Силовые кабели

 Силовые кабели состоят из следующих основных компонентов:   токопроводящих жил, изоляции, оболочек и защитных покровов. Помимо основных элементов в конструкцию силовых кабелей могут входить экраны и заполнители. Токопроводящие жилы кабеля выполняются из меди или алюминия. Для того чтобы обеспечить гибкость в кабелях с большим  сечением жилы скручиваются из отдельных проволок меньшего сечения. Секторная форма жилы обеспечивает более полное  использование объема под металлической оболочкой. Номинальное сечение жил- от 0,1 мм до 240 мм.

Бумажно-масляная изоляция состоит из двух частей: изоляции жил и поясной изоляции. Изоляция состоит из лент кабельной бумаги толщиной 0,12 мм и шириной около 15 мм, накладываемых с зазором 0,2-0,3 мм таким образом, чтобы очередной слой перекрывал  зазоры предыдущего. Например, у кабеля 6 кВ изоляция жил имеет 18-20, а  поясная 7-8 лент. Для придания кабелю жесткой округлой формы перед наложением металлической защитной оболочки используются бумажные заполнители. Бумажная изоляция под вакуумом пропитывается маслоканифолевым составом. Добавление канифоли в нефтяное масло приводит к существенному увеличению вязкости пропитывающего состава, благодаря чему пропиточная масса в условиях нормальной эксплуатации не вытекает через концевые разделки кабеля. Кроме того, присутствие  канифоли увеличивает стойкость масла против окисления. Согласно действующего  ГОСТа 18410-73, толщина указанных частей изоляции следующая:

Таблица  – Толщина частей изоляции кабелей

В кабельной изоляции причинами снижения электрической прочности в процессе длительного приложения напряжения (старение изоляции) являются частичные разряды и воздействие повышенных температур.

В изоляции кабелей с вязкой пропиткой в процессе эксплуатации возможно образование пустот вследствие неизбежных  многократных циклов нагрева и охлаждения  (теплового  дыхания). При нагреве наиболее сильно расширяется маслоканифольный компаунд, что приводит к распиранию металлической оболочки, обладающей значительно меньшим температурным коэффициентом объемного расширения. При  последующем остывании кабеля вследствие большой остаточной деформации  металлической оболочки в толще изоляции образуются места с пониженным  содержанием  пропитывающего состава. Так как охлаждение кабеля идет от оболочки к  жиле, то у последней, т.е. в  местах с наибольшей напряженностью электрического поля, могут образовываться пустоты.

             Основным методом испытания изоляции кабельных линий является кратковременное приложение повышенного постоянного напряжения отрицательной полярности (при подавляющем большинстве дефектов кабельной изоляции пробивное напряжение на отрицательной полярности на 5-15 % ниже, чем при положительной).

Постоянное испытательное напряжение оказывает существенно меньшее воздействие на неповрежденную изоляцию по сравнению с переменным, т.к при этом потери мощности в изоляции малы и не способствуют развитию теплового пробоя и весьма мала интенсивность частичных  разрядов.

Следует отметить, что испытание постоянным напряжением проверяется отсутствие в изоляции грубых дефектов, но не проводится прямая проверка кратковременной электрической прочности и способности выдерживать внутренние перенапряжения.

            Проверка состояния изоляции силовых  кабелей  производится  в  соответствии с требованиями Норм

             Измеряется сопротивление изоляции для каждой жилы  по отношению к двум другим заземленным мегаомметром 2500В до и после испытания повышенным выпрямленным напряжением.

Таблица 31 – Значения сопротивления изоляции кабелей

Для силовых кабелей 6-10 кВ значение сопротивления изоляции по результатам измерения мегаомметром не служит основанием для оценки состояния изоляции, поскольку в значительной степени зависит от состояния концевых разделок и от длины кабеля (показания мегаомметра определяются не установившимся значением тока утечки, а зарядным током к моменту снятия показаний).

             Основным критерием удовлетворительного состояния кабелей является испытание повышенным выпрямленным напряжением каждой жилы относительно оболочки при двух других заземленных жил.

            Проверка фазировки и переключения жил кабеля предшествует проведению высоковольтных испытаний изоляции кабеля.

Результаты испытаний кабелей считаются удовлетворительными, если при испытаниях не произошло пробоя, не наблюдалось резких бросков тока в сторону увеличения и напряжения в сторону уменьшения, ток утечки в период приложения максимального напряжения не возрастал.

Если последнее условие не удовлетворяется и ток утечки возрастает, испытание продолжается до выявления дефекта, но не более чем 15 мин.

В течении указанного времени ведется наблюдение за показаниями приборов (амперметра, вольтметра) и разделками на концах кабеля. Оценка состояния кабеля производится по характеру и значению тока утечки.

Допустимые токи утечки в зависимости от испытательного напряжения и допустимые значения коэффициента асимметрии при измерении тока утечки приведены в таблице.

Абсолютное значение тока утечки не нормируется. При удовлетворительном  состоянии кабеля ток утечки при подъеме напряжения на каждой ступени сначала резко возрастает (за счет заряда емкости  кабеля), затем быстро спадает до 10-20 % максимального значения. При наличии дефектов ток утечки спадает медленно и даже  может  возрастать,  особенно  при полном испытательном напряжении.  Установившееся  значение тока утечки при максимальном испытательном напряжении указывается в протоколе испытания.

Таблица  - Токи утечки и коэффициенты асимметрии для силовых кабелей

 Периодичность испытаний в процессе эксплуатации.

Кабели на напряжение 2-35 кВ:

а) 1 раз в год- для кабельных линий в течение первых 2 лет после ввода в эксплуатацию, а в дальнейшем:

                        1) 1 раз в 2 года- для кабельных линий, у которых в течение первых 2 лет не наблюдалось аварийных пробоев и пробоев при профилактических испытаниях и 1 раз в год для ка­бельных линий, на трассах которых производились строи­тельные и ремонтные работы и на которых систематически происходят аварийные пробои изоляции;

2) 1 раз в 3 года- для кабельных линий на закрытых территориях (подстанции, заводы и др.);

3) во время капитальных ремонтов оборудования для кабельных линий, присоединенных к агрегатам, и кабельных перемычек 6-10 кВ между сборными шинами и трансформаторами в ТП и РП;

б) допускается не проводить испытание:

1) для кабельных линий длиной до 100 м, которые являются выводами из РУ и ТП на воздушные линии и состоят из двух параллельных кабелей;

2) для кабельных линий со сроком эксплуатации более 15 лет, на кото­рых удельное число отказов из-за электрического пробоя составляет 30 и более отказов на 100 км в год;

3) для кабельных линий, подлежащих реконструкции или выводу из ра­боты в ближайшие 5 лет;

в) допускается распоряжением технического руководителя энергопредприя­тия устанавливать другие значения периодичности испытаний и испыта­тельных напряжений:

1) для питающих кабельных линий со сроком эксплуатации более 15 лет при числе соединительных муфт более 10 на 1 км длины;

2) для кабельных линий на напряжение 6-10 кВ со сроком эксплуатации более 15 лет, на которых смонтированы концевые заделки только ти­пов КВВ и КВБ и соединительные муфты местного изготовления, при значении испытательного напряжения не менее 4Uном и периодично­сти не реже 1 раз в 5 лет;

       Испытательное выпрямленное напряжение для силовых кабелей.

Таблица  – Нормы испытаний силовых кабелей

 После окончания монтажа, перемонтажа муфт или разделок, производится прозвонка кабельной линии с помощью телефонных трубок. Телефоны и микрофоны обеих трубок соединяют в последовательную цепочку с источником постоянного напряжения 3-6В через прозваниваемую жилу кабеля и металлическую оболочку кабеля (или заземленные металлоконструкции).

где: 1- жилы; 2- изоляция жил; 3- заполнитель; 4- поясная изоляция; 5- защитная оболочка; 6- бумага, пропитанная компаундом; 7- защитный покров из пропитанной кабельной пряжи; 8- ленточная броня; 9- пропитанная кабельная пряжа.