Tehokaapelit kyllästetyllä paperieristyksellä jännitteelle 1-10 kV
Virtajohdot valjailla
Suurin osa 10 kV:n jännitteen voimakaapeleista on kolmijohtimia sektorijohtimilla, ns. hihnaeristettyjä kaapeleita. Näitä kaapeleita on saatavana kupari- ja alumiinijohtimilla, joiden poikkipinta on 6 - 240 mm2. Alumiinijohtimet voivat olla yksijohtimia koko poikkileikkausalueella, lisäksi alueella 70-240 mm2 valmistetaan myös monisäikeisiä tiivistettyjä johtimia. Kuparijohtimia valmistetaan pääsääntöisesti monisäikeisinä, mutta poikkipinta-alalla 6-50 mm2 käytetään yksijohtimia.
On tunnettua, että perinteiset menetelmät johtavien lankojen valmistamiseksi ovat kupari ja alumiini. Kuparista on viime vuosina tullut äärimmäisen niukkaa, minkä vuoksi alumiinia käytetään eniten kaapeliteollisuudessa sekä johtimissa että vaippaissa.
Alumiinin sähkönjohtavuus on 1,65 kertaa pienempi kuin kuparin ja sen tiheys on 3,3 kertaa pienempi kuin kuparin, mikä mahdollistaa alumiinilankojen, joilla on sama sähkövastus, 2 kertaa kevyempi kuin kuparilla. Yksisäikeisten alumiinijohtimien valmistus tiheän sektorin muodossa antaa suuren taloudellisen vaikutuksen kaapeliteollisuudessa. Tällaisten lankojen käyttö mahdollistaa kaapelin halkaisijan pienentämisen, lisäksi tällaisten lankojen valmistuksessa työn tuottavuus kasvaa, koska verrattuna monilankaisten lankojen tuotantoon vetotoimintojen määrä vähenee ja johtojen kiertäminen on poissuljettu. Kiinteän sektorin langoilla on suurempi jäykkyys kuin kierretyillä; lisäksi kaapeleiden asennuksen monimutkaisuus tällaisilla johtimilla lisääntyy jossain määrin. Kuitenkin, kuten tutkimukset osoittavat, kaapelin jäykkyys ei pääsääntöisesti määräydy virtaa kuljettavien johtimien, vaan ensisijaisesti vaipan materiaalin ja rakenteen mukaan.
Kaapelin eristys koostuu kaapelipaperinauhoista, jotka on kyllästetty hartsikoostumuksella. Kaapeleissa, joiden jännite on 1-10 kV, jokainen vaihe eristetään erikseen ja sitten kierretyille eristetyille johtimille levitetään yhteinen hihnaeristys. Vaihe- ja liuskaeristeen paksuudet valitaan kaapelin olosuhteista työtilassa (Valko-Venäjän tasavallassa 6, 10 kV verkot toteutetaan eristetyllä nollalla), mikä varmistaa sen luotettavan toiminnan hätätilassa.
Kotitalouskaapeleissa eristeen paksuus vaiheiden välillä on noin 36 % suurempi kuin sydämen ja vaipan välisen eristeen paksuus.Joten kaapeleissa, joiden jännite on 6 kV, vaiheeristyksen paksuus on 2 mm ja hihnan eristyksen paksuus on 0,95 mm, kaapeleissa, joiden jännite on 10 kV - 2,75 t 1,25 mm.
Kaapeleille, joiden jännite on 1 ja 3 kV, eristeen paksuus valitaan pääasiassa sen mekaanisen lujuuden perusteella (ilman taivutusvaurioita). Eristettyjen johtojen väliset raot täytetään sulfaattipaperinipuilla.
Kyllästetyn paperieristeen suurin haittapuoli on sen korkea hygroskooppisuus, joten eristyksen suojaamiseksi kosteudelta varastoinnin, asennuksen ja käytön aikana kaapelit on suljettu metallivaippaan.
Virtakaapeleita on saatavana lyijy- ja alumiinivaipalla. Alumiinivaipat ovat riittävän tiiviitä ja mekaanisesti vahvempia kuin lyijyvaipat.Alumiinin korkea sähkönjohtavuus mahdollistaa alumiinivaipan käytön kaapelin neljäntenä johtimena, mikä säästää merkittävästi alumiinia, eristeitä ja suojakuoria. Alumiinivaippaisia kaapeleita ei kuitenkaan voida käyttää olosuhteissa, jotka ovat alttiina aggressiivisille ympäristöille (emäksiset höyryt, väkevät alkaliliuokset). Tällaisissa olosuhteissa on tarpeen käyttää kaapeleita, joissa on lyijyvaippa.
Kokemus halkaisijaltaan yli 40 mm:n alumiinivaippaisten kaapeleiden valmistuksesta ja asennuksesta paljasti niiden liiallisen jäykkyyden, joten jännitteelliset kaapelit 1 kV poikkileikkauksella 3 × 240 mm2, 6 kV, joiden poikkileikkaus on 3 × 150 mm2 ja enemmän, 10 kV poikkileikkaukseltaan 3 × 120 mm2 ja enemmän on tehtävä aallotetulla alumiinivaipalla.
Aallotetun vaipan käyttö lisää kaapeleiden joustavuutta, mutta kun tällaisia kaapeleita vedetään kalteville reiteille, kyllästysaine voi valua alas aallotuksesta ja muodostaa ilmasulkeuksia kaapelin eristykseen. Tässä suhteessa aallotettuja vaippaa voidaan käyttää vain kaapeleissa, joiden eristys on kyllästetty valumattomilla yhdisteillä.
Nousukaapelit
Asetettaessa kyllästetyllä paperieristeellä varustettuja kaapeleita reiteille, joilla on suuri tasoero, on olemassa vaara, että kyllästysseos laskeutuu reitin alaosaan. Koostumus virtaa pääasiassa johtimien välisiä rakoja pitkin kierretyissä monilankaisissa johtimissa sekä metallivaipan ja eristeen välisessä raossa ja vähäisemmässä määrin itse paperieristeen sisällä.
Näin ollen radan yläosissa kaapelin dielektrinen lujuus pienenee johtuen ilmarakojen ilmaantumisesta eristykseen. Reitin alemmilla osilla kaapeli voi olla paineen alaisena jäykän liitoksen kohonneen paineen vuoksi. Siksi tavanomaisen suunnittelun kyllästetyllä paperieristeellä varustetut kaapelit voidaan asentaa reiteille, joiden tasoero kaapelin sijainnin korkeimman ja alimman kohdan välillä on enintään 15-25 m. Vuotojen vaikutusta voidaan vähentää kyllästyskoostumuksella seuraavilla toimenpiteillä: sulkevien liittimien käyttö.