Korkeajännitteiset virtakaapelit lyijyvaippaisella paperieristyksellä ja kaapeliläpiviennillä

Voimakaapelit on tarkoitettu sähkön siirtoon ja jakeluun alueella sekä sen syöttämiseen virrankeräimillä.

Vaikka kaapelit ovat kalliimpia asentaa kuin ilmajohdot, niitä käytetään yhä enemmän suosituimpana ratkaisuna. Nykyään suurjännitekaapeleita käytetään pääasiassa 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV ja 400 V jännitetasoilla.

Nykyään valmistetaan lähes vain muovieristettyjä kaapeleita XLPE tuppi, klassinen suurjännitekaapeli on ns. paperikaapeli.

XLPE-kaapeleita alettiin asentaa laajalti ennen 1980-lukua, vaikka joissain maissa tämä prosessi alkoi myöhemmin. Eräs tämän jännitetason erityisen merkittävä piirre on vaihtoehtoisten polymeerikaapelityyppien valtava valikoima.

Paperieristeiset virtakaapelit (vasemmalla) vs. XLPE-kaapeli

Virtakaapelit kyllästetyllä paperieristyksellä

Paperieristetyillä lyijykaapeleilla on lähes sama perusrakenne 400 V - 35 kV jännitetasoilla.Niitä on käytetty voimansiirtoon ensimmäisten sähköjärjestelmien käyttöönotosta 1800-luvun lopulla lähtien.

1900-luvun lyijyvaippainen panssaroitu virtalähdekaapeli

Käyttöjännitteelle 35 kV asti tällaiset kaapelit valmistetaan eristeellä öljyhartsikyllästetystä kaapelipaperista lyijyvaipan ja panssarin sisällä, asennusolosuhteista riippuen.

Kaivos- ja teollisuusteollisuudessa sekä maataloudessa käytettäville laivoille vedetyt kaapelit ja johdot valmistetaan pääosin kumi- tai muovieristyksellä kumista tai PVC:stä valmistetussa joustavassa letkussa.

Virtakaapelit erottuvat johtimien lukumäärästä: yksi-, kaksi-, kolmi- ja nelijohtiminen. Johtimet voivat olla yksi- tai monijohtimia ja muodoltaan pyöreitä, sektoreita, segmentoituja ja soikeita.

Kuten edellä mainittiin, 1800-luvun lopulla ilmestyi kolmijohtiminen kaapeli, jonka jännite oli jopa 6 kV. Aluksi se oli kaapeli, jossa oli pyöreät kuparilangat, paksu kerros paperikyllästettyä eristettä johtimissa ja saman paksuinen yhteinen (vyö) eristekerros eristetyissä johtimissa kierrettyinä yhteen eli lyijyn alle. tuppi.

Esimerkki lyijykaapelista Kabelwerke Bruggin mainoksessa vuodelta 1927.

30 kV kaapelin laskeminen Saksassa vuonna 1928.

Tehokaapelin kehitys kulkee kaapelin käyttöjännitteen ja sen toimintavarmuuden lisäämisen linjalla, mutta ei eristekerroksen paksuutta lisäämällä, vaan eristyskaapelin laatua ja käyttöä parantamalla. materiaalia kaapelissa.

Kaapelin taloudellisten tunnuslukujen parantaminen, ts.Sen hinnan alenemisen määrää ennen kaikkea perusmateriaalien säästäminen niiden paremman käytön ja teknologisen prosessin parantamisen ansiosta (tuotantosyklin lyhentäminen, jätteiden ja jätteiden vähentäminen tuotannossa).

1920-luvulla monijohtimien voimakaapeleiden pyöreät johtimet korvattiin segmentti- ja sektorijohtimilla, koska kaapelituotannon taso oli tähän mennessä kasvanut niin paljon, että oli mahdollista valmistaa luotettavia voimakaapeleita ei-pyöreillä johtimilla aina 10 kV:iin asti. .

Kyllästetyn paperin virtakaapelin päätyyppi on sektorikaapeli.

Tässä kaapelissa on eristyskerros jokaisessa sydämessä (vaiheeristys) ja yhteinen eristekerros kolmen eristetyn johtimen päälle kierrettynä (hihnaeriste). Tällaista kaapelia kutsutaan kaapeliksi, jossa on hihnaeristys tai sähkökentän tyypin mukaan. se, kaapeli, jolla on ei-säteittäinen kenttä, ja kyllästystyypin mukaan - kaapeli, jossa on viskoosi kyllästys.

Tämän tyyppisen kaapelin osoittamiseen käytetään symboleja (merkkejä) suojatyypistä ja ulkokuoresta riippuen, esimerkiksi:

• SG — kaapeli ilman panssaria ja suojuksia johdon päällä,
• CA – lyijyvaipan päälle levitetään asfalttikerros,
• SB - lyijyn yläpuolella on panssari kahdesta teräsnauhasta ja päällyste bitumilla kyllästetystä kaapelilangasta (juutti),
• SBG – sama kuin edellinen malli, mutta ilman puskurin juuttipäällystettä,
• OP ja SK - kaapeli, jossa on litteät tai pyöreät johdot.

Brändin ensimmäinen kirjain osoittaa kuoren olemassaolon, ja viimeinen osoittaa suojakuorien tyypin.

Lyijyn säästämiseksi pienentämällä halkaisijaa monijohtimissa voimakaapeleissa (kaksi-, kolmi- ja nelijohtimisissa) kaapelin johtimia ei tehdä pyöreiksi, vaan sektorin tai segmentin muotoisiksi.

Kolminapainen sektorijohtimilla varustettu kaapeli on halkaisijaltaan noin 15 % pienempi kuin saman poikkileikkauksen omaavilla pyöreillä johtimilla varustettu kaapeli. Sektorijohtimien käyttöönotosta kolmijohtimissa kaapeleissa aiheutuvan lyijynsäästön voidaan arvioida olevan keskimäärin 20 %.

Kolmivaiheisen kaapelin johtimet voivat olla soikean muotoisia, jotka lähestyvät ellipsiä. Tämän suonen muodon etuna on, että soikeassa suonessa ei ole niin teräviä kulmia kuin sektorilaskimossa.

Soikean johtimen käyttö 35 kV suurjännitekaapeleissa voi kompensoida jonkin verran lämpömuutoksia kyllästyskoostumuksessa kaapelin eristekerroksessa ja parantaa siten kaapelin laatua.

Pääeristemateriaalit, joista voimakaapelin eristekerros valmistetaan kaapelitehtaalla, ovat kaapelipaperi ja lukumassa.

Kaapelin paperikerroksen kyllästys tehdään paperin ja paperinauhakerrosten välisen ilman korvaamiseksi mineraaliöljyllä tai muulla sähköliitännässä vahvemmalla kyllästysaineella.

Paperin tehtävänä ei ole vain pitää kyllästysmassaa. Paperin läsnäolo kaapelin eristekerroksessa mahdollistaa eristekerroksen, jonka murtolujuus on noin 3 kertaa suurempi kuin kyllästysseoksen murtolujuus.

Voimakaapeleiden eristyskerroksen valmistukseen käytetyllä kaapelipaperilla on oltava tietyt mekaaniset ominaisuudet, jotka varmistavat paperiliuskojen tiukan päällekkäisyyden kaapelin sydämessä, fysikaaliset ominaisuudet, jotka ovat tarpeen kyllästysprosessin asianmukaisen toteuttamisen kannalta, eikä se saa sisältää epäpuhtauksia, jotka heikentävät paperin sähköisiä ominaisuuksia kyllästyksen jälkeen.

Hihnaeristeisen 20 ja 35 kV kaapelin rakenne ei pysty takaamaan riittävää käyttövarmuutta, mikä johtuu pääasiassa sähkökentän epäsäteittäisyydestä johtuen tangentiaalisten gradienttikomponenttien esiintymisestä kaapelin eristyksessä.

Tähän jännitteeseen sovelletaan rakennetta, jossa on kolme lyijysuonetta, jotka on kierretty yhteiseksi nauhapanssariksi, jota perinteisesti nimittää tuotemerkki OSB. Tätä mallia ehdottivat ensimmäisen kerran vuonna 1923 A. Yakovlev ja S. M. Bragin.

Yli 20 kV:n jännitteiden suurjännitekaapeleita on aina valmistettu yksijohtimisina, ts. säteittäisellä sähkökentällä, koska tässä tapauksessa kaapelin luotettavuus korkealla jännitteellä on erityisen tärkeää.

Niitä käytetään pääasiassa 110 ja 220 kV jännitteillä öljytäytteisiä kaapeleita jonka pääominaisuus on, että tämän kaapelin paperieriste on kyllästetty matalaviskoosisella mineraaliöljyllä, joka voi helposti liikkua kaapelia pitkin keskellä olevaa onttoa sydäntä pitkin kaapeliin syntyvän ylipaineen vaikutuksesta.

Kaapelin lämpötilan muuttuessa vapaasti liikkuva öljy mahdollistaa voimalaitteiden avulla kompensoinnin eristekerroksen tilavuuden lämpötilamuutokset, jotka viskoosilla kyllästetyssä kaapelissa johtavat onteloiden muodostumiseen ja tuhoutumiseen.

Onton sydämen läsnäolo mahdollistaa kaapelin kuivaamisen ja syöttämisen tuotannossa niin, että siihen ei jää käytännössä kuplia ja kaasusulkeumia.

Tuotannossa kaapeli kelataan rummulle ja liitetään erityiseen öljysäiliöön tietyssä positiivisessa paineessa. Tämän laitteen ansiosta kaasusulkeumat eivät muodostu kaapeliin edes merkittävillä lämpötilan muutoksilla.

Moderni kaapeli OSB-35 3×120 jännitteelle 35 kV

Kaapelitiivisteet

Mukana on kaapelikengät ja liittimet, jotta kaapelit voidaan liittää muihin laitteisiin tai toisiinsa.

Koska kaapelit on valmistettu rajoitetun pituisiksi, tarvitaan liitosliittimet - niin sanotut kaapeliholkit. Kaapelirasian tehtävänä on liittää kaapelin kaksi päätä toisiinsa.

Leipzigin museon 30 kV kaapelilinkin esittely, joka avattaessa näyttää kuinka tällainen kaapeliyhteys toimii:

Alumiinilangan suora liitäntä hitsataan ja koneistetaan alumiiniviilalla. Kuparilankojen tapauksessa sijoitetaan ns. juotosholkit, kaapelisydämet ja juotetaan.

Paljaat metallijohtimet kääritään käsin 10-30 mm leveällä öljypaperilla, kunnes eristeen paksuus on 2,5 kertaa kaapelin eristeen paksuus.

Ennen käämitystä kaapeliseos ja paperi on lämmitettävä 130 asteeseen, jotta kosteus pääsee kiehumaan pois. Tätä varten käytettiin avoimia hiiliuunia. Tämä oli tietysti mahdollista vain ulkona.

Kosteuden pääsyn estämiseksi holkkeihin käytetään tehtaalla valmistettua lyijyä tai galvanoitua terästä olevaa sisäholkkia lyijyvaippojen yhdistämiseen ja tiiviiseen juottamiseen.

Vähän ennen juotosprosessin loppua kaapeliseos kaadetaan reikään ilmataskujen välttämiseksi.

Tehokaapelin kyllästysprosessia suoritettaessa on tehtävä kaikki toimenpiteet eristekerrokseen jääneen kosteuden haihduttamiseksi ennen kyllästystä. ja kyllästä kaapelin koko eristekerros mahdollisimman täydellisesti minimoimalla eristekerrokseen mahdollisesti muodostuvat ilmasulkeumat NS-kuiskausten aikana.

Kyllästysmassa on puhdistettava määräajoin mekaanisista epäpuhtauksista, tyhjiökäsittely kaapelin kyllästyksen aikana kertyneen kosteuden poistamiseksi ja kaasunpoisto siihen liuenneen kaasun (ilman) poistamiseksi.

Ennen kuin ns. "lyijy-sisäholkki" suljetaan valuteräskoteloon ja täytetään hartsieristyksellä, teräsnauhavahvikkeen ja lyijyvaipan väliin on tehtävä metalliliitokset.

Vähintään 3 tunnin jäähdytyksen jälkeen asennettua pistorasiaa voidaan käyttää erittäin pitkään (30 vuotta tai enemmän).

Lisätietoja virtakaapeleiden kaapelitiivisteiden asennuslaitteesta ja tekniikasta löytyy täältä:Virtakaapelin liittimet