Войти
Рисунок 1: Сегменты высоковольтных кабелей из сшитого полиэтилена A высоковольтный кабель (HV кабель ) - кабель, используемый для передачи электроэнергии при высоком напряжении. Кабель включает жилу и изоляцию. Кабели считаются полностью изолированными. Это означает, что они имеют полную систему изоляции, которая будет состоять из изоляции, полуконтейнеров и металлического экрана. Это отличается от воздушной линии, которая может иметь изоляцию, но не полностью рассчитана на рабочее напряжение (например, трехпроводная линия). Высоковольтные кабели разных типов находят широкое применение в приборах, системах зажигания и переменном токе (AC) и постоянном токе (DC) для передачи энергии. Во всех случаях изоляция кабеля не должна ухудшаться из-за воздействия высокого напряжения, озона, образующегося в результате электрических разрядов в воздухе, или трекинга. Кабельная система должна предотвращать контакт высоковольтного провода с другими объектами или людьми, а также должна сдерживать и контролировать ток утечки. Кабельные соединения и клеммы должны быть спроектированы так, чтобы контролировать высоковольтное напряжение, чтобы предотвратить пробой изоляции.
Длина обрезки высоковольтных кабелей может варьироваться от нескольких футов до тысяч футов, при этом относительно короткие кабели используются в аппаратуре, а более длинные кабели прокладываются внутри зданий или в качестве подземных кабелей на промышленных предприятиях или для распределения электроэнергии. Самые длинные отрезки кабеля часто составляют подводные кабели под океаном для передачи энергии.
Рисунок 2: Поперечное сечение кабеля на 400 кВ, показывающее многожильный сегментированный медный проводник в центре, полупроводниковые и изолирующие слои, медные экранирующие проводники, алюминиевую оболочку и пластиковую внешнюю оболочку. Как и другие силовые кабели, высоковольтные кабели имеют структурные элементы из одного или нескольких проводников, система изоляции и защитный кожух. Кабели высокого напряжения отличаются от кабелей низкого напряжения тем, что они имеют дополнительные внутренние слои в системе изоляции для управления электрическим полем вокруг проводника. Эти дополнительные слои необходимы при напряжении 2000 вольт между проводниками. Без этих полупроводниковых слоев кабель выйдет из строя из-за электрического напряжения в течение нескольких минут. Этот метод был запатентован Мартином Хохштадтером в 1916 году; экран иногда называют экраном Hochstadter, а экранированный кабель - кабелем H-типа. В зависимости от схемы заземления экраны кабеля могут быть подключены к заземлению на одном или обоих концах кабеля. Сращивания в середине кабеля также могут быть заземлены в зависимости от длины цепи и в случае использования полупроводниковой оболочки в прямых скрытых цепях.
Рисунок 3, Поперечное сечение типичного медного кабеля EPR среднего напряжения 15 кВ № 2. Подходит для установки URD, прямо под землей или в воздуховоде. Все слои кабельной конструкции промаркированы и идентифицированы. С 1960 года экструдированные кабели с твердым диэлектриком заняли доминирующее положение на рынке распределения. Эти кабели среднего напряжения обычно изолированы полимерной изоляцией EPR или XLPE. Изоляция EPR обычна для кабелей от 4 до 34 кВ. EPR обычно не используется для напряжений более 35 кВ из-за потерь, однако его можно найти в кабелях на 69 кВ. XLPE используется на всех уровнях напряжения от класса 600 В и выше. Иногда продается изоляция EAM, однако ее проникновение на рынок остается довольно низким. Кабели с твердой экструдированной изоляцией, такие как EPR и XLPE, составляют большую часть выпускаемых сегодня распределительных и передающих кабелей. Однако относительная ненадежность раннего сшитого полиэтилена привела к медленному внедрению при напряжении передачи. Сегодня кабели на 330, 400 и 500 кВ обычно изготавливаются из сшитого полиэтилена, но это произошло только в последние десятилетия.
Рис. 4. Типовой трехжильный (3 / C) кабель с бумажной изоляцией и свинцовым покрытием (PILC) класса изоляции 15 кВ. Винтаж 1990-х. Все более необычным типом изоляции является кабель, покрытый свинцом или бумажной изоляцией. Некоторые коммунальные предприятия все еще устанавливают это для распределительных цепей в качестве нового строительства или замены. Себастьян Зиани де Ферранти был первым, кто продемонстрировал в 1887 году, что тщательно высушенная и подготовленная крафт-бумага может обеспечивать удовлетворительную изоляцию кабеля при напряжении 11 000 вольт. Раньше кабель с бумажной изоляцией применялся только для низковольтных телеграфных и телефонных цепей. Для того, чтобы бумага оставалась обезвоженной, требовалась экструдированная свинцовая оболочка поверх бумажного кабеля. Пропитанные массой кабели среднего напряжения с бумажной изоляцией стали коммерчески практичными к 1895 году. Во время Второй мировой войны на кабели применяли несколько разновидностей синтетической резины и полиэтиленовой изоляции. В современных высоковольтных кабелях для изоляции используются полимеры или полиэтилен, в том числе сшитый полиэтилен (XLPE). Кончину PILC можно рассматривать в 1980-х и 1990-х годах, когда городские коммунальные службы начали устанавливать больше кабелей с изоляцией из EPR и XLPE. Факторами сокращения использования PILC являются высокий уровень мастерства, необходимый для сращивания свинца, более длительное время сращивания, ограниченная доступность продукта внутри страны и необходимость прекратить использование свинца по соображениям охраны окружающей среды и безопасности. Следует также отметить, что кабель с резиновой изоляцией и свинцовой оболочкой пользовался непродолжительной популярностью до 1960 г. на рынках низкого и среднего напряжения, но не получил широкого распространения в большинстве коммунальных предприятий. Большинство коммунальных предприятий часто считают, что срок службы существующих питателей PILC близок к концу и подлежит программам замены.
Вулканизированный каучук был запатентован Чарльзом Гудиером в 1844 году, но его не применяли для изоляции кабелей до 1880-х годов, когда он использовался для цепей освещения. Кабель с резиновой изоляцией использовался в цепях на 11000 вольт в 1897 году, установленных для проекта Niagara Falls Power Generation.
Рис. 5. Кабель среднего давления 69 кВ, заполненный маслом. В этом кабеле используются концентрические медные жилы, изолированные крафт-бумагой. Защита отдельных фаз обеспечивается чередующимися углеродными и цинковыми лентами. Общий щит тоже предусмотрен. Трубки облегчают движение нефти, обеспечиваемое рядом насосных станций. Свинец толщиной 150 мил обеспечивает защиту от влаги. Маслонаполненные, газонаполненные кабели и кабели трубного типа считались устаревшими с 1960-х годов. Такие кабели рассчитаны на значительный поток масла через кабель. Стандартные кабели PILC пропитаны маслом, но масло не предназначено для протекания или охлаждения кабеля. Кабели с масляным наполнением обычно имеют свинцовую изоляцию и могут быть приобретены на катушках. Кабели трубчатого типа отличаются от маслонаполненных кабелей тем, что они устанавливаются в жесткую трубу, обычно сделанную из стали. В кабелях трубчатого типа сначала строятся трубы, а затем протягивается кабель. Кабель может иметь скользящие проволоки, чтобы предотвратить повреждение во время протягивания. Объем масла в поперечном сечении в кабеле трубчатого типа значительно выше, чем в кабеле, заполненном маслом. Эти кабели трубчатого типа заполнены маслом при номинальном низком, среднем и высоком давлении. Более высокие напряжения требуют более высоких давлений масла, чтобы предотвратить образование пустот, которые могут вызвать частичные разряды внутри изоляции кабеля. Кабели трубчатого типа обычно имеют систему катодной защиты, отключенную от напряжения, в отличие от кабельной цепи, заполненной маслом. Кабельные системы трубчатого типа часто защищают от образования просыпей асфальтовым покрытием. Многие из этих трубных контуров все еще находятся в эксплуатации сегодня. Однако они потеряли популярность из-за высоких начальных затрат и огромного бюджета O + M, необходимого для обслуживания парка насосных станций.
Высокое напряжение определяется как любое напряжение свыше 1000 вольт. Кабели от 2 до 33 кВ обычно называют кабелями среднего напряжения, а кабели высоковольтными - более 50 кВ.
Современные высоковольтные кабели имеют простую конструкцию, состоящую из нескольких частей: проводника, экрана проводника, изоляции, изоляционного экрана, металлического экрана и оболочки. Другие слои могут включать водонепроницаемые ленты, разрывные шнуры и бронепроволоки. Медные или алюминиевые провода переносят ток, см. (1) на рисунке 1. (Подробное обсуждение медных кабелей см. В основной статье: Медный провод.) Изоляция, изоляционный экран, и экран проводника, как правило, изготавливаются на полимерной основе, за некоторыми редкими исключениями.
Конструкции с одним проводом ниже 2000 кСм обычно концентрические. Отдельные пряди часто деформируются в процессе скручивания, чтобы обеспечить более гладкую общую окружность. Это компактные и сжатые проводники. Compact предлагает уменьшение внешнего диаметра проводника на 10%, в то время как версия со сжатием предлагает уменьшение только на 3%. Выбор сжатого или компактного проводника часто требует другого соединителя во время сращивания. Кабели передачи 2000KCM и более часто имеют дизайн в виде секторов для уменьшения потерь на скин-эффект. Кабели сетевого питания часто рассчитаны на работу при температуре жилы до 75 ° C, 90 ° C и 105 ° C. Эта температура ограничена конструктивным стандартом и выбором рубашки.
Экран проводника всегда прочно соединен с изоляцией кабеля из EPR или XLPE в кабеле с твердым диэлектриком. Полупроводящий изоляционный экран может быть приклеенным или съемным, в зависимости от желания покупателя. Для напряжений 69 кВ и выше обычно прикрепляется изоляционный экран. Снимаемый изоляционный экран приобретается для сокращения времени и навыков сварки. Можно утверждать, что удаляемый полупроводник может привести к меньшему количеству проблем с производством при среднем напряжении. В кабелях с бумажной изоляцией полупроводящие слои состоят из углеродных или металлизированных лент, наложенных поверх жилы и бумажной изоляции. Эти слои предназначены для предотвращения образования пустот, заполненных воздухом, и подавления напряжения между металлическими проводниками и диэлектриком, так что небольшие электрические разряды не могут возникать и представлять опасность для изоляционного материала.
Изоляция экран покрывается медным, алюминиевым или свинцовым «экраном». Металлический экран или оболочка служат заземленным слоем и отводят токи утечки. Функция экрана не в том, чтобы проводить неисправности, но при желании эту функцию можно спроектировать. Некоторые конструкции, которые могут быть использованы, включают медную ленту, концентрические медные провода, продольно гофрированный экран, плоские медные ленты или экструзионную свинцовую оболочку.
Оболочка кабеля часто бывает полимерной. Функция куртки - обеспечить механическую защиту, а также предотвратить проникновение влаги и химикатов. Куртки могут быть полупроводниковыми или непроводящими в зависимости от условий почвы и желаемой конфигурации заземления. Полупроводниковые оболочки также могут использоваться на кабелях для облегчения проверки целостности оболочки. Некоторые типы оболочки: LLDPE, HDPE, полипропилен, ПВХ (нижняя часть рынка), LSZH и т. Д.
Рисунок 6. Пример кабеля с твердой экструдированной изоляцией (EPR) с проводником класса 3 (3 / C) 15 кВ. В этой конструкции кабеля используются секторные алюминиевые жилы, а не концентрические, чтобы уменьшить общий диаметр кабеля. При разработке изоляции высокого напряжения, на которую ушло около полувека, были выявлены две характеристики оказался первостепенным. Во-первых, введение полупроводниковых слоев. Эти слои должны быть абсолютно гладкими, без выступов размером всего несколько мкм. Кроме того, соединение между изоляцией и этими слоями должно быть абсолютным; любое расщепление, воздушные карманы или другие дефекты - опять же, даже размером в несколько мкм - вредны для кабеля. Во-вторых, изоляция не должна иметь включений, полостей или других дефектов такого же размера. Любой дефект этого типа сокращает срок службы кабеля по напряжению, который должен составлять порядка 30 лет и более.
Сотрудничество между производителями кабелей и производителями материалов привело к появлению марок сшитого полиэтилена с жесткими спецификациями. Большинство производителей сшитого полиэтилена указывают сорт «особо чистый», в котором гарантировано количество и размер посторонних частиц. Требуется упаковка сырья и его разгрузка в среде чистого помещения в кабельных машинах. Разработка экструдеров для экструзии пластмасс и сшивки привела к созданию кабельных установок для изготовления бездефектной и чистой изоляции. Окончательный контроль качества представляет собой испытание частичного разряда при повышенном напряжении 50 или 60 Гц с очень высокой чувствительностью (в диапазоне от 5 до 10 пикокулонов). Это испытание проводится на каждой катушке кабеля перед его отправкой.
Рисунок 7: Экструдер для изготовления изолированного кабеля Высоковольтный кабель для передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC) имеет такую же конструкцию, что и кабель переменного тока, показанный на рисунке. 1. Физика и требования к тестам разные. В этом случае первостепенное значение имеет гладкость полупроводниковых слоев (2) и (4). Чистота изоляции остается обязательной.
Многие кабели HVDC используются для подключения подводных лодок постоянного тока , потому что на расстояниях более 100 км переменный ток больше не может использоваться. Самый длинный подводный кабель на сегодняшний день - это кабель NorNed между Норвегией и Нидерландами, который имеет длину почти 600 км и транспортирует 700 мегаватт, мощность равна мощности большой электростанции.. Большинство этих длинных глубоководных кабелей выполнено в более старой конструкции с использованием пропитанной маслом бумаги в качестве изолятора.
Рис. 8, заземляющий экран кабеля (0%) отрезан, эквипотенциальные линии (от 20% до 80%) концентрируются на краю заземляющего электрода, создавая опасность 
Рис. 9: Резиновый или эластомерный корпус R проталкивается через изоляцию (синий цвет) кабеля. Эквипотенциальные линии между HV (высокое напряжение) и землей равномерно распределены по форме заземляющего электрода. Таким образом предотвращается концентрация поля. Клеммы высоковольтных кабелей должны управлять электрическими полями на концах. Без такой конструкции электрическое поле будет концентрироваться на конце заземляющего проводника, как показано на рисунке 2.
Здесь показаны эквипотенциальные линии, которые можно сравнить с контурными линиями на карта горной местности: чем ближе эти линии друг к другу, тем круче склон и тем выше опасность, в данном случае опасность электрического пробоя. Эквипотенциальные линии также можно сравнить с изобарами на карте погоды: чем плотнее линии, тем сильнее ветер и выше опасность повреждения. Для управления эквипотенциальными линиями (то есть для управления электрическим полем) используется устройство, которое называется конусом напряжения, см. Рис. 3. Суть снятия напряжения заключается в расширении конца экрана вдоль логарифмическая кривая. До 1960 г. конусы напряжения изготавливались вручную с помощью ленты - после того, как был проложен кабель. Они были защищены головками, названными так потому, что герметизирующий компаунд / диэлектрик был залит вокруг ленты внутри изоляторов корпуса из металла / фарфора. Примерно в 1960 году были разработаны предварительно отформованные концевые заделки, состоящие из резины или эластомера тела, натянутого на конец кабеля. На этот резиноподобный корпус R нанесен экранирующий электрод, который расширяет эквипотенциальные линии, чтобы гарантировать низкое электрическое поле.
Суть этого устройства, изобретенного NKF в Делфте в 1964 году, заключается в том, что отверстие упругого тела уже, чем диаметр кабеля. Таким образом, поверхность раздела (синий) между кабелем и конусом напряжения подвергается механическому давлению, так что между кабелем и конусом не может образоваться полостей или воздушных карманов. Таким образом предотвращается электрический пробой в этой области.
Эта конструкция может быть дополнительно окружена фарфором или силиконовым изолятором для использования вне помещений, или приспособлениями для ввода кабеля в силовой трансформатор под маслом, или распределительное устройство под давлением газа.
Соединение двух высоковольтных кабелей друг с другом создает две основные проблемы. Во-первых, внешние проводящие слои в обоих кабелях должны быть заделаны, не вызывая концентрации поля, как при изготовлении кабельного наконечника. Во-вторых, необходимо создать свободное пространство, где можно безопасно разместить обрезанную изоляцию кабеля и соединитель двух проводов. Эти проблемы были решены компанией NKF в Делфте в 1965 году путем внедрения устройства, называемого двуручьевой манжетой.
На рисунке 10 показана фотография поперечного сечения такого устройства. На одной стороне этой фотографии нарисованы контуры высоковольтного кабеля. Здесь красный представляет жилу этого кабеля, а синий изоляцию кабеля. Черные части на этом рисунке представляют собой детали из полупроводящей резины. Наружный находится под потенциалом земли и распространяет электрическое поле аналогично кабельному зажиму. Внутренний находится под высоким напряжением и экранирует разъем проводов от электрического поля.
Само поле отводится, как показано на рисунке 8, где эквипотенциальные линии плавно направлены от внутренней части кабеля к внешней части двуручного браслета (и наоборот на другой стороне устройства.
Рис. 10: Фотография участка высоковольтной муфты, двуручный,, с высоковольтным кабелем, установленным с правой стороны устройства. 
Рис. 11 : Распределение поля в двуручном соединении или высоковольтном соединении. Суть вопроса здесь, как и в кабельном зажиме, в том, что внутреннее отверстие этого двуручного соединения выбрано меньше диаметра поверх изоляции кабеля. Таким образом создается постоянное давление между двойным манжетом и поверхностью кабеля, и исключаются полости или электрические слабые места.
Установка концевой или двухручьевой манжеты - это квалифицированная работа. Технические шаги по удалению внешнего полупроводникового слоя на концах кабелей, размещению органов управления полем, подключению проводников и т. Д. Требуют навыков, чистоты и точности.
Соединения, склеенные вручную, - это старый метод сращивания и заделки кабеля. Конструкция этих соединений включает в себя использование нескольких типов ленты и ручное создание соответствующего снятия напряжения. Некоторыми из используемых лент могут быть резиновые ленты, полупроводниковые ленты, фрикционные ленты, лакированные батистовые ленты и т. Д. Этот метод соединения невероятно трудоемок и требует много времени. Это требует измерения диаметра и длины наращиваемых слоев. Часто ленты должны быть перекрыты наполовину и плотно натянуты, чтобы предотвратить образование окон или пустот в результате стыка. Гидроизоляция склеивания вручную скотчем очень сложна.
Предварительно формованные соединения представляют собой отлитые под давлением тела, созданные в два или более этапов. Благодаря автоматизации клетка Фарадея будет иметь точную геометрию и размещение, недостижимое при проклеенных стыках. Предварительно формованные соединения бывают разных размеров корпуса, которые в значительной степени соответствуют внешнему диаметру кабельной полукладки. Для обеспечения гидроизоляции требуется плотный стык стыка. Эти суставы часто подвергаются давлению и могут стать причиной травм мягких тканей у мастеров.
Термоусадочные муфты состоят из множества различных термоусадочных трубок: изолирующих и проводящих. Эти комплекты менее трудозатратны, чем клейкая лента, но больше, чем предварительно отформованные. Могут возникнуть опасения по поводу наличия открытого огня в люке или хранилище здания. При использовании горелки также могут возникнуть проблемы с качеством изготовления, поскольку трубки должны быть полностью извлечены без перегрева, а любые используемые мастики должны стекать в пустоты и удалять воздух. Необходимо дать достаточно времени и тепла. Также существует большое количество компонентов, которые необходимо разместить в правильном порядке и положении относительно центра соединения.
Холодная усадка - новейшее семейство соединений. Идея состоит в том, чтобы сформировать полимерную трубку с диаметром, подходящим для кабеля. Затем он расширяется по форме и помещается на удерживающую трубку на заводе. После этого соединение готово к установке и легко надевается на конец кабеля. После установки соединителя сварочному аппарату просто необходимо отцентрировать корпус соединения, а затем освободить фиксатор. Трубка автоматически вернется к исходному размеру. Единственная сложность заключается в том, что срок хранения в холодной усадке составляет примерно 2–3 года. По прошествии этого периода времени резина будет формировать память и не восстановится до предполагаемого размера. Это может привести к выходу из строя сустава, если он не установлен раньше рекомендованной даты. С точки зрения энергокомпании это затрудняет отслеживание запасов или сохранение запасных частей для критически важных клиентов. Холодная усадка - это наиболее быстрорастущая область распределительных соединений, в которой, как считается, меньше всего проблем с производством при минимальном времени установки.
Рентгеновские кабели длиной несколько метров используются для соединения источника высокого напряжения с рентгеновской трубкой или любым другим устройством высокого напряжения в научное оборудование. Они передают небольшие токи порядка миллиампер при постоянном напряжении от 30 до 200 кВ, а иногда и выше. Кабели гибкие, с резиновой или другой эластомерной изоляцией, многопроволочными жилами и внешней оболочкой из медной оплетки. Конструкция имеет те же элементы, что и другие силовые кабели ВН.
При рассмотрении сплошного диэлектрика или бумажной изоляции существуют разные причины нарушения изоляции кабеля. Следовательно, существуют различные методы тестирования и измерения для проверки полностью исправных кабелей или для обнаружения неисправных. В то время как бумажные кабели в основном тестируются на сопротивление изоляции постоянному току, наиболее распространенным тестом для кабельной системы с твердым диэлектриком является испытание на частичный разряд. Необходимо различать тестирование кабеля и диагностику кабеля .
. В то время как методы тестирования кабеля приводят к выводу о том, что кабель работает / не годен, методы диагностики кабеля позволяют оценить текущее состояние кабеля. С помощью некоторых тестов можно даже определить положение дефекта в изоляции до выхода из строя.
В некоторых случаях электрические деревья (водяные деревья) могут быть обнаружены с помощью измерения тангенса дельта. Интерпретация результатов измерений в некоторых случаях может дать возможность различить новый, сильно пропитанный водой кабель. К сожалению, существует много других проблем, которые могут ошибочно представлять собой большие касательные дельты, и подавляющее большинство дефектов твердого диэлектрика не может быть обнаружено с помощью этого метода. Повреждение изоляции и электрические разряды могут быть обнаружены и обнаружены с помощью измерения частичных разрядов. Данные, собранные во время процедуры измерения, сравниваются со значениями измерения того же кабеля, собранными во время приемочного испытания. Это позволяет просто и быстро классифицировать диэлектрическое состояние тестируемого кабеля. Как и в случае с тангенциальной дельтой, у этого метода есть много недостатков, но при хорошем соблюдении заводских стандартов испытаний полевые результаты могут быть очень надежными.
Это кабель класса изоляции 15 кВ, экранированный медной лентой толщиной 5 мил.  | На Викискладе есть материалы, связанные с Высоковольтными кабелями. |
