Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

О журнале

Сотрудничество

Рекламодателю

Подписка

Главная / №5 (11) Май 2007 / Статьи и обзоры оборудования

Кабели с изоляцией из СПЭ российского производства

В последнее время в России отмечается всплеск интереса к силовым кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) взамен традиционно применяемых ранее кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ) и изоляцией из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). И это не случайно. Весь мир уже давно оценил преимущества, которые дает эксплуатация кабелей с изоляцией из СПЭ. Ряд российских заводов освоил технологию производства подобных кабелей и предлагает их отечественному потребителю. В том числе и ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод». Рассказывает зам. технического директора по новой технике П. А. Николаев.

Традиционно энергетики использовали для прокладки в силовых сетях на низкое, среднее и высокое напряжение кабели с бумажно-пропитанной изоляцией. Силовые кабели с бумажно-пропитанной изоляцией имеют достаточно высокие и стабильные электрические характеристики, но, тем не менее, кабели с данным видом изоляции имеют ряд существенных недостатков. Это — сложный и малпроизводительный процесс изготовления, ограничения при вертикальных прокладках из-за стекания пропиточного состава. Металлическая оболочка (обязательный элемент конструкции, так как пропитанная бумага невлагостойка) значительно удорожает и утяжеляет конструкцию кабеля.

Все эти недостатки устраняются при использовании для силовых кабелей изоляции из современных полиолефиновых материалов, подвергаемых вулканизации (поперечной сшивке). Наиболее широко используемым полиолефином в кабельной технике является полиэтилен (ПЭ).

Но изначально термопластичному полиэтилену присущи серьезные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение механических свойств при температурах, близких к температуре плавления.

Решением этой проблемы стало применение сшитого полиэтилена. Термин «сшивка» подразумевает обработку полиэтилена на молекулярном уровне. Поперечные связи, образующиеся в процессе сшивки между макромолекулами полиэтилена, создают трехмерную структуру, которая и определяет высокие электрические и механические характеристики материала, меньшую гигроскопичность, больший диапазон рабочих температур.

Существует несколько способов сшивания термопластичных материалов. Самый распространенный из них (для кабелей до 1 кВ) — сшивание через привитые органофункциональные группы, в качестве которых применяют силаны. Это, так называемая, силанольная сшивка. Сшивание происходит во влажной среде (пар, вода) при температуре 80-90°С, либо в условиях окружающей среды, что занимает немного больше времени. Под воздействием влаги происходит гидролиз силанольных групп и последующее их сшивание, ускоряющееся под действием тепла и катализатора.

Применение данного способа сшивания при производстве кабелей на среднее напряжение ограничено, поскольку кабели на напряжение 10-35 кВ имеют значительно большую толщину изоляции, чем кабели на низкое напряжение. Поэтому достаточно сложно добиться равномерности физикомеханических свойств в радиальном направлении изоляции и это не обеспечивается силанольной сшивкой.

При производстве кабелей на среднее и высокое напряжение используется другой способ сшивания — сшивание при помощи пероксидов. Сшивание полимерной изоляции при помощи пероксидов происходит непосредственно при ее наложении в сухой среде — среде инертного газа (азота) при высокой температуре (300-400°С)
и давлении 8-12 атм. Пероксидная сшивка позволяет обеспечить стабильность электрических характеристик кабеля, особенно на высокое напряжение.

Поэтому для кабелей на напряжение до 1 кВ во всем мире получила широкое распространение сшивка при помощи силанов, а для кабелей на среднее и высокое напряжение (с большой толщиной изоляции) — пероксидная сшивка.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена позиционируются как замена морально устаревших кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией. Кроме того, применение кабелей с изоляцией из СПЭ на напряжение 6-10 кВ позволяет решить многие проблемы по надежности электроснабжения, оптимизировать, а в некоторых случаях даже изменить традиционные схемы сетей.

В настоящее время многие страны практически полностью перешли на использование силовых кабелей на среднее и высокое напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) и имеют положительный опыт эксплуатации. Сейчас в США и Канаде доля кабелей с изоляцией из СПЭ составляет 85% всего рынка силовых
кабелей, в Германии и Дании — 95%, а в Японии, Франции, Финляндии и Швеции в распределительных сетях среднего напряжения используется только кабель с изоляцией из СПЭ.

Ведущие энергосистемы России в основной своей массе также ориентированы на использование кабелей среднего и высокого напряжения с изоляцией из СПЭ при прокладке новых кабельных линий и замене либо капительном ремонте старых.

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

  • большая пропускная способность за счет увеличения допустимой температуры жилы (допустимые токи нагрузки в зависимости от условий прокладки на 15-30% больше, чем у кабелей с бумажной изоляцией);
  • высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании;
  • высокие электрические свойства изоляции, низкие диэлектрические потери;
  • меньше масса и габариты кабеля в целом, что облегчает прокладку кабеля как в кабельных сооружениях, так и в земле на сложных трассах;
  • высокая влагостойкость, нет необходимости в применении металлической оболочки;
  • меньше радиус изгиба;
  • возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней;
  • возможность прокладки кабелей при температуре -20°С без предварительного подогрева, благодаря использованию полимерных материалов для изоляции и оболочки;

Сравнительные характеристики силовых кабелей с изоляцией из сшитого ПЭ и кабелей с бумажно-пропитанной и ПВХ изоляцией на напряжение 1 кВ

Материал изоляции Сшитый ПЭ Бумажно-пропитанная изоляция ПВХ
1. Нагревостойкость изоляции
1.1 Длительно допустимая температура нагрева жил,°С 90 80 70
1.2 Допустимая температура при работе в аварийном режиме (6 часов),°С 130 105 80
1.3 Предельно допустимая температура жил при к.з,°С 250 200 160
2. Допустимые токовые нагрузки в зависимости от сечения жилы 120-125% 105-110% 100%
3. Относительная диэлектрическая проницаемость, 20°С 2,3 4,0 4,5
4 Удельное объемное сопротивление, 20°С; Ом*см 1016 1013 1013
5. Тангенс диэлектрических потерь, 20°С 0,001 0,008 0,01
6. Минимально допустимая температура прокладки без предварительного подогрева жил,°С -20 (для АПвБбШп, ПвБбШп)
-15 (остальные)
0 -15
7. Минимальный радиус изгиба (Dн — наружный диаметр кабеля, мм) 7,5*Dн 15*Dн — для кабелей в свинцовой оболочке,
25*Dн — для остальных кабелей
7,5*Dн
8. Разница уровней на трассе прокладки, м Не ограничено 15 Не ограничено

Сравнительные характеристики силовых кабелей с изоляцией из сшитого ПЭ и кабелей с бумажно-пропитанной и ПВХ изоляцией на напряжение 10-35 кВ

Материал изоляции Сшитый ПЭ Бумажно-пропитанная изоляция
1. Нагревостойкость изоляции
1.1 Длительно допустимая температура нагрева жил,°С 90 60
1.2 Допустимая температура при работе в аварийном режиме (6 часов),°С 130 80
1.3 Предельно допустимая температура жил при к.з,°С 250 200
2. Допустимые токовые нагрузки в зависимости от сечения жилы 120-130% 100%
3. Относительная диэлектрическая проницаемость, 20°С 2,3 4,0
4. Удельное объемное сопротивление, 20°С; Ом*см 1016 1013
5. Тангенс диэлектрических потерь, 20°С 0,001 0,008
6. Минимально допустимая температура прокладки без предварительного подогрева жил,°С -20 (для ПвП, АПвП, ПвПу, АПвПу)
-15 (для ПвВ, АПвВ, ПвВнг-LS, АПвВнг-LS)
0
7. Минимальный радиус изгиба (Dн — наружный диаметр кабеля, мм) 15*Dн (7,5*Dн при использовании специального шаблона) 15*Dн — для кабелей в свинцовой оболочке,
25*Dн — для остальных кабелей
8. Разница уровней на трассе прокладки, м Не ограничено 15

Учитывая, что уже разработаны специальные муфты для осуществления соединений между кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией и изоляцией из сшитого ПЭ, применение кабелей возможно не только при прокладке новых линий, но и при ремонте существующих.

По материалам компании.