Кабельные линии значительно дороже воздушных и поэтому применяются в сильно застроенных городах на территориях промышленных предприятий, при переходах через протяженные водные преграды, т.е. там, где сооружение воздушных линий либо экономически не выгодно, либо просто невозможно.
Изоляция жил кабеля друг от друга и от наружной металлической оболочки осуществляется с помощью слоя изолирующего материала, который должен обладать определенной механической и электрической прочностью. Чаще всего изолирующим материалом служит кабельная бумага, плотно намотанная на жилу и пропитанная минеральным маслом или маслом с добавками, увеличивающими его вязкость и стабильность.
Плотная намотка бумаги на жилу обеспечивается применением механически прочных бумажных лент толщиной 20-170 мм и шириной 10-30 мм. Бумажная изоляция перед пропиткой и в процессе пропитки должна быть тщательно высушена. Сушка ведётся под вакуумом 40-20 мм.рт.ст. для кабелей на напряжения 1-10 кВ и 0,1-0,2 - для кабелей на напряжение 110 кВ и выше при температуре 120-130 С. Вместо масла можно использовать газ при высоком давлении. При напряжении 3-35 кВ применяются также кабели с пластмассовой и резиновой изоляцией.
На напряжения до 35 кВ силовые высоковольтные кабели выпускаются чаще всего трёхжильными, на напряжения 110-500 кВ и выше – одножильными.
Бумажно-масляная изоляция подвергается воздействию рабочих напряжений, коммутационных и иногда (если кабель связан с воздушными сетями) импульсных перенапряжений.
Градирование изоляции позволяет снизить напряженности у жилы кабеля или уменьшить толщину изоляции, осуществив более равномерное распределение напряженности по толщине изоляции. Градирование изоляции в кабелях выполняется при помощи бумаги различной плотности и толщины. Более тонкая и плотная бумага имеет большую диэлектрическую проницаемость и электрическую прочность (рисунок 23) и наматывается слоями, ближайшими к жиле. Последующие слои выполняются из более дешёвой имеющей меньшую диэлектрическую прочность бумаги. Как видно из рисунка, применение трёхслойного градирования позволяет уменьшить толщину изоляции маслонаполненного кабеля на напряжение 110 кВ с 16,8 до 12,6 мм.
Рисунок 23 - Распределение напряженности по толщине градированной (кривая 1) и неградуированной (кривая 2) изоляции кабеля на напряжение 110 кВ
Кабели с вязкой пропиткой. Пропитка изоляции в этих кабелях выполняется масляно-канифольным компаундом. Добавка в масло канифоли (1-30% объёма масла) обеспечивает повышенную вязкость пропитывающей массы, что необходимо для предотвращения вытекания компаунда из концов кабеля и перетекания компаунда в кабелях при наклонных трассах.
Ленты бумаги плотно навиваются на жилу кабеля по спирали с зазором 1,5-3,5 мм. Зазоры необходимы для предотвращения разрывов ленты при изгибании кабеля. Прочность масла в зазоре меньше прочности бумаги, поэтому следует избегать наложения зазоров.
Трёхфазные кабели на напряжение не выше 15 кВ обычно выполняют с поясной изоляцией. Конструкция такого кабеля приведена на рисунке 24. Для лучшего использования сечения кабеля жилам 1 придаётся секторная форма, каждая жила охватывается фазовой изоляцией 2, повторяющей секторную форму жилы. Поверх фазной изоляции все жилы охватываются поясной изоляцией 3.
Рисунок 24 - Трехжильный кабель с поясной изоляцией
Пространство между изолированными жилами забивается низкопробной изоляцией (жгуты, скрученные из бумаги) 4. Поверх поясной изоляции накладывается герметичная свинцовая или алюминиевая оболочка 5 и защитная броня из стальных лент или проволок 6. Броня защищается от коррозии битумным составом и пропитанной пряжей 7.
При напряжениях 20 и 35 кВ применяются кабели с отдельно освинцованными жилами и кабели с экранированными жилами. В этих кабелях (рисунок 25) для создания радиального поля и устранения местного усиления поля у многопроволочной круглой жилы поверх жилы 1 и фазовой изоляции 3 накладывают экраны 2, 4 из фольги или металлизированной бумажной ленты. Радиальность поля позволяет увеличить напряженность в изоляции кабелей рассматриваемых типов почти в два раза по сравнению с кабелями с поясной изоляцией. Кабели с отдельно освинцованными жилами допускают увеличение токовых нагрузок по сравнению с кабелями поясной изоляцией и с тем же сечением жил на 10-20%. Это объясняется тем, что наличие свинцовых оболочек 5 улучшает условия отвода тепла.
Рисунок 25 - Трехфазный кабель на напряжение 35 кВ с отдельно освинцованными жилами
Нормальные кабели на напряжения 3-35 кВ с вязкой пропиткой нельзя использовать для вертикальных прокладок при разности уровней 10-15 м или на протяженных, сильно наклонных трассах, так как пропиточная масса будет стекать и оболочка кабеля деформируется. Для вертикальных прокладок используют специальные кабели с объединенной пропиткой изоляции.
Выпускаются те же кабели с пропиткой бумаги битумными составами на основе синтетических смол, не стекающих даже при высоких температурах.
Маслонаполненные кабели.При напряжении 110 кВ и выше бумажная изоляция жилы кабеля пропитывается чистым дегазированным, имеющим повышенную стабильность и газостойкость маслом, находящимся в кабеле под избыточным давлением. Маслонаполненные кабели выпускаются обычно одножильными и в зависимости от давления масла бывают низкого ( до 1), среднего ( =3-5) и высокого ( =10-15) давления.
Давление в кабелях поддерживается автоматически от баллонов со сжатым газом, соединенных с кабелем при помощи специальных муфт. Арматура подпитки, однако, здесь дешевле и проще, чем на трассах маслонаполненных кабелей.
На напряжение 35 кВ выпускаются трёхжильные кабели (рисунок 26). Газопроводящие каналы 1 расположены между жилами 2 вблизи свинцовой оболочки 3.
Рисунок 26 - Трехжильный газонаполненный кабель среднего давления на напряжение 35 кВ
Кабели с пластмассовой и резиновой изоляцией.Всё более широкое применение имеют кабели с полиэтиленовой изоляцией. Хотя допустимые напряженности в изоляции этих кабелей невелики – до 2- 2,3 кв/мм, они могут успешно конкурировать с кабелями вязкой пропитки и выпускаются на напряжение до 35 кВ. Полиэтиленовые кабели легче и не требуют сложных влагонепроницаемых оболочек, полиэтилен обладает высоким удельным сопротивлением и имеет малые диэлектрические потери. Низкие допустимые напряженности вызваны возможностью развития ионизационного пробоя в изоляции этих кабелей, при наличии воздушных включений и местных усилений поля. Последнее в кабелях на напряжения 10 и 35 кВ стараются устранить применением полупроводящих экранов вокруг жилы и фазной изоляции кабеля.
Кабели с полихлорвиниловой и резиновой изоляцией выпускаются на напряжение до 6 кВ и имеют худшие электрические характеристики, чем кабели с полиэтиленовой изоляцией.
Кабельные муфты.Соединение отдельных участков кабелей между собой и разделка концов осуществляется с помощью соединительных и концевых кабельных муфт. Монтируются они, как правило, при прокладке кабеля, т.е. в условиях существенно отличающихся от заводских. Поэтому выполнение их требует особой высокой квалификации, и допустимые напряженности для изоляции соединительных кабельных муфт принимаются примерно в два раза меньше, чем для собственной изоляции кабеля. Соединительные муфты для кабелей с вязкой пропиткой выполняются в металлическом (чаще свинцовом) кожухе, герметически спаянном с оболочкой кабеля. Изоляция жил осуществляется намоткой пропитанной изоляционной бумаги, перекрывающей ступенчатую разделку заводской изоляции. Пространство между изолированными жилами и корпусом заливается битумной мастикой или эпоксидной смолой. Гильзовые соединения жил опрессовываются.
Концевые муфты кабелей на напряжения 6-10 кВ выполняются в виде заполненных битумным компаундом металлических воронок или перчаток; в сухих помещениях наиболее распространена сухая разделка с применением полихлорвиниловой ленты и специальных клеящих лаков.
Стопорные, полустопорные соединительные муфты масло- и газонаполненных кабелей имеют сложную конструкцию, так как должны обеспечивать герметичность при высоких давлениях и обеспечивать необходимую электрическую прочность. Конструкции концевых муфт этих кабелей близки к конструкции проходных изоляторов.
