Vysokonapěťové silové kabely s olověnou papírovou izolací a kabelovými průchodkami

Silové kabely jsou určeny pro přenos a rozvod elektrické energie v areálu a pro jeho napájení proudovými sběrači.

Přestože je instalace kabelů dražší než venkovní vedení, stále častěji se používají jako preferované řešení. Dnes jsou vysokonapěťové kabely provozovány především na napěťových hladinách 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV a 400 V.

Zatímco dnes se vyrábí téměř pouze kabely s plastovou izolací a XLPE plášť, klasický vysokonapěťový kabel je tzv. papírový kabel.

Kabely XLPE se začaly široce pokládat před 80. lety, i když v některých zemích tento proces začal později. Jedním zvláště pozoruhodným rysem této úrovně napětí je obrovská rozmanitost alternativních typů polymerních kabelů.

Papírově izolované napájecí kabely (vlevo) vs. XLPE kabel

Silové kabely s impregnovanou papírovou izolací

Papírově izolované olověné kabely mají téměř stejnou základní strukturu pro napěťové úrovně od 400 V do 35 kV.Pro přenos energie se používají od zavedení prvních energetických systémů na konci 19. století.

Napájecí kabel s olověným opláštěním z 20. století

Pro provozní napětí do 35 kV včetně jsou takové kabely vyrobeny s izolací z kabelového papíru impregnovaného olejovou kalafunou v olověném plášti a pancéřování v závislosti na podmínkách pokládky.

Kabely a dráty položené na lodích používaných v těžebním a zpracovatelském průmyslu a v zemědělství se vyrábějí převážně s pryžovou nebo plastovou izolací v ohebné hadici z pryže nebo PVC.

Silové kabely se rozlišují podle počtu žil: jedno-, dvou-, tří- a čtyřžilové. Vodiče mohou být jedno nebo vícevodičové a mohou mít tvar — kulatý, sektorový, segmentový a oválný.

Jak bylo uvedeno výše, na konci 19. století se objevil třívodičový kabel s napětím až 6 kV. Nejprve se jednalo o kabel s kulatými měděnými dráty, silnou vrstvou papírem impregnované izolace na drátech a stejnou tloušťkou se společnou (pásovou) vrstvou izolace na izolovaných drátech stočených dohromady, tedy pod olovem pochva.

Příklad olověného kabelu v reklamě Kabelwerke Brugg z roku 1927.

Položení kabelu 30 kV v Německu v roce 1928.

Vývoj napájecího kabelu jde po liniích zvyšování pracovního napětí kabelu a spolehlivosti jeho provozu, nikoli však dalším zvyšováním tloušťky izolační vrstvy, ale zlepšováním kvality a zlepšováním použití izolačního kabelu. materiál v kabelu.

Zlepšení ekonomických ukazatelů kabelu, tzn.především snížení jeho ceny je dáno úsporou základních materiálů díky jejich lepšímu využití a zlepšení technologického procesu (snížení výrobního cyklu, snížení odpadu a zmetků ve výrobě).

Ve 20. letech 20. století byly kulaté vodiče ve vícežilových silových kabelech nahrazeny segmentovými a sektorovými vodiči, protože úroveň výroby kabelů se do té doby natolik zvýšila, že bylo možné vyrábět spolehlivé silové kabely s nekulatými vodiči až do 10 kV včetně. .

Hlavním typem napájecího kabelu z impregnovaného papíru je sektorový kabel.

Tento kabel má izolační vrstvu na každém jádru (fázová izolace) a společnou izolační vrstvu přes tři izolované žíly stočené dohromady (pásová izolace). Takový kabel se nazývá kabel s pásovou izolací nebo podle typu elektrického pole v to kabel s neradiálním polem a podle typu impregnace - kabel s viskózní impregnací.

Pro označení kabelu tohoto typu se používají symboly (značky) v závislosti na typu stínění a vnějšího krytu, například:

• SG — kabel bez pancéřování a krytky přes přívod,
• CA — na olověný plášť se nanese vrstva asfaltu,
• SB — nad olovem je pancíř ze dvou ocelových pásků a kryt z kabelové příze (juty) impregnované bitumenem,
• SBG — stejné jako předchozí provedení, ale bez jutového potahu přes nárazník,
• OP a SK — kabel s pancířem z plochých nebo kulatých drátů.

První písmeno značky označuje přítomnost pláště a poslední označuje typ ochranných krytů.

Aby se ušetřilo olovo zmenšením průměru u vícežilových silových kabelů (dvou, tří a čtyřžilových), nejsou vodiče kabelu vyrobeny kulaté, ale ve tvaru sektoru nebo segmentu.

Třížilový kabel se sektorovými vodiči má průměr přibližně o 15 % menší než kabel s kruhovými vodiči stejného průřezu. Úsporu olova vyplývající ze zavedení sektorových vodičů do třívodičových kabelů lze odhadnout v průměru na 20 %.

Vodiče třífázového kabelu mohou mít tvar oválu blížící se k elipse. Výhodou tohoto tvaru žíly je, že oválná žíla nemá tak ostré rohy jako žíla sektorová.

Použití oválného vodiče ve vysokonapěťových kabelech 35 kV může poskytnout určitou kompenzaci tepelných změn v impregnačním složení v izolační vrstvě kabelu a tím zlepšit kvalitu kabelu.

Hlavními izolačními materiály, ze kterých je v kabelárně vyrobena izolační vrstva napájecího kabelu, jsou kabelový papír a čtecí hmota.

Impregnace papírové vrstvy kabelu se provádí za účelem nahrazení vzduchu v papíru a mezi vrstvami papírových pásek minerálním olejem nebo jinou impregnační hmotou, která je pevnější v elektrickém spojení.

Úlohou papíru není pouze držet impregnační směs. Přítomnost papíru v izolační vrstvě kabelu umožňuje získat izolační vrstvu, jejíž pevnost v lomu je přibližně 3x vyšší než mez pevnosti impregnační směsi.

Kabelový papír použitý pro výrobu izolační vrstvy silových kabelů musí mít určité mechanické vlastnosti, které zajistí těsné překrytí papírových pásků na jádru kabelu, fyzikální vlastnosti nutné pro správnou realizaci impregnačního procesu a nesmí obsahovat nečistoty, které snižují elektrické vlastnosti papíru po impregnaci.

Konstrukce kabelu 20 a 35 kV s pásovou izolací nemůže zajistit dostatečnou provozní spolehlivost, zejména z důvodu přítomnosti tangenciálních gradientních složek v izolaci kabelu způsobených neradialitou elektrického pole.

Na toto napětí je aplikována konstrukce se třemi olověnými žilami stočenými do společného pásového pancíře, běžně označovaného značkou OSB. Tento design byl poprvé navržen v roce 1923 A. Jakovlevem a S. M. Braginem.

Vysokonapěťové kabely pro napětí nad 20 kV se vždy vyráběly jako jednožilové, tzn. s radiálním elektrickým polem, protože v tomto případě je spolehlivost kabelu při vysokém napětí obzvláště důležitá.

Používají se především pro 110 a 220 kV olejem naplněné kabely jehož hlavním rysem je, že papírová izolace tohoto kabelu je impregnována minerálním olejem s nízkou viskozitou, který se může snadno pohybovat podél kabelu podél centrálního dutého jádra pod vlivem nadměrného tlaku vytvořeného v kabelu.

Při změně teploty kabelu umožňuje volně se pohybující olej pomocí silového zařízení kompenzovat teplotní změny objemu v izolační vrstvě, které u kabelu s viskózní impregnací vedou k tvorbě dutin a destrukci.

Přítomnost dutého jádra umožňuje vysoušení a vedení kabelu ve výrobě tak, že v něm nezůstávají prakticky žádné bubliny a plynové inkluze.

Při výrobě se kabel navine na buben a pod určitým přetlakem se připojí ke speciální olejové nádrži. Díky tomuto zařízení se v kabelu nevytvářejí plynové inkluze ani při výrazných změnách teploty.

Moderní kabel OSB-35 3×120 pro napětí 35 kV

Kabelové těsnění

K dispozici jsou kabelová oka a konektory, které umožňují připojení kabelů k jinému zařízení nebo k sobě navzájem.

Protože jsou kabely vyráběny na omezenou délku, jsou nutné spojovací armatury – tzv. kabelové průchodky. Úkolem kabelového boxu je spojit dva konce kabelu k sobě.

Ukázka kabelového spoje 30 kV z Lipského muzea, která po otevření ukazuje, jak takový kabelový spoj funguje:

Přímé spojení hliníkového drátu je svařeno a opracováno hliníkovým pilníkem. U měděných drátů se umístí tzv. pájecí objímky, žíly kabelů a připájejí se.

Holé kovové vodiče jsou ručně obalené olejovým papírem o šířce 10 až 30 mm, dokud tloušťka izolace nedosáhne 2,5násobku tloušťky izolace kabelu.

Před navíjením je třeba kabelovou směs a papír zahřát na 130 stupňů, aby se vlhkost mohla vyvařit. K tomu sloužila otevřená kamna na uhlí. To bylo samozřejmě možné pouze venku.

Aby se zabránilo vnikání vlhkosti do průchodek, používá se továrně vyrobená vnitřní průchodka z olova nebo pozinkované oceli ke spojení olověných pouzder a jejich těsnému připájení.

Krátce před koncem pájecího procesu se do otvoru nalije kabelová směs, aby se zabránilo vzduchovým kapsám.

Při provádění impregnace napájecího kabelu je třeba před impregnací provést všechna opatření k odpaření vlhkosti zbývající v izolační vrstvě. a impregnujte celou izolační vrstvu kabelu co nejúplněji, čímž se minimalizují vzduchové inkluze, které se mohou tvořit v izolační vrstvě během NS šepotu.

Impregnační hmota musí projít periodickým čištěním od mechanických nečistot, vakuovou úpravou pro odstranění vlhkosti nahromaděné během impregnace kabelu a odplyněním pro odstranění plynu (vzduchu) v ní rozpuštěného.

Před uzavřením tzv. "olověného vnitřního pouzdra" do ocelového litého pouzdra a vyplněním pryskyřičnou izolací je třeba provést kovové spoje mezi ocelovou pásovou výztuží a olověným pláštěm.

Po vychladnutí po dobu minimálně 3 hodin lze instalovanou zásuvku používat velmi dlouhou dobu (30 a více let).

Více informací o zařízení a technologii instalace kabelových těsnění pro silové kabely naleznete zde:Konektory napájecího kabelu