Cиловые кабели с пластмассовой изоляцией более просты в изготовлении, удобны при монтаже и в эксплуатации. Процесс наложения пластмассовой изоляции методом экструзии (т.е. выдавливания) на токопроводящие жилы гораздо более производителен, чем изолирование методом обмотки бумажными лентами. Кроме того, отпадает необходимость в сушке и пропитке изоляции.
В настоящее время основными применяемыми материалами являются сшитый полиэтилен (СПЭ), поливинилхлорид (ПВХ) и этиленпропиленовая резина (ЭПР). При этом наибольшее распространение получили кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена ((русское название – СПЭ – кабели, английское название – XLPE-кабели), которые имеют существенные преимущества перед кабелями с бумажной изоляцией (см. табл. 1):
- большая пропускная способность за счет увеличения длительно допустимой температуры нагрева до 90 0С вместо 60-80 0С для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией (соответственно, допустимые токи нагрузки на 15-30 % выше, чем у кабелей с бумажной изоляцией);
- высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании (предельно допустимая температура при токе к.з. составляет 250 0С вместо 130-250 0С для кабелей с бумажной изоляцией);
- низкий вес, меньший диаметр и допустимый радиус изгиба, что значительно облегчает прокладку, особенно на сложных трассах;
- возможность вести прокладку кабеля при очень низких температурах (до – 200 С) без предварительного подогрева;
- отсутствие ограничение по разнице уровней на трассе прокладки;
- меньшие потери в изоляции (tg составляет 0,001 вместо 0,008);
- экологическая безопасность в виду отсутствия жидких компонентов;
- более низкая удельная повреждаемость и др.
Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена
Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена обусловили повсеместное их применение в развитых странах и заметное сокращение использования других типов силовых кабелей. Например, в США и Канаде кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена составляют 80-85 % всего рынка силовых кабелей, используемых в распределительных сетях, в Германии и Дании–до 95 %, а в Японии, Финляндии, Швеции и Франции–до 100 %.
Ведущими зарубежными производителями кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена являются компании ABB, NEXANS, Pirelli, NKT cable, Sumitomo Electric.
В России и в странах СНГ силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение до 35 кВ также находят все более широкое применение.
Ряд кабельных заводов России (АББ Москабель, Камкабель, Севкабель, Иркутсккабель и др.) освоил производство этих кабелей с использованием современных зарубежных технологий. Кабели по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам соответствуют международному стандарту МЭК 60502.
В настоящее время существует две технологии изготовления СПЭ-кабелей – силанольносшиваемая и пероксидносшиваемая технология. Их принципиальное отличие заключается в реагенте, при помощи которого происходит процесс сшивки (вулканизации) полиэтилена. При силанольной технологии сшивка происходит во влажной среде при температуре 80-90 0С с применением в качестве реагентов силанов. При современной пероксидной технологии процесс сшивки производится химическим способом в среде нейтрального газа (азота) при давлении 8-9 атмосфер и высокой температуре 285-400 0С с применением в качестве реагентов пероксида дикумила.
Кабели на напряжение до 6 кВ включительно (0,66, 1, 3 и 6 кВ) с изоляцией из силанольносшиваемого полиэтилена выпускаются по ГОСТ 16442-80 и ТУ, кабели на напряжение 10, 20 и 35 кВ с изоляцией из пероксидносшиваемого полиэтилена выпускаются по ТУ 16.К71-335-2004.
Кабели на напряжение до 6 кВ изготавливаются одно–, двух–, трех–, четырех–, и пятижильными (см. рис. 3). Токопроводящая жила кабелей сечением от 1,5 до 240 мм2 – алюминиевая или медная, однопроволочная или многопроволочная. Изоляция кабелей – из сшитого полиэтилена. Оболочка кабелей – из ПВХ-пластиката (кабели марок АПвВГ, ПвВГ). Кабели с защитным покровом типа БбШв имеют броню из плоских стальных лент и шланг из ПВХ-пластиката (кабели марок АПвБбШв, ПвБбШв). В зависимости от типов защитных покровов кабели применяются для прокладки на вертикальных, наклонных и горизонтальных трассах в земле (траншеях); в сухих или сырых помещениях (туннелях), каналах, шахтах, коллекторах, производственных помещениях, на кабельных эстакадах, по мостам и в блоках.
Кабель АПвВГ
3 – Скрепляющая обмотка (для кабелей сечением 50 мм2 и выше);
4 – Оболочка из ПВХ пластиката.
Кабель ПвБбШв
3 – Сердечник; 4 – Скрепляющая обмотка (для кабелей сечением 50 мм2 и выше);
5 – Поясная изоляция из ПВХ пластиката;
6 – Броня из двух стальных оцинкованных лент;
7 – Защитный шланг из ПВХ пластиката.
Рис. 3. Элементы конструкции кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 1 кВ:
1 – Жила однопроволочная или многопроволочная, алюминиевая или медная;
2 – Изоляция из сшитого полиэтилена (цветовая маркировка жил);
Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на номинальные напряжения 10, 20 и 35 кВ (см. рис. 4) конструктивно состоят из круглой медной или алюминиевой многопроволочной жилы сечением от 50 до 1200 мм2, полупроводящего слоя по жиле, изоляции из сшитого полиэтилена (толщиной 3,4, 5,5 и 9 мм, соответственно), полупроводящего слоя по изоляции, разделительного слоя, экрана их медных проволок и медной ленты (сечением не менее 16 мм2 для кабелей с сечением жилы 50–120 мм2; не менее 25 мм2 для кабелей с сечением жилы 150–300 мм2; не менее 35 мм2 для кабелей с сечением жилы 400 мм2 и более), разделительного слоя, полиэтиленовой оболочки из полиэтилена повышенной твердости или оболочки из ПВХ-пластиката, в том числе ПВХ пониженной горючести и с низким дымо- и газовыделением. Для обеспечения продольной герметизации экрана, вместо электропроводящей ленты может использоваться водоблокирующая электропроводящая лента, а вместо разделительного – слой из водоблокирующей ленты.
Кабель АПвП
Кабель ПвВнг-LS
Рис. 4. Элементы конструкции кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20 и 35 кВ:
- – Жила круглая многопроволочная, алюминиевая или медная;
- – Экран по жиле из полупроводящего сшитого полиэтилена;
- – Изоляция из сшитого полиэтилена;
- – Экран по изоляции из полупроводящего сшитого полиэтилена;
- – Разделительный слой;
- – Экран из медных проволок и медной ленты;
- – Разделительный слой;
- – Оболочка из полиэтилена либо из ПВХ, в том числе пониженной горючести и пониженным дымо- и газовыделением.
СПЭ – кабели с полиэтиленовой оболочкой, в том числе с усиленной оболочкой (кабели марок ПвП, АПвП, ПвПу, АПвПу), предназначены для прокладки в земле, а также на воздухе при обеспечении мер противопожарной защиты. Кабели с оболочкой их ПВХ-пластиката, в том числе пониженной горючести (кабели марок ПвВ, АПвВ, ПвВнг, АПвВнг), предназначены для прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях, а также для прокладки в сухих грунтах. Кабели, не распространяющие горение с оболочкой их ПВХ-пластиката пониженной горючести с пониженным дымо- и газовыделением (кабели марок ПвВнг-LS, АПвВнг-LS) предназначены для групповой прокладки на воздухе, в кабельных сооружениях и помещениях с установленными требованиями по плотности дыма при пожаре. Кабели прокладываются на трассах без ограничения разности уровней.
Срок службы кабелей – 30 лет.
За рубежом также разработаны кабели с изоляции из сшитого полиэтилена, предназначенные для подводной прокладки. Типичная конструкция кабеля для подводной прокладки на напряжение 10–35 кВ со встроенным контрольным и волоконнооптическим кабелем представлена на рис. 5.
Рис. 5. Элементы конструкции кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10–35 кВ для подводной прокладки
В будущем силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена будут постепенно вытеснять кабели с бумажной изоляцией не только в распределительных сетях напряжением до 35 кВ включительно, но и в высоковольтных сетях 110–500 кВ (вместо маслонаполненных кабелей).
Поливинилхлорид (ПВХ, PVC) также обладает рядом ценных свойств, необходимых для изоляции силовых кабелей: достаточная электрическая прочность, малая плотность, хорошая водостойкость, негорючесть, хорошие технологические характеристики. Однако большие диэлектрические потери (на 2 порядка выше) ограничивают применение этого материала для кабелей на номинальное напряжение свыше 10 кВ.
Кабели с изоляцией из ПВХ-пластиката (см. рис. 6) изготавливаются по ГОСТ 16442-80 на напряжение 0,66, 1, 3 и 6 кВ с медной или алюминиевой жилой сечением до 240 мм2 в зависимости от марки кабеля.
Кабель АВВГ
6 – Оболочка из ПВХ-пластиката;
Кабель ВБбШв
6 – Броня из двух стальных или стальных оцинкованных лент;
7 – Битум; 8 – Обмотка из полиэтилентерефталатной плёнки;
9 – Шланг из ПВХ-пластиката.
Рис. 6. Элементы конструкции кабелей 6 кВ с ПВХ-изоляцией:
1 – Жила однопроволочная или многопроволочная, алюминиевая или медная;
2 – Изоляция из ПВХ-пластиката (цветовая маркировка жил);
3 – Поясная изоляция из ПВХ-лент;
4 – Экран из электропроводящей бумаги и медной ленты для кабелей 6 кВ;
5 – Обмотка ПВХ-лент и лент нетканого полотна.
Для кабелей на напряжение 6 кВ применяется экран из электропроводящей бумаги и медной ленты. Кабели с оболочкой из ПВХ-пластиката (кабели марок АВВГ, ВВГ) предназначены для прокладок в земле, в блоках, на эстакадах, в помещениях при условии отсутствия опасности механических повреждений. Кабели, не распространяющие горение с оболочкой из ПВХ-пластиката пониженной горючести (кабели марок АВВГнг, ВВГнг) предназначены для прокладок в пожароопасных помещениях. Кабели с защитным покровом типа БбШв (броня из стальных лент и шланг ПВХ-пластиката) и БбШвнг (кабели марок АВБбШв, ВБбШв, АВБбШвнг, ВБбШвнг) предназначены для прокладок в земле, в помещениях, во взрывоопасных зонах и в пожароопасных зонах.
Для передачи и распределения энергии в установках до 0,66 кВ выпускаются также силовые кабели марки NYM (см. рис. 7), а на напряжение 1 кВ – силовые кабели марки NYY, которые соответствуют немецкому аналогу.
Кабель NYM-500
Рис. 7. Элементы конструкции кабелей NYM с ПВХ-изоляцией:
1 – Жила однопроволочная или многопроволочная, медная;
2 – Изоляция из ПВХ-пластиката (цветовая маркировка жил);
3 – Внутреннее заполнение: не вулканизированная резина, высоконаполненный пластикат или термоэластопласт;
4 – Наружная оболочка: поливинилхлоридный пластикат серого, черного или белого цвета.
В кабеле NYM используется внутренние заполнение из не вулканизированной резины, высоконаполненного пластиката или термоэластопласта, что предотвращает опасность образования трещин при эксплуатации в не-благоприятных условиях, позволяет легко и удобно “разделывать” кабель при монтаже, увеличивает гибкость кабеля и придает кабелю круглую форму.
Изоляция из этиленпропиленовой резины (ЭПР) также имеет достаточно высокие электрические параметры. Кроме того, этиленпропиленовая резина отличается:
- высокой длительно допустимой температурой нагрева (до 105 0С);
- хорошей теплостойкостью, что уменьшает риск деформации кабеля в месте изгиба, возникающей при к.з. (предельно допустимая температура при токе к.з. составляет 250-300 0С);
- высокой гибкостью, что позволяет сократить время монтажа;
- хорошей влагостойкостью и огнестойкостью.
В настоящее время рядом ведущих зарубежных фирм (Nexans и др.) для распределительных сетей разработаны и впускаются кабели с изоляцией из этиленпропиленовой резины на напряжение 3-35 кВ.
Конструктивно кабели имеют круглую, многопроволочную, уплотненную жилу из медных или алюминиевых проволок сечением от 10 до 630 мм2 (см. рис. 8).
Рис. 8. Элементы конструкции кабелей с изоляцией изэтиленпропиленовой резины на напряжение 3-35 кВ.
Толщина изоляции из сшитой эластомерной композиции (ЭПР) составляет от 2 мм для кабелей на напряжение 3 кВ до 10 мм для кабелей на напряжение 35 кВ. Кабели на напряжение свыше 6 кВ изготавливаются с экструдированными полупроводящими экранами, расположенными между жилой и изоляцией, а также поверх изоляции. В одножильном кабеле экран выполнен из медных проволок, поверх которых спирально наложена медная лента. В трехжильном кабеле каждая жила экранирована медной лентой. Трехжильные кабели напряжением до 6 кВ могут иметь один общий экран. В трехжильном кабеле броня обеспечивает механическую защиту и выполнена из гальванизированных стальных лент. Внешняя оболочка выполнена из термопластичной ПВХ-композиции.
