Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Разделка кабеля

На рынке представлено большое количество инструмента от разных производителей. Но специалисты отдают первенство специальным съёмникам. Съёмник — это специальное устройство для быстрого и лёгкого снятия изоляционных слоёв. При этом жилы силового кабеля не повреждаются.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

К разделке силового кабеля нужно относиться очень ответственно и скрупулёзно (чтобы не было никаких деформаций жил), так как эта конструкция состоит из многих слоёв. Иначе он может начать сильно перегреваться. В данном процессе используются два съёмника. Каждый из них предназначен для своей задачи. Первый снимает наружную изоляцию. Второй применяется для очистки самой жилы. У каждого инструмента можно менять лезвия. Также есть возможность выбирать глубину прорези.

Технология испытаний

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаНезависимо от вида кабеля, испытания должны проводиться в обязательном порядке. В процессе проверяется соответствие всех характеристик и свойств на соответствие нормам. Раньше такие испытания подразумевали пропуск тока, сила которого была в несколько раз больше, чем номинальная (примерно в 6 раз).

Этот метод отбросили, потому что в процессе поверки у ЛЭП снижались характеристики из-за слишком высокого напряжения. В особенности у тех, которые уже давно использовались и имели плохую изоляцию.

В настоящее время для испытаний используют другую технологию. Её ещё называют «щадящей». При этом методе используют напряжение, которое выше номинального всего в 3 раза. Но при этом частота тока равняется 0,1 Гц. Объёмные заряды не образуются при таких испытаниях. Благодаря этому, нет негативного воздействия на изоляционные слои.

Технология производства

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаЛюди давно знали, что сшитый полиэтилен является отличным изоляционным материалом. Но полный потенциал данного изолятора раскрыли только недавно, так как технология применения в производстве провода была сильно недоработана.

Обычный термопластичный полиэтилен имеет множество недоработок и недостатков, если его использовать в производстве кабелей. Критическая температура — +85 градусов. На пороге +85 он начинает плавиться и изменять свою форму. Изоляционные свойства резко снижаются.

Сшитый полиэтилен не начинает деформироваться даже при +135 градусах. Термит «сшивка» в этой отрасли на самом деле обозначает вулканизацию, то есть нагрев до предельной для материала температуры. В структуре происходят связи на молекулярном уровне. Образуется сетка, благодаря которой у материала появляется термоустойчивость, повышенная прочность, а также повышенная электроизоляционная характеристика.

Виды изоляционных материалов СПЭ

Сшитый полиэтилен может производиться по разным технологиям при изменениях температуры, давления проходящей реакции, а также сопутствующих веществ. При этом получают материалы, которые несколько отличаются по своим свойствам. В электроизоляционной промышленности используются:

  • PEXb – полиэтилен, «сшитый» химическим силановым (или силанольным) способом. В его производстве используются вещества кремневодороды, которые с повышением температуры до 80-90 C участвуют в гидролизе, связывая боковые ответвления полимерных макромолекул. Сравнительно дешевый метод, дает около 65 % сшивки. Был очень распространен на начальном этапе использования полиэтилена в качестве кабельной изоляции, но давал неравномерность распределения свойств по всему объему.
  • PEXa «сшивается» в присутствии перекиси водорода, из-за чего называется «пероксидным», при повышении температуры до 400 C и давления 8-9 атм. Такой метод модификации полиэтилена более сложный и дорогой, но дает до 80 % сшитых молекул и сравнительно равномерное распределение показателей по объему материала. Получил наибольшее применение как высоковольтная изоляция большой толщины.

ВНИМАНИЕ! На данный момент изоляция PEXb разрешена только для кабелей, рассчитанных на напряжение не более 1 кВ. При большем напряжении она имеет меньшую электростойкость, часто дает пробои и быстро приходит в негодность

Для изоляции провода в 10-35 кВ и более используется только материал PEXa!

Как производится

При производстве силовых кабелей (СК) во всём мире применяют две технологии.

Технология сшивки бывает:

  • химической;
  • радиационной.

Химический способ разделяют на два вида производства, в зависимости от реагентов, которые используют при химических реакциях: это пероксиды и силаны.

Пероксиды, помещённые в среду нейтральных газов, в сочетании с определённым давлением и заданной температурой дают эффект сшивки. Она распространяется по всей толщине и не имеет включений воздуха. Пероксидный метод применяют для выпуска кабелей, рассчитанных на среднее и высокое напряжения.

Важно! Перед испытаниями продукция, изготовленная при помощи пероксидов, должна выдерживаться достаточное время, для того чтобы из изоляции после сшивки вышел метан. Выдержку проводят при температуре 800С, под давлением

Силаны являются активно-поверхностными веществами (органическими соединениями кремния), они устойчиво связывают органическую матрицу и неорганические наполнители. Это более дешёвый способ, при котором изоляцию на жилу накладывают в кремневой кислоте. Силановый метод используют для производства кабелей, эксплуатируемых при низком и среднем напряжениях.

Радиационная технология, хоть и более эффективная, но из-за остаточной радиации применяется для изготовления кабелей для особых условий эксплуатации. Она выполняется путём облучения полиэтилена жёсткими гамма-лучами.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаСпособы сшивки

Интересно. Используемый в пероксидной технологии катализатор (перекись дикумила) имеет резкий особый запах. Он появляется при попытке механического разрушения изоляции. Насекомые и грызуны его не переносят, что является хорошей защитой от нападок грызущих животных.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаПлюсы и минусы пероксидного метода

Кабели с изоляцией из СПЭ начали вводиться в эксплуатацию ещё с середины прошлого века. Японцы стали первопроходцами в этом. На сегодняшний день такая продукция, рассчитанная на среднее напряжение, занимает от 80 до 95% в США, Канаде, Дании и Германии в общем объеме. Япония, Франция, Швеция и Финляндия приблизили этот показатель к 100%. Российские производители продукции для энергетики также взяли курс на выпуск таких надёжных проводников.

Специфика применения и классы продукции

Кабели в защитной изоляционной оболочке из СПЭ, как правило, применяются в линейных электрических сетях, когда необходимо:

  • Обеспечить передачу на удалённые расстояния большой электрической мощности с высокой степенью надёжности;
  • Обустроить трассу, прокладываемую на участках со значительными перепадами по высотам;
  • Выполнить заданные требования по степени экологической защищённости и пожарной безопасности трассы прокладки.

В зависимости от своего назначения и условий применения кабели с СПЭ подразделяются на ряд классов, причём эта классификация проводится с учётом количества жил в каждом конкретном изделии. Так, одножильная кабельная продукция, общепринятая маркировка которой – «ПвП» и «АПвП», рекомендована к применению при прокладке в грунте. Её подвеска в воздухе и укладка в специальные короба открытого типа допускаются лишь при условии соблюдения дополнительных защитных мер, предохраняющих линию от пожара.

Обратите внимание! Все изделия тех же марок, но имеющие в обозначении индексы  «г» и «2г», могут прокладываться как в земле, так и в воде при соблюдении специальных защитных мер, исключающих их деформацию. В свою очередь, образцы кабельной продукции, имеющие обозначения «ПвПу» и «АПвПу», предназначаются специально для использования на сложных участках кабельных линий, содержащих:

В свою очередь, образцы кабельной продукции, имеющие обозначения «ПвПу» и «АПвПу», предназначаются специально для использования на сложных участках кабельных линий, содержащих:

  • Более четырёх изгибов с углом поворота свыше 30 градусов;
  • Участки трассы с прямыми пролётами, имеющие более четырёх кабельных переходов, уложенных в трубах свыше 20-ти метров в длину;
  • То же, но при наличии более двух трубных проходов общей длиной отрезка 40 метров или более.

Кабельные изделия таких известных марок, как «(А) ПвВнг-LS» и «(А) ПвПнг-HF», имеют своим назначением так называемую «групповую» прокладку в воздушных средах и кабельных коробах внутри помещений.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Кабель ПвПнг-HF

При этом, в зависимости от модификации и класса каждой конкретной модели, они предназначаются для эксплуатации в различных условиях задымлённости (плотности дыма), воздействия инертных газов и уровня перенапряжений.

Особенности конструкции

Варианты исполнения

Силовые кабели в полиэтиленовой защитной изоляции предназначаются для эксплуатации в линиях с действующими напряжениями 10-35 кВ (в сетях с различными типами заземлений). По своему конструктивному исполнению, а также по присущим им свойствам эти изделия соответствуют общепринятым в России нормам и требованиям.

К ним можно отнести ТУ 3530-001-42747015-2005 года, действующие совместно с техническими рекомендациями МЭК 60502-2.

Специфика конструкции кабелей СПЭ проявляется в следующих основных моментах:

  • Эти изделия могут выпускаться как в одножильном, так и в более сложном – трёхжильном исполнении;
  • Для получения нужного количества линий из трёх одножильных кабелей делается плотная скрутка, помещаемая в одну общую изоляцию;
  • Второе из этих исполнений предполагает выпуск готового трехжильного кабеля с общим металлизированным экраном в наружной бронированной оболочке.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Разновидности кабелей из СПЭ

Дополнительная информация. Из этих двух вариантов предпочтение чаще всего отдаётся первому (одножильное исполнение), поскольку в этом случае наблюдается выигрыш по техническим показателям и защитным свойствам.

К особенностям их конструкции также следует отнести:

  • Наличие специальных элементов герметизации, создающих надёжное препятствие на пути распространения влаги вдоль по токопроводящей жиле, а также в зоне металлической оболочки;
  • Присутствие в ней хорошо защищённого экрана, сплетённого на основе медных проволочек и имеющего оговорённые в стандартах сечения;
  • Длительные сроки службы этих изделий при соблюдении правил эксплуатации и хранения, составляющие не менее 30 лет.

Устройство

С вариантом конструктивного исполнения типового одножильного кабеля, рассчитанного на 10-35 кВ, можно ознакомиться на приводимом ниже рисунке.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Устройство одножильного кабеля

В его состав входят следующие обязательные элементы:

  • Алюминиевая, а иногда медная токопроводящая жила округлой формы, состоящая из большого количества уплотнённых проволочек (1);
  • Специальный экранный полупроводящий слой из СПЭ (2);
  • Изоляционная оболочка кабеля (3);
  • Экранная изоляция полупроводящая (4);
  • Отдельная прослойка из электропроводящей бумаги (5);
  • Оболочка-экран, набранная на основе медных проволок, поверх которых наложена лента из того же материала (6);
  • Промежуточный разделяющий слой из ткани с резиной (7);
  • Лента на основе полимера (8);
  • Наружная полиэтиленовая оболочка с повышенными прочностными показателями (9).

Добавим к этому, что нормируемая толщина кабельной изоляции зависит от величины рабочих напряжений, на которые рассчитывается продукция данного класса. Как правило, она указывается в ТУ на выпускаемое изделие.

Технические характеристики кабелей СПЭ

Буквенная аббревиатура проводников указывает на их марку, устройство и варианты исполнения. Она включает в себя индексы, которые описывают состав материалов, из которых выполнены:

  • жила;
  • изоляция жил;
  • оболочка.

Цифры обозначают количество жил, сечение и номинальное напряжение (кВ).

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаТаблица буквенной маркировки СПЭ-кабелей

Пример такой маркировки, обозначение и расшифровку можно разобрать, обратившись к картинке ниже.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаПример маркировки

Технические характеристики для любой марки продукции можно посмотреть в таблицах. При рассмотрении необходимо учитывать категорию сетей (по МЭК 60183).

К сведению. В таблицах учитываются минимальные сечения экрана, выбранные по значениям токов КЗ (коротких замыканий). С увеличением сечения экрана необходимо делать поправку на длительно допустимые токи, их значение уменьшается.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаТехнические характеристики проводников для напряжений 6-10 кВ

Особенности включения по типу заземления

Эксплуатация кабельных изделий из СПЭ возможна в следующих условиях:

  • Включение их в сети по схеме с изолированной нейтралью;
  • То же, но с заземлённой нейтралью (ЗН);
  • Эксплуатация в условиях замыкания на землю одной из фаз (ОЗЗ).

Рассмотрим, при каких условиях допускается каждое их перечисленных выше включений:

  • Во-первых, при угрозе длительного воздействия на изоляцию предельных перенапряжений кабель может эксплуатироваться лишь при наличии системы автоматического отключения в режиме ОЗЗ;
  • Во-вторых, в отсутствие защитного отключения нельзя исключить возможность пробоя изоляции на отдельных участках с необходимостью их дальнейшего ремонта или замены;
  • В-третьих, наиболее благоприятные условия для эксплуатации кабельных изделий с СПЭ – включение по схеме с ЗН.

Важно! Последнее условие предполагает наличие систем релейной защиты, срабатывающих на отключение при КЗ на землю. Используемый в таких схемах резистор должен иметь номинальное значение, которое выбирается обычно из следующих соображений

Протекающий через него ток (в точке КЗ на землю) не должен превышать величины фазной утечки наиболее мощного из всех кабельных присоединений

Используемый в таких схемах резистор должен иметь номинальное значение, которое выбирается обычно из следующих соображений. Протекающий через него ток (в точке КЗ на землю) не должен превышать величины фазной утечки наиболее мощного из всех кабельных присоединений.

Применение кабельной продукции из СПЭ в различных заземлённых передающих линиях возможно в тех случаях, если при ОЗЗ обеспечивается:

  • Величина перенапряжений не превышает допустимого нормативами уровня;
  • Возможные перенапряжения действуют в течение ограниченного времени или при условии, что такое воздействие осуществляется в переходном и установившемся режиме.

В заключительной части обзора отметим, что выбор конкретного вида кабельной продукции, соответствующей предполагаемым эксплуатационным режимам, осуществляется ещё на этапе проектирования

При этом особое внимание должно быть уделено соблюдению требований и методик, оговариваемых международным стандартом МЭК

Они затрагивают такие важные технические характеристики кабельных изделий, какими являются их физико-механические параметры, а также возможность работы при низких температурах. В этих требованиях особо оговариваются минимально возможные радиусы изгиба и возможность защиты от высокочастотных э/м воздействий.

Сравнительные характеристики кабелей

Преимущественно кабели выпускаются в одножильном исполнении, а применение различных типов оболочек и возможность герметизации позволяет использовать кабель как для прокладки в земле, так и для кабельных сооружений, в том числе при групповой прокладке.
СПЭ-кабель может заменить кабель с бумажной изоляцией практически во всех случаях, однако на этапе внедрения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на том или ином предприятии необходимо выделить те области, где их применение имеет наибольший смысл.  Для этого проведем короткое технико-экономическое сравнение «обычных»  и СПЭ-кабелей.  К сожалению из-за различий в затратах на ремонты и содержание кабельных линий для конкретных предприятий, разницу в общих затратах на эксплуатацию оценить затруднительно, поэтому предлагаем сравнивать только первоначальные вложения в кабель.
Для корректного сравнения возьмем кабели с одинаковой пропускной способностью – бумажный АСБ 3х240 10 кВ и три однофазных кабеля АПвП 1х185/25–10 кВ. Сравнительные характеристики кабелей приведены в табл. 1.

Параметры сравнения

Кабель с бумажной изоляцией АСБ 3×240 — 10 кВ

Одножильный кабель с СПЭ изоляцией, ЗхАПвП 1×185/25-10 кВ

Вид кабельной линии в разрезе

Сечение жил, мм2

240

185

Ток нагрузки при прокладке в земле, А

355

в плоскости / треугольником 375/360

Максимально-допустимый 1-сек ток КЗ, А

20,56

17,5

Наружный диаметр, мм

62

36

Строительная длина, м

500-600

до 1400 (бар. N22)

Минимальный радиус изгиба, м

1.64

0.54

Масса, кг/км

7050

1370 (4110)

Допустимая разность уровней, м

15

не ограничена

Сравнительная стоимость. %

100

160

Из приведенных данных видно, что при одинаковой пропускной способности и лучших остальных параметрах стоимость СПЭ-кабеля примерно на 60–70% выше. Это объясняется более дорогими материалами и технологией изготовления, большим расходом материалов при радиальной конструкции кабеля. Но с другой стороны, такая конструкция обеспечивает равномерное распределение электрического поля и, как следствие, увеличение электрической прочности.

Эта ситуация меняется кардинально при возрастании требований по пропускной способности кабельной линии. Так, параллельные кабели АСБ 1х240 10 кВ целесообразно заменить СПЭ кабелем большего сечения (см. табл. 2).

Параметры сравнения

Кабели с бумажной
изоляцией
2 х АСБ 3×240

Одножильный кабель
с СПЭ изоляцией,
3хАПвП 1×500 35

Вид кабельной линии в разрезе

Сечение жил, мм2

240

500

Ток нагрузки при прокладке в земле, А

639

в плоскости / треугольником
650/610

Максимально-допустимый 1-сек ток КЗ, А

20,56

47

Наружный диаметр, мм

62

46

Строительная длина, м

500-600

до 850 (бар. N22)

Минимальный радиус изгиба, м

1.64

0.74

Масса, кг/км

2×7050

2570 (7710)

Допустимая разность уровней, м

15

не ограничена

Сравнительная стоимость. %

100

115-120

Для СПЭ кабеля на напряжение 35 кВ картина еще более благоприятная (см. табл.  3).

Параметры сравнения

Кабели с бумажной изоляцией
АОСБ Зх150-35 кВ

Одножильный кабель
С СПЭ изоляцией.
ЗхАПвП 1×150/25 — 35 кВ

Вид кабельной линии в разрезе

Сечение жил, мм2

150

150

Ток нагрузки при прокладке в земле, А

250

в плоскости / треугольником
350/330

Максимально-допустимый 1-сек ток КЗ, А

7,58

14,2

Строительная длина, м

300

до 1000 (бар. N22)

Минимальный радиус изгиба, м

1.45

0.67

Масса, кг/км

6400

1805 (5415)

Допустимая разность уровней, м

15

не ограничена

Сравнительная стоимость. %

100

100-105

Это объясняется тем, что на этот класс напряжений применение конструкции с секторными жилами невозможно. Поэтому бумажные кабели изготавливаются с отдельно освинцованными жилами, что влечет за собой значительное удорожание по сравнению с кабелями 10 кВ. Стоимости кабелей с бумажной и полиэтиленовой изоляцией одинакового сечения приблизительно равны. Однако, как видно из табл. 3, полиэтиленовый кабель дает 40%-ное преимущество по нагрузочной способности.

Устройство

Форма жил в кабелях может быть круглая или секторная. Токовод, имеющий форму сектора, обладает рядом недостатков, а именно:

  • нет специального механического инструмента для разделки таких кабелей, работы производятся вручную;
  • при сращивании в муфтах образуются полости в плоскости треугольника, что затрудняет герметизацию соединения;
  • магнитное поле, возникающее вокруг сектора, имеет асимметрию, это приводит к увеличению потерь.

Не может защитить сшитый полиэтилен кабель 10 кв технические характеристики которого в трехжильном исполнении не выдерживают прокладки в грунт без заполнения внутриполостных промежутков. Кабели с жилами круглого сечения лишены таких недостатков.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиленаУстройство одножильного кабеля СПЭ

Adblock
detector