из контейнеров без соприкосновения их с окружающей средой, прокладка кабелей длиной до 1500 м, протяжка кабелей в стальной трубопровод через трубы разветвления и др. Выполнение данных работ позволило снизить затраты и трудоемкость при изготовлении кабелей и сооружении кабельных линий высокого давления.
Таблица 1
Марка | Элементы конструкции | Область применения |
МНАШв | Маслонаполненный кабель низкого давления в алюминиевой оболочке в шланге из поливинилхлоридного пластиката | В каналах зданий и туннелях |
МНАШву | То же, с усиленным защитным слоем под шлангом | В земле (в траншеях), если кабель не подвергается растягивающим усилиям и защищен от механических повреждений |
МНАгШв | То же, что и кабель марки МНАШв, в алюминиевой гофрированной оболочке | То же, что и кабель марки МНАШв |
МНАгШву | То же, что и кабель марки МНАШву, в алюминиевой гофрированной оболочке | То же, что и кабель марки МНАШву |
МНС | Маслонаполненный кабель низкого давления в свинцовой оболочке с упрочняющим и защитным покровом | В каналах зданий и туннелях |
МНСА | То же с защитным покровом из слоев битумного состава, полиэтилентерефталатных лент (или резиновых лент) и пропитанной кабельной пряжи (или стеклопряжи) | В земле (в траншеях), если кабель не подвергается растягивающим усилиям и защищен от механических повреждений |
МНСШв | То же с упрочняющим покровом в шланге из поливинилхлоридного пластиката | То же, а также в каналах зданий и сооружений |
МНСК | То же с упрочняющим покровом, с подушкой, с броней из круглых оцинкованных проволок, с наружным покровом из слоев битумного состава, полиэтлентерефталатных лент (или резиновых лент) и пропитанной кабельной пряжи (или стеклопряжи) | Под водой, в болотистой местности, где кабель подвергается растягивающим усилиям и где требуется его дополнительная механическая защита |
МВДТ | Маслонаполненный кабель высокого давления в свинцовой оболочке, снимаемой на месте прокладки или протягивании кабеля в трубопровод | Эксплуатация в стальном трубопроводе с маслом под давлением, прокладываемом в туннелях, в земле и под водой |
Продолжение табл. 1
Марка | Элементы конструкции | Область применения |
МВДТк | Маслонаполненный кабель высокого давления в контейнере с маслом | То же |
Примечание. к марке кабеля, пропитанного синтетическим маслом, добавляется буква «с».
В табл. 1 даны марки маслонаполненных кабелей низкого и высокого давления и их область применения.
На рис. 1 приведена схема кабельной линии высокого давления. Поперечный разрез фазы кабеля высокого давления во временной свинцовой оболочке, предназначенного для затягивания в трубопровод, показан на рис, 2.
Для сооружения кабельных линий высокого давления комплектно с кабелем поставляются: стальные и медные трубы в необработанном виде, муфты, фланцевые и муфтовые соединения для сборки медных труб разветвления, изоляционное масло для заполнения трубопровода кабельной линии, автоматическая подпитывающая установка, материалы, необходимые для монтажа кабельной линии. Типы и количество комплектующих деталей, поставляемых на место монтажа, определяются при согласовании проекта кабельной линии с заводом— изготовителем кабеля.
Рис. 1. Поперечный разрез кабелей в стальном трубопроводе (с) и схема кабельной линии высокого давления (б)
1 — фаза кабеля: 2 — изоляционное масло; 3 — стальной трубопровод; 4 — защитные покровы трубопровода; 5 — кабельный ввод в трансформатор; 6 — трансформатор; 7 — медная труба разветвления; 8 — муфтовое соединение медных труб; 9 — фланцевое соединение медных труб; 10 — соединительно-разветвительная муфта; 11 — двусторонняя неподвижная опора; 12 — туннель; 13 — соединительная муфта; 14 — подвеска; 15 — стальной трубопроводе кабелями; 16 — автоматическая подпитывающая установка; 17 — односторонняя неподвижная опора; 18 — разветвительная муфта; 19 — приямок для разветвительной муфты и медных труб разветвления; 20 — опорная стойка для концевой муфты; 21 — концевая муфта
Рис. 2. Поперечный разрез фазы кабеля высокого давления во временной свинцовой оболочке:
1 — токопроводящая жила: 2 — экран по жиле; 3 — изоляция из бумаг различной плотности и толщины; 4— экран по изоляции; 5—проволока скольжения; 6 — изоляционное масло; 7 — временная свинцовая оболочка
