3.7. Силовые кабели
Кабельные линии электрических сетей прокладывают в земле, под водой и на воздухе. Условия их работы и применение в хозяйстве электроснабжения были рассмотрены выше. Хотя кабельные линии значительно дороже воздушных и эксплуатация их сложнее, однако в отдельных случаях применение кабелей является единственно возможным способом передачи электроэнергии потребителям, расположенным, например, на территории плотной застройки (города, поселки, промышленные предприятия). Пересечения ЛЭП с железнодорожными путями и водоемами также удобнее осуществлять кабельными линиями.
По числу токопроводящих жил различают одно- , двух- , трех- и четырехжильные кабели. Одножильные кабели применяют главным образом в линиях переменного и постоянного тока напряжением 110 кВ и выше. Их используют также в качестве отсасывающих линий рельсовых цепей электрических железных дорог постоянного тока. Двухжильные кабели применяют в линиях постоянного тока. Область применения трехжильных кабелей значительно шире. Их используют в кабельных линиях трехфазного тока всех напряжений до 35 кВ включительно. Наконец, четырехжильные кабели прокладывают в четырехпроводных сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ.
Трехжильный кабель на напряжение до 10 кВ (рис. 3.38) в общем виде состоит из сегментообразных токопроводящих жил, свитых из отдельных проволок или целиковых. Жилы кабеля имеют фазную изоляцию, поверх которой наложена общая поясная изоляция. Свободное пространство между жилами заполняют специальными наполнителями во избежание образования газовых включений. Свинцовая, алюминиевая или пластмассовая оболочка герметизирует кабель, предотвращает высыхание его изоляции и всасывание влаги внутрь кабеля. Для защиты от действия кислот и щелочей, содержащихся в грунте, оболочку покрывают несколькими слоями кабельной бумаги или пластмассовых лент, так называемой «подушкой». От возможных механических повреждений кабель защищают броней из стальной ленты, поверх которой накладывают наружные защитные покровы разной конструкции для предохранения от химической коррозии. При прокладке кабеля в помещениях, каналах и тоннелях джутовые наружные покровы во избежание распространения огня при возможном пожаре снимают.
Рис. 3.38. Трехжильный бронированный кабель (а) и его сечение (б): 1 — токопроводящие жилы; 2 — фазная изоляция; 3 — заполнитель; 4 — поясная изоляция; 5 — оболочка; 6 — подушка; 7 — стальная броня; 8 — наружный защитный покров
Фазную и поясную изоляцию кабелей выполняют из электроизоляционных материалов: пластмассы, пропитанной кабельной бумаги, жидкого масла (маслонаполненные кабели), газа (газонаполненные кабели) и т.д. Особенно широкое распространение получила пластмассовая изоляция, которую применяют практически для кабелей всех напряжений (вплоть до 500 кВ). Кабели напряжением до 1 кВ, как правило, имеют экструдированную пластмассовую изоляцию из полиэтилена или поливинилхлорида, кабели напряжением 6—10 кВ — бумажную или пластмассовую изоляцию.
Трехфазные кабели напряжением 20—З5 кВ изготавливают с металлическими экранами для каждой жилы в отдельности. Такая конструкция кабеля создает радиальное электрическое поле с равномерным распределением напряженности по поверхности жил и в слоях изоляции, что повышает электрическую прочность кабеля и препятствует переходу однофазных замыканий на землю в многофазные короткие замыкания.
Кабели на напряжения 110 кВ и выше изготавливают одножильными с покрытием стальной броней или в трубе (газо- или маслонаполненные) с пластмассовой, масляно-бумажной и масляной изоляцией. Маслонаполненные кабели могут работать при низком (до 105 Па), среднем (2÷4·105 Па) или высоком (10 – 15·105 Па) давлении. Наиболее распространенными в настоящее время являются маслонаполненные кабели среднего давления и кабели с пластмассовой изоляцией.
Обозначения марок кабелей соответствуют их конструкции. Например, кабели с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами имеют марки ААГ, АСБГ, ААБ и АСГ. Первая буква обозначает материал жил (А — алюминий), вторая — материал оболочки (А — алюминий, С — свинец), буква Г — отсутствие защитных покровов. Кабели, бронированные стальными лентами, имеют в марке букву Б (броня). В марках кабелей с медными жилами буквы, обозначающие название материала жил, не ставят.
При пересечении трассы электрической железной дороги постоянного тока для предохранения от коррозии блуждающими токами кабель заключают в асбестоцементные трубы, пропитанные гудроном или битумом. Если число кабелей велико, их прокладывают в каналах или тоннелях. Из-за повышенной опасности пожаров в тоннелях часто прокладывают кабели на открытых эстакадах.
Соединять кабели друг с другом и присоединять их к аппаратам необходимо так, чтобы гарантировалась надежная работа всей кабельной линии. Для предотвращения попадания в кабель влаги, кислот и других реагентов, ухудшающих изоляцию, соединяемые концы кабеля герметически заделывают с помощью специальных кабельных соединительных муфт. Для соединения кабелей напряжением до 1 кВ применяют чугунные соединительные муфты, в сетях 6 и 10 кВ — свинцовые. Специальные конструкции соединяемых и концевых муфт из термоусаживающихся электроизоляционных материалов разработаны для кабелей низкого и высокого напряжения с пластмассовой и бумажной изоляцией.
Если кабель необходимо соединить с воздушной линией, применяют специальную концевую муфту (рис. 3.39). Конец кабеля предварительно разделывают и заключают в разъемный корпус муфты. Токоведущие жилы кабеля соединяют с наружными медными штырями, проходящими через стержневые изоляторы. По окончании монтажа муфту закрывают крышкой и заливают кабельной массой. С помощью скоб муфту укрепляют на стене, опоре ВЛ или металлической конструкции.
Рис. 3.39 Концевая муфта трехжильного кабеля на напряжение до 10 кВ: 1— корпус; 2 — токопроводящие жилы; 3 — изоляторы; 4 — медный стержень; 5 — скобы для крепления
Внутри помещений для оконцевания кабелей до 10 кВ применяют концевые заделки различной конструкции.