Тема лекции №2. Элементы кабеля.
Вопрос 1.Токопроводящие жилы.
Вопрос 2.Изоляция кабелей.
Вопрос 3.Заполнители.
Вопрос 4.Оболочки кабелей.
Вопрос 5.Защитные покровы.
Вопрос 6.Защитные оболочки кабелей.
Вопрос 7.Экраны.
Вопрос 8.Герметизирующие оконцеватели кабелей.
Вопрос 1.Токопроводящие жилы.
Токопроводящие жилы для силовых кабелей с бумажной и пластмассовой изоляцией напряжением 1-10 кВ изготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 22483-77.
Медные и алюминиевые жилы могут быть круглыми и фасонными (секторные и другой формы). Круглые и фасонные бывают однопроволочные и многопроволочные.
Трех- и четырёхжильные кабели должны иметь все жилы одинакового сечения или у четырехжильных кабелей — одну жилу меньшего сечения (нулевую или жилу заземления).
Основная масса силовых кабелей на напряжение до 10 кВ выпускается трехжильными с секторными жилами. Алюминиевые жилы могут быть однопроволочными во всем диапазоне сечений. Медные жилы изготавливают в основном многопроволочными.
В последние годы медь стала остродефицитной, поэтому в кабельной промышленности наиболее широко применяют алюминий, как для токопроводящих жил, так и для оболочек.
При маркировке однопроволочные жилы обозначаются (ОЖ). Например, кабель ААБлУ3x70 (ОЖ)-6 ГОСТ 18410-73 — кабель марки ААБлУ с однопроволочными жилами сечением 70 мм2 на напряжение 6 кВ.
Конструктивные характеристики жил кабелей определяются стандартами и техническими условиями на кабели и зависят от особенности исполнения кабелей, их сечений и номинальных напряжений.
Радиус изгиба жил кабеля при монтаже муфт устанавливается кратным диаметру или высоте сектора (см. рис. 3.1.9), а для овальных воронок — эквивалентным диаметру изолированных жил.
Для жил кабелей применяется медь в слитках марок МО и Ml и алюминий в слитках марок АО и А1, которые путем прокатки и отжига превращаются в медную, мягкую проволоку марки ММ и алюминиевую мягкую марки AM.
Алюминиевые однопроволочные жилы сечением 70, 95 и 120 мм2 должны; изготовляться из мягкого алюминия с относительным удлинением не менее 25%.
В кабелях с пластмассовой изоляцией до 500 В и резиновой изоляцией для условий неподвижной прокладки применяют круглые токопроводящие жилы двух типов скрутки: Н — нормальные, Г — гибкие, предназначенные для повышенной гибкости при прокладке и монтаже.
Токопроводящие жилы разделяются по форме изготовления на круглые, сегментные и секторные.
Расчётные размеры токопроводящих жил приведены в табл. 3.1.12.
Вопрос 2.Изоляция кабелей.
Изоляция обеспечивает необходимую электрическую прочность токопроводящих жил по отношению друг к другу и к заземлённой оболочке (земле).
По виду изоляции и оболочки различают кабели:
с пропитанной бумажной изоляцией в металлической оболочке;
с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом, в металлической оболочке;
с пластмассовой изоляцией в пластмассовой или металлической оболочке;
с резиновой изоляцией в пластмассовой, резиновой или металлической оболочке.
Пластмассовая изоляция подразделяется на поливинилхлоридную и полиэтиленовую.
В кабелях на напряжение 1-10 кВ каждая фаза изолируется отдельно, а затем поверх скрученных изолированных жил накладывается общая — поясная изоляция. Промежутки между изолированными жилами заполняют заполнителями.
Бумажная пропитанная изоляция — это многослойная изоляция из лент кабельной бумаги, наложенных в виде обмотки, и изоляционного пропиточного состава.
Для изоляции силовых кабелей напряжением до 10 кВ применяют однослойную кабельную бумагу по ГОСТ 23436-83 марок К-080, К-120, К-170 (толщина бумаги 0,08; 0,12 и 0,17 мм, соответственно).
В зависимости от вязкости пропиточного состава кабели с бумажной изоляцией могут быть изготовлены с вязким пропиточным, с обеднённо-пропиточным и с нестекающим пропиточным составом.
Кабель с вязким пропиточным составом — это кабель с бумажной изоляцией, пропитанный маслоканифольным составом марки МП-3, в состав которого входят канифоль (7,5 ± 2,5%) , полиэтиленовый воск (3 ± 2%), остальное — нефтяное масло (для пропиточного состава применяют нефтяное масло марки КМ-25).
Кабель с обеднённо-пропитанной изоляцией — это кабель с вязким пропиточным составом также марки МП-3, но свободная часть его частично или полностью удалена, т.е. бумажная изоляция освобождена от избытка пропиточного состава. Кабели с обеднённо-пропитанной изоляцией выпускают на напряжение до 6 кВ и маркируются с добавлением через дефис буквы В, например ААШв-В. Кабели с обеднённо-пропитанной изоляцией предназначены для вертикальных и наклонных трасс с ограниченной разностью уровней.
Кабель с нестекающим пропиточным составом — это кабель с бумажной изоляцией пропитанной изоляционным составом, вязкость которого такова, что при рабочих температурах кабеля он не способен к перемещению (стеканию). В качестве нестекающего пропиточного состава используют маслоканифольный состав, марки МП-5, содержащий 3...2% канифоли, 18±1% полиэтиленового воска, остальное количество — нефтяное масло и церезин. Бумажная изоляция, пропитанная этим составом, предназначена для прокладки кабелей на вертикальных и наклонных трассах без ограничения разности уровней. Кабели с нестекающим пропиточным составом маркируются индексом Ц, стоящим впереди обозначений марки кабеля, например ЦААШв.
Номинальная толщина бумажной изоляции одножильных и трехжильных кабелей по ГОСТ 18410-73 с отдельными оболочками приведена в табл. 3.1.13, а многожильных кабелей с поясной изоляцией в общей оболочке — в табл. 3.1.14.
В многожильных кабелях для различия фаз верхние ленты изоляции на каждой жиле имеют разный цвет (на одной жиле — красный, на другой — черный, на третьей — цвета изоляционной бумаги) или полоски различного цвета либо цифры на каждой ленте (на одной — 1, на другой — 2, на третьей — 3).
Номинальная толщина изоляции жил и поясной изоляции кабелей с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом по ГОСТ 18409-73, указана в табл. 3.1.15.
Кабели по ГОСТ 16442-80 с пластмассовой изоляцией (табл. 3.1.16) имеют изоляцию из пластической массы в виде сплошного слоя, выполненного из поливинилхлоридного пластиката по ГОСТ 5960-72 или из композиции полиэтилена по ГОСТ 16336-77.
На кабели с пластмассовой изоляцией поверх скрученных изолированных жил должна быть наложена поясная изоляция (табл. 3.1.17).
Толщина изоляции кабелей зависит от особенности исполнения конструкции, номинального напряжения и сечения жил (повышаясь при их увеличении).
В монтажных условиях контроль толщины изоляции производится:
при отсутствии или утере сертификата на кабель для установления его номинального напряжения;
при сомнениях в технических данных, для проверки соответствия условиям проекта номинального напряжения кабеля, доставленного на место работ;
при определении толщины намотки дополнительной изоляции в местах соединений и оконцеваний кабеля.
Пропитка бумажной изоляции производится составом из минерального масла и канифоли или синтетическим маслом. Для вертикальных участков кабельных трасс применяют более вязкий состав с присадкой синтетического церезина или обедняют бумагу от пропиточного состава.
Толщины изоляции многожильных кабелей с поясной изоляцией в свинцовых и алюминиевых оболочках одинаковые, за исключением кабелей на напряжение 3 кВ, у которых поясная изоляция кабелей с алюминиевой оболочкой на 0,2 мм больше, чем у кабелей со свинцовой оболочкой.
В кабелях на напряжения 1 и 3 кВ толщину изоляции выбирают в основном из условия ее механической прочности (отсутствие повреждений при изгибах). Для кабелей на напряжение 1 кВ толщина фазной и поясной изоляции в зависимости от сечения жилы составляет 0,75...0,95 и 0,5...0,6 мм, а для кабелей на напряжение 3 кВ соответственно 1,35 и 0,7 мм.
Резина применяемая для изоляции, состоит из синтетического или натурального каучука в смеси с рядом компонентов (наполнителей смеси).
Сырая резина, наносимая на жилы кабеля, приобретает необходимые качества изоляции после ее нагревания и вулканизации.
Для кабелей применяют резину типа РТИ-1 (35% содержания каучука). Для кабелей 3 и 6 кВ по скрутке изолированных жил накладывается поясная изоляция из резины типа РШК, толщина которой не нормируется.
Изоляция кабелей должна обладать высокой электрической прочностью, что позволяет уменьшить диаметр кабеля и его стоимость.
Кабельная изоляция изготовляется из бумажных лент шириной 10...30 мм и толщиной 80, 120, 170 мк, наматываемых спирально слой за слой.
В каждом слое между краями, двух смежных лент сохраняются зазоры в 1,5...3,5 мм, благодаря которым при изгибании кабеля бумажные ленты не повреждают друг друга. Масляные каналы в зазоре между лентами являются слабым местом в изоляции, поэтому при намотке бумаги необходимо по возможности предотвращать совпадения зазоров в двух соседних слоях бумаги.
Во время намотки изоляции бумага содержит до 10% адсорбированной поверхностями волокон влаги и воздух, для удаления которых применяется сушка под вакуумом при температуре 120... 135 °С. После сушки, в тех же герметически закрытых баках производится пропитка изоляции под вакуумом составом из минерального масла и канифоли.
При больших напряжениях (20 и 35 кВ) применяются в большинстве случаев кабели с отдельно «освинцованными» жилами или кабели с экранированными жилами. В обоих типах кабеля жилы покрыты слоем металлизированной бумаги, благодаря чему устраняются местные усиления напряженности электрического поля на поверхности жилы, скрученной из отдельных проволок.
Изоляция кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией. сушится и пропитывается обычным образом, а затем подвергается дополнительному нагреву, во время которого удаляется более 70% пропитывающей массы с поверхности бумажных лент и около 30% из лент бумаги. Оставшаяся масса удерживается в бумаге капиллярными силами и не стекает даже при вертикальной прокладке. В этом и заключается единственное преимущество кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией. Электрические характеристики этой изоляции существенно хуже, чем у нормальной изоляции с вязкой пропиткой, так как условия для образования газовых включений оказываются здесь весьма благоприятными. Поэтому в кабелях с обедненно-пропитанной изоляцией на напряжение 6-10 кВ применяется увеличенная примерно на 40% толщина изоляции. Для напряжений 35 кВ и выше обедненно-пропитанная изоляция используется в более сложных по устройству газонаполненных кабелях.