В настоящее время на российском рынке кабельно-проводниковой продукции наблюдается стабильное увеличение производства-потребления кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Российское обозначение этих кабелей СПЭ, английское — XLPE, немецкое — VPE, шведское — РЕХ.
Отметим основные преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ-кабелей) перед кабелями с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ-кабелями):
в зависимости от условий прокладки пропускная способность СПЭ-кабелей в 1,2—1,3 раза больше благодаря более высокой допустимой длительной температуре,
термическая стойкость СПЭ-кабелей при токах короткого замыкания (КЗ) выше благодаря большей предельной температуре, удельная повреждаемость СПЭ-кабелей в 10—15 раз ниже, чем у БПИ-кабелей,
большой срок службы СПЭ-кабеля (поданным заводов-изготовителей более 50 лет),
более легкие условия монтажа СПЭ-кабелей, обусловленные меньшими массой, диаметром, радиусом изгиба, отсутствием тяжелой свинцовой (или алюминиевой) оболочки,
СПЭ-кабели можно прокладывать при отрицательных температурах (до -20 °С) без предварительного подогрева благодаря использованию полимерных материалов для изоляции и оболочки,
отсутствие в конструкции СПЭ-кабелей жидких компонентов уменьшает время и снижает стоимость монтажа,
СПЭ-кабели высоко экологичны благодаря отсутствию утечки масла и загрязнения окружающей среды при повреждении,
гигроскопичность конструктивных элементов СПЭ-кабеля значительно меньше, чем БПИ-кабеля, высокие диэлектрические свойства изоляции,
СПЭ-кабели не имеют ограничений по разности уровней кабельной трассы.
Рис. 1. Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена
Основной особенностью СПЭ-кабелей является их принципиально новая изоляция — сшитый полиэтилен . Полиэтилен как изоляция известен достаточно давно. Но обычному термопластичному полиэтилену присущи серьезные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение характеристик при температурах, близких к температуре плавления. Изоляция из термопластичного полиэтилена начинает терять форму, электрические и механические характеристики уже при температуре 85 °С.
Изоляция из сшитого полиэтилена сохраняет форму, электрические и механические характеристики даже при температуре 130 °С.
Термин «сшивка» или «вулканизация» подразумевает обработку полиэтилена на молекулярном уровне. Поперечные связи, образующиеся в процессе сшивки между макромолекулами полиэтилена, создают трехмерную структуру, которая и определяет высокие электрические и механические характеристики материала, меньшую гигроскопичность, больший диапазон рабочих температур.
В мировой кабельной промышленности при производстве силовых кабелей используются две технологии сшивки, принципиальное различие которых заключается в реагенте, с помощью которого происходит процесс сшивки полиэтилена.
Наибольшее распространение получила технология пероксидной сшивки, когда сшивка полиэтилена происходит с использованием специальных химических веществ — пероксидов в среде нейтрального газа при определенных температуре и давлении. Такая технология позволяет получить достаточную степень сшивки по всей толщине изоляции и обеспечить отсутствие воздушных включений. Помимо хороших диэлектрических свойств, это и больший, чем у других кабельных изоляционных материалов, диапазон рабочих температур, и отличные механические характеристики. Перок-сидная технология применяется при производстве кабелей среднего и высокого напряжений.
Менее распространенной является сила-нольная сшивка, при которой в полиэтилен добавляются специальные смеси (силаны) для обеспечения сшивки при более низкой температуре. Сектор применения этой более дешевой технологии охватывает кабели низкого и среднего напряжений.
Первым российским производителем СПЭ-кабеля в 1996 г. стала московская компания АББ «Москабель», использующая технологию пероксидной сшивки. Первым российским производителем СПЭ-кабеля из силаносшитого полиэтилена в 2003 г. стало ОАО «Камкабель».
Существуют два варианта исполнения СПЭ-кабелей — трехжильный и одножильный. В основном СПЭ-кабели выпускаются в одножильном исполнении (рис. 2).
Рис. 2. Внешний вид одножильного СПЭ-кабеля: 1 — круглая многопроволочная уплотненная токопроводящая жила, 2 — экран по жиле из полупроводящего сшитого полиэтилена, 3 — изоляция из сшитого полиэтилена, 4 — экран по изоляции из полупроводящего сшитого полиэтилена, 5 — разделительный слой из полупроводящей ленты или полупроводящей водоблокирующей ленты, 6 — экран из медных проволок, скрепленных медной лентой, 7 — разделительный слой из двух лент крепированной бумаги, прорезиненной ткани, полимерной ленты или водоблокирующей ленты, 8 — разделительный слой из алюмополиэтиленовой или слюдосодержащей ленты, 9 — оболочка из полиэтилена, ПВХ-пластиката
Отличительной особенностью трехжильного исполнения СПЭ-кабеля является наличие экструцированного междуфазного наполнителя из полиэтилена или поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката.
Применение одножильных СПЭ-кабелей позволяет обеспечить прежде всего повышенную надежность электроснабжения за счет резкого снижения вероятности междуфазных коротких замыканий. Вероятность одновременного разрушения в одном месте изоляции двух конструктивно не связанных между собой одножильных кабелей (соединительных или концевых муфт) соответствует вероятности междуфазных повреждений ошиновки с изолированными шинами, т.е. очень мала.
Вероятность однофазных замыканий на землю при применении одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена намного меньше, чем при использовании трехжильных БПИ-кабелей. Это достигается как самой конструкцией одножильных СПЭ-кабелей, так и лучшими диэлектрическими свойствами изоляции.
Одножильное исполнение СПЭ-кабелей позволяет выполнять сечения токоведущих жил до 800 мм . Кабели с таким сечением способны успешно конкурировать с токопроводами, применяемыми в системах электроснабжения энергоемких предприятий.
Экранирование элементов кабеля необходимо для электромагнитной совместимости кабеля с различными внешними цепями и для обеспечения симметрии электрического поля вокруг жилы кабеля и, следовательно, для создания более благоприятных условий работы изоляции. Внутренние экраны выполняются из полупроводящей пластмассы, внешний экран — из медных проволок и лент.
Наружная защитная оболочка предохраняет внутренние элементы кабеля от попадания влаги и механических повреждений при его монтаже и эксплуатации. Наружные оболочки СПЭ-кабелей изготавливаются из полиэтилена или ПВХ-пластиката повышенной прочности.
Рис. 3. Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвПг
Условные буквенно-цифровые обозначения (маркировка) кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена:
А — алюминиевая токоведущая жила, нет обозначения — медная токоведущая жила,
Пв — материал изоляции — сшитый (вулканизированный) полиэтилен,
П или В — оболочка из полиэтилена или ПВХ-пластиката,
у — усиленная полиэтиленовая оболочка увеличенной толщины,
нг — оболочка из ПВХ-пластиката пониженной горючести,
нгд — оболочка из ПВХ-пластиката пониженного дымогазовыделения,
г — продольная герметизация экрана водоблокирующими лентами,
1 или 3 — количество токоведущих жил,
50—800 — сечение токоведущей жилы, мм2,
гж — герметизация токоведущей жилы, 2 16—35 — сечение экрана, мм,
1—500 — номинальное напряжение, кВ.
Пример обозначения: АПвПг 1×240/35—10 — кабель с алюминиевой жилой (А), СПЭ-изоляцией (Пв), полиэтиленовой оболочкой (П), герметизацией экрана (г), одножильный (1), сечение жилы 240 мм, сечение экрана 35 мм, номинальное напряжение 10 кВ.
Особенности пластмассовой изоляции кабеля
Пластмасса как изоляционный материал упрощает технологию изготовления, прокладку и монтаж силовых кабелей. Пластмассовую изоляцию кабеля чаще всего выполняют из ПВХ либо СПЭ (сшитого полиэтилена).
Полиэтилен хорошо подходит для изолирования высоковольтных кабелей. Такой изоляционный вид имеет ряд достоинств:
- диапазон рабочих температур больше, чем у проводов с другим типом изоляции;
- экологическая безопасность (кабель можно прокладывать на любых объектах, практически без техобслуживания использовать кабельные линии);
- стойкость к воздействию кислот, щелочей и влаги;
- работы по монтажу и прокладке данных кабелей могут выполняться без дополнительного подогрева с радиусом изгиба до 15 наружных диаметров и при однократном изгибе — до 7,5 при температуре от -15 до -20°C;
- одинаковая легкость прокладки в разных зонах (и на сложных трассах, и в кабельных сооружениях);
- прочность (повреждаемость на несколько порядков ниже, если сравнивать с бумажной изоляцией);
- кабель можно прокладывать по пересеченной местности.
Диэлектрические свойства СПЭ довольно высокие. От метода изготовления зависит плотность полиэтилена. Так, высокоплотный СПЭ обладает хорошей механической стойкостью и высокой температурой плавления. Он теряет эластичность при температуре от 140°C, в то время как низкоплотный — всего при 105°С.
Добавки органических перекисей и дальнейшая вулканизация делают СПЭ стойким к растрескиванию, а также способствуют повышению температуры его плавления.
Особенности ПВХ-изоляции кабеля: достоинства и недостатки
Кабель с поливинилхлоридной изоляцией обычно прокладывают в зданиях, а не под открытым небом, поскольку он не рассчитан на сильные морозы и вредное воздействие ультрафиолета. Тем не менее, разработан ряд модификаций, которые способны выдерживать температуру до -60 °С. Для защиты от солнца кабель прокладывают в трубах.
Данные силовые кабели с пластмассовой изоляцией обладают высокой устойчивостью к повреждениям, а также не возгораются. Добавление таких пластификаторов, как тальк, карбонат кальция и каолин повышают их эластичность и стойкость к морозам.
Кабель с ПВХ-изоляцией отличается рядом достоинств:
- отличная пропускная способность;
- высокий допустимый ток нагрузки (по сравнению с аналогами с бумажной изоляцией — на 30% выше);
- экологическая безопасность;
- малый вес, средний диаметр и большой радиус изгиба позволяют эксплуатировать кабель на сложных трассах;
- высокий ток термической стойкости при коротком замыкании (до 250 °С);
- незначительный показатель потерь в изоляции (0,001).
Из недостатков необходимо выделить два:
- под действием ультрафиолетовых лучей активизируется процесс старения;
- отсутствует стойкость к воздействию высоких температур.
Бумажная и резиновая изоляция
Бумажная изоляция кабеля отличается длительным сроком эксплуатации, хорошими электрическими свойствами, невысокой ценой и выполняется из многослойной кабельной бумаги повышенной прочности, содержащей сульфатную целлюлозу в своей основе. Этот тип изоляции подходит для кабелей напряжением до 35 кВ. Металлическая оболочка защищает от проникновения влаги внутрь кабеля, поэтому такое изделие можно использовать в сырой среде, а при наличии дополнительной защиты и под водой.
Кабель в резиновой изоляции обладает почти полной негигроскопичностью и хорошей гибкостью. Из недостатков следует выделить потерю эластичности со временем, низкую рабочую температуру жилы (около 65°С) и более высокую стоимость в сравнении с иными типами изоляции.
МТД «Энергорегионкомплект» предлагает качественную проводниковую и кабельную продукцию от завода «Энергокабель». Вы сможете приобрести следующую продукцию:
Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией (с вязкой пропиткой) имеют значительные ограничения по номинальному напряжению из-за интенсивных ионизационных процессов при переменном напряжении, и поэтому применяются в распределительных сетях России при напряжениях до 35 кВ включительно (за рубежом при напряжениях до 60 кВ).
В России силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжения до 35 кВ включительно выпускаются по ГОСТ 18410-73
(производители – заводы Камкабель, Севкабель, Иркутсккабель, Москабель и др.). Как уже отмечалось, эти кабели являются наиболее массовым видом продукции. Их доля составляет около 95 % от всех типов применяемых кабелей в распределительных сетях.
Кабели с вязкой пропиткой на напряжения до 10 кВ включительно (см. рис. 1) чаще всего выполняются трехжильными с поясной изоляцией и секторными медными или алюминиевыми жилами сечением от 6 до 240 мм2 и более (кабели марок ААГ, ААШв, АСБ, АСШв, CБ, CБШв и др.). Алюминиевые жилы могут быть однопроволочными во всем диапазоне сечений или многопроволочными уплотненными в диапазоне сечений от 70 до 240 мм2. Медные жилы изготавливаются в основном многопроволочными.
Кабель ААШв
7 – Подслой из битума и пленки ПЭТ; 8 – Наружный покров из ПВХ пластиката.
Кабель СБШв
Рис. 1. Элементы конструкции кабелей с поясной изоляцией на напряжение до 10 кВ:
- Жила однопроволочная или многопроволочная, алюминиевая или медная;
- Фазная бумажная изоляция, пропитанная вязким или не стекающим составом;
- Заполнение из бумажных жгутов;
- Поясная бумажная изоляция, пропитанная вязким или не стекающим составом;
- Экран из электропроводящей бумаги для кабелей на напряжение 6 кВ и более;
- Алюминиевая или свинцовая оболочка.
- Подушка из битума и крепированной бумаги;
- Броня из стальных лент;
- Подслой из битума и ПЭТ пленки;
- Наружный покров из ПВХ пластиката.
Изоляция кабелей состоит из лент кабельной бумаги на основе сульфатной целлюлозы толщиной 80, 120 и 170 мкм, пропитанной маслоканифольным составом. Для изготовления пропиточного состава используется кабельное масло или смесь нефтяных масел. В качестве загустителя используется канифоль, полиэтиленовый воск или полиизобутилен. Каждая фаза кабелей изолируется отдельно, а затем поверх скрученных изолированных жил накладывается общая, так называемая, поясная изоляция.
В кабелях на напряжение 6 кВ и выше на поясную изоляцию накладывается экран из полупроводящей бумаги. Промежутки между изолированными жилами в кабеле заполняются жгутами из сульфатной бу-маги.
В кабелях на напряжения 1 и 3 кВ толщина изоляции выбирается в основном из условия ее механической прочности.
Для кабелей на напряжение 1 кВ толщина фазной изоляции составляет 0,75–0,95 мм, а толщина поясной изоляции – 0,5–0,6 мм, для кабелей 3 кВ – 1,35 и 0,7 мм соответственно.
В кабелях на напряжения 6 и 10 кВ толщина изоляции выбирается с учетом напряженностей электрического поля в изоляции в рабочих и аварийных режимах (например, замыкание одной фазы на оболочку). Для кабелей 6 кВ толщина фазной и поясной изоляции составляет 2,0 и 0,95 мм, а для кабелей 10 кВ – 2,75 и 1,25 мм соответственно.
Основным недостатком бумажной пропитанной изоляции является ее большая гигроскопичность.
Для зашиты изоляции от увлажнения в процессе хранения, прокладки и эксплуатации кабели заключены в свинцовую или алюминиевую оболочку. В последнее время большинство кабелей изготавливаются в алюминиевой оболочке, т.к. алюминиевые оболочки достаточно герметичны, механически более прочны и более устойчивы к вибрационным нагрузкам по сравнению со свинцовыми оболочками. Однако кабели с алюминиевыми оболочками нельзя применять в условиях воздействия на них агрессивных сред.
Интересное видео о кабеле с бумажной изоляцией смотрите ниже:
Металлические оболочки, как правило, защищаются от коррозии и механических повреждений защитными покровами. Защитный покров кабелей состоит из подушки, брони и наружного покрова. Подушка защищает металлическую оболочку от коррозии, а также играет роль защиты от механических повреждений при наложении брони.
Броня может быть выполнена из стальных лент и из стальных оцинкованных круглых или плоских проволок.
Простейшая конструкция наружного покрова представляет собой чередующиеся слои битумного состава или битума, пропитанной кабельной пряжи или стеклянной пряжи, битумного состава и покрытия, предохраняющего витки кабелей от слипания на барабане (например, мелового покрытия).
Покровы типа Шв и Шп
Наиболее надежными являются наружные покровы типа Шв и Шп, которые имеют следующую конструкцию:
- подклеивающий состав на основе битума,
- пластмассовая лента
- выпрессованный поливинилхлоридный или пластмассовый шланг.
Для прокладки кабелей в помещениях или местах с повышенной пожароопасностью битумные слои заменяются специальным негорючим составом (такие наружные покровы обозначаются индексом “нг” в марке кабеля, например кабель марки ААШнг). Применяются также наружные покровы пониженной горючести с пониженным дымо- и газовыделением (обозначаются индексом “нг-LS” в марке кабеля). Выбор типа защитного покрова определяется материалом оболочки кабеля, а также условиями его прокладки.
Кабели на напряжения 20 и 35 кВ изготавливаются либо в одножильном исполнении с круглыми алюминиевыми и медными жилами в свинцовой и алюминиевой оболочке (кабели марок ААГ, АСГ, СГ, ААШв), либо в трехжильном исполнении (см. рис. 2), при этом кабель скручивается из трех круглых изолированных жил, каждая из которых заключена в свинцовую оболочку (кабели марок АОСБ, ОСБ и др.).
Кабели с отдельно освинцованными жилами выпускаются с круглыми медными и алюминиевыми жилами сечением от 25 до 400 мм2 для кабелей 20 кВ и сечением от 120 до 400 мм2 для кабелей 35 кВ. Для кабелей этого типа применяют в основном многопроволочные уплотненные жилы. Для выравнивания электрического поля на поверхности жилы размещаются экраны из полупроводящей бумаги. Поверх изоляции также накладывается экран из полупроводящей бумаги, либо из металлизированной полупроводящей бумаги, либо из полупроводящей бумаги и алюминиевой или медной фольги.
Кабель АОСБ
Рис. 2. Элементы конструкции кабелей с отдельноосвинцованными жилами на напряжение 20 и 35 кВ:
- Жила многопроволочная, алюминиевая или медная;
- Экран из электропроводящей бумаги;
- Фазная бумажная изоляция, пропитанная вязким или нестекающим составом;
- Экран из электропроводящей бумаги;
- Свинцовая оболочка.
- Защитный слой из крепированой бумаги и полиэтилентерефталатной пленки;
- Заполнение из кабельной пряжи;
- Подушка из кабельной пряжи;
- Броня из стальных лент;
Наружный покров из волокнистых материалов
В кабелях на напряжение 20 кВ толщина изоляции составляет 7,0 мм для жил сечением 25–95 мм2 и 6,0 мм для жил сечением 120–400 мм2.
В кабелях на напряжение 35 кВ толщина изоляции составляет 9,0 мм.
Толщина свинцовой оболочки в зависимости от сечения жилы находится в пределах 1,4–2,8 мм. Отдельно освинцованные жилы скручиваются с заполнением промежутков между ними пропитанной кабельной пряжей или стеклопряжей. Снаружи скрученные жилы с заполнением обматывают кабельной пряжей, а затем на них накладывают защитные покровы.
За рубежом получили также распространение так называемые Н-кабели (по первой букве немецкого изобретателя Хохштедтера). В Н-кабеле три изолированные и экранированные жилы скручиваются вместе и помещаются в общую свинцовую и гофрированную алюминиевую оболочку.
Н-кабели имеют несколько меньшие габариты и, соответственно, при этом уменьшается расход материалов на их изготовление. Однако по сравнению с ними кабели с отдельно освинцованными жилами являются более гибкими и имеют лучшие условия для теплоотвода.
Для прокладки на вертикальных и крутонаклонных трассах с большим перепадом уровней высот (более 15-25 м), где существует опасность стекания пропиточного состава в нижнюю часть трассы, применяются кабели с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом (кабели марок ЦААБШв, ЦААБл, ЦСБ, ЦАОСБГ и др.).
Нестекающий пропиточный состав имеет большую вязкость, что практически исключает его перемещение вдоль кабеля.
Кабели с бумажной изоляцией, пропи-танной нестекающим составом, выпускаются на напряжение 6, 10 и 35 кВ в одножильном и трехжильном исполнениях. Их конструкции принципиально не отличаются от конструкции обычных кабелей c вязкой пропиткой, но толщина изоляции этих кабелей несколько больше. Кроме того, для увеличения электрической прочности изоляции кабелей на напряжение 35 кВ делается градированной по толщине.
Ещё одно интересное видео о монтаже муфт на кабеле с бумажной изоляцией: