Καλώδια τροφοδοσίας υψηλής τάσης με μόνωση χαρτιού με επένδυση μολύβδου και στυπιοθλίπτες καλωδίων

Τα καλώδια ρεύματος προορίζονται για τη μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας στην περιοχή και για την τροφοδοσία της με συλλέκτες ρεύματος.

Αν και τα καλώδια είναι πιο ακριβά στην εγκατάσταση από τις εναέριες γραμμές, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο ως η προτιμώμενη λύση. Σήμερα, τα καλώδια υψηλής τάσης λειτουργούν κυρίως σε επίπεδα τάσης 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV και 400 V.

Ενώ σήμερα παράγονται σχεδόν μόνο καλώδια με πλαστική μόνωση και Θήκη XLPE, το κλασικό καλώδιο υψηλής τάσης είναι το λεγόμενο χάρτινο καλώδιο.

Τα καλώδια XLPE άρχισαν να τοποθετούνται ευρέως πριν από τη δεκαετία του 1980, αν και σε ορισμένες χώρες αυτή η διαδικασία ξεκίνησε αργότερα. Ένα ιδιαίτερα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό αυτού του επιπέδου τάσης είναι η τεράστια ποικιλία εναλλακτικών τύπων πολυμερών καλωδίων.

Καλώδια τροφοδοσίας με μόνωση χαρτιού (αριστερά) έναντι καλωδίου XLPE

Καλώδια ρεύματος με μόνωση εμποτισμένου χαρτιού

Τα καλώδια μολύβδου με μόνωση χαρτιού έχουν σχεδόν την ίδια βασική δομή για επίπεδα τάσης από 400 V έως 35 kV.Έχουν χρησιμοποιηθεί για μετάδοση ισχύος από την εισαγωγή των πρώτων συστημάτων ισχύος στα τέλη του 19ου αιώνα.

Καλώδιο τροφοδοσίας με θωρακισμένο μόλυβδο του 20ου αιώνα

Για τάσεις λειτουργίας έως και 35 kV, τέτοια καλώδια κατασκευάζονται με μόνωση από χαρτί καλωδίου εμποτισμένο με κολοφώνιο λαδιού σε θήκη από μόλυβδο και θωράκιση, ανάλογα με τις συνθήκες τοποθέτησης.

Τα καλώδια και τα σύρματα που τοποθετούνται σε πλοία που χρησιμοποιούνται στις βιομηχανίες εξόρυξης και μεταποίησης και στη γεωργία κατασκευάζονται κυρίως με μόνωση από καουτσούκ ή πλαστικό σε εύκαμπτο σωλήνα από καουτσούκ ή PVC.

Τα καλώδια τροφοδοσίας διακρίνονται από τον αριθμό των πυρήνων: ενός, δύο, τριών και τεσσάρων πυρήνων. Οι αγωγοί μπορεί να είναι απλοί ή πολλαπλών συρμάτων και σε σχήμα — στρογγυλοί, τομείς, τμηματικοί και ωοειδείς.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένα καλώδιο τριών συρμάτων με τάση έως και 6 kV εμφανίστηκε στα τέλη του XIX αιώνα. Στην αρχή, ήταν ένα καλώδιο με στρογγυλά χάλκινα σύρματα, ένα παχύ στρώμα μόνωσης εμποτισμένο με χαρτί στα καλώδια και το ίδιο πάχος με ένα κοινό στρώμα μόνωσης (ιμάντα) στα μονωμένα σύρματα στριμμένα μεταξύ τους, δηλαδή κάτω από ένα καλώδιο θήκη.

Ένα παράδειγμα καλωδίου μολύβδου σε διαφήμιση της Kabelwerke Brugg από το 1927.

Τοποθέτηση καλωδίου 30 kV στη Γερμανία το 1928.

Η ανάπτυξη του καλωδίου τροφοδοσίας ακολουθεί τις γραμμές αύξησης της τάσης εργασίας του καλωδίου και της αξιοπιστίας της λειτουργίας του, αλλά όχι με την περαιτέρω αύξηση του πάχους του μονωτικού στρώματος, αλλά με τη βελτίωση της ποιότητας και τη βελτίωση της χρήσης του καλωδίου μόνωσης υλικό στο καλώδιο.

Η βελτίωση των οικονομικών δεικτών του καλωδίου, δηλ.κυρίως η μείωση της τιμής του καθορίζεται από την εξοικονόμηση βασικών υλικών λόγω της καλύτερης χρήσης τους και βελτίωσης της τεχνολογικής διαδικασίας (μείωση του κύκλου παραγωγής, μείωση απορριμμάτων και απορριμμάτων στην παραγωγή).

Στη δεκαετία του 1920, οι στρογγυλοί αγωγοί σε πολυπύρηνα καλώδια ισχύος αντικαταστάθηκαν από αγωγούς τομέων και τομέων, καθώς το επίπεδο παραγωγής καλωδίων είχε αυξηθεί τόσο πολύ εκείνη τη στιγμή που κατέστη δυνατή η παραγωγή αξιόπιστων καλωδίων ισχύος με μη στρογγυλούς αγωγούς μέχρι 10 kV συμπεριλαμβανομένων .

Ο κύριος τύπος καλωδίου τροφοδοσίας εμποτισμένου χαρτιού είναι το καλώδιο τομέα.

Αυτό το καλώδιο έχει ένα μονωτικό στρώμα σε κάθε πυρήνα (μόνωση φάσης) και ένα κοινό μονωτικό στρώμα πάνω από τους τρεις μονωμένους πυρήνες στριμμένους μεταξύ τους (μόνωση ιμάντα). Ένα τέτοιο καλώδιο ονομάζεται καλώδιο με μόνωση ιμάντα ή, ανάλογα με τον τύπο του ηλεκτρικού πεδίου αυτό, ένα καλώδιο με μη ακτινωτό πεδίο, και από τον τύπο του εμποτισμού - καλώδιο με παχύρρευστο εμποτισμό.

Για να ορίσετε ένα καλώδιο αυτού του τύπου, χρησιμοποιούνται σύμβολα (μάρκες) ανάλογα με τον τύπο της θωράκισης και του εξωτερικού καλύμματος, για παράδειγμα:

• SG — καλώδιο χωρίς θωράκιση και καλύμματα πάνω από το καλώδιο,
• CA — ένα στρώμα ασφάλτου εφαρμόζεται στο περίβλημα μολύβδου,
• SB — πάνω από το μόλυβδο υπάρχει μια θωράκιση από δύο χαλύβδινες λωρίδες και ένα κάλυμμα από νήμα καλωδίου εμποτισμένο με άσφαλτο (γιούτα),
• SBG — ίδιο με το προηγούμενο σχέδιο αλλά χωρίς κάλυψη από γιούτα πάνω από τον προφυλακτήρα,
• OP και SK — καλώδιο με θωράκιση από επίπεδα ή στρογγυλά σύρματα.

Το πρώτο γράμμα της μάρκας υποδηλώνει την παρουσία ενός κελύφους και το τελευταίο δείχνει τον τύπο των προστατευτικών καλυμμάτων.

Προκειμένου να εξοικονομηθεί μόλυβδος μειώνοντας τη διάμετρο σε καλώδια ισχύος πολλαπλών πυρήνων (δύο, τριών και τεσσάρων πυρήνων), οι αγωγοί του καλωδίου δεν είναι στρογγυλοί, αλλά σε σχήμα τομέα ή τμήματος.

Ένα καλώδιο τριών πυρήνων με αγωγούς τομέα είναι περίπου 15% μικρότερο σε διάμετρο από ένα καλώδιο με στρογγυλούς αγωγούς ίδιας διατομής. Η εξοικονόμηση μολύβδου που προκύπτει από την εισαγωγή αγωγών τομέα σε καλώδια τριών αγωγών μπορεί να εκτιμηθεί κατά μέσο όρο στο 20%.

Οι αγωγοί ενός τριφασικού καλωδίου μπορεί να έχουν τη μορφή ωοειδούς που πλησιάζει μια έλλειψη. Το πλεονέκτημα αυτού του σχήματος φλέβας είναι ότι η οβάλ φλέβα δεν έχει τόσο αιχμηρές γωνίες όπως η φλέβα τομέα.

Η χρήση οβάλ αγωγού σε καλώδια υψηλής τάσης 35 kV μπορεί να προσφέρει κάποια αντιστάθμιση για τις θερμικές αλλαγές στη σύνθεση εμποτισμού στο μονωτικό στρώμα του καλωδίου και έτσι να βελτιώσει την ποιότητα του καλωδίου.

Τα κύρια μονωτικά υλικά από τα οποία κατασκευάζεται η μονωτική στρώση του καλωδίου τροφοδοσίας στο εργοστάσιο καλωδίων είναι το χαρτί καλωδίων και το υλικό ανάγνωσης.

Ο εμποτισμός του στρώματος χαρτιού του καλωδίου πραγματοποιείται προκειμένου να αντικατασταθεί ο αέρας στο χαρτί και μεταξύ των στρώσεων των χαρτοταινιών με ορυκτέλαιο ή κάποια άλλη εμποτιστική ένωση που είναι ισχυρότερη στην ηλεκτρική σύνδεση.

Ο ρόλος του χαρτιού δεν είναι μόνο να συγκρατεί την ένωση εμποτισμού. Η παρουσία χαρτιού στο μονωτικό στρώμα του καλωδίου καθιστά δυνατή τη λήψη ενός στρώματος μόνωσης του οποίου η αντοχή θραύσης είναι περίπου 3 φορές υψηλότερη από την αντοχή θραύσης του μίγματος εμποτισμού.

Το χαρτί καλωδίου που χρησιμοποιείται για την παραγωγή του μονωτικού στρώματος των καλωδίων ισχύος πρέπει να έχει ορισμένες μηχανικές ιδιότητες που εξασφαλίζουν στενή επικάλυψη των λωρίδων χαρτιού στον πυρήνα του καλωδίου, φυσικές ιδιότητες απαραίτητες για τη σωστή εφαρμογή της διαδικασίας εμποτισμού και δεν πρέπει να περιέχει ακαθαρσίες. που μειώνουν τις ηλεκτρικές ιδιότητες του χαρτιού μετά τον εμποτισμό.

Η κατασκευή του καλωδίου 20 και 35 kV με μόνωση ιμάντα δεν μπορεί να προσφέρει επαρκή αξιοπιστία στη λειτουργία, κυρίως λόγω της παρουσίας εφαπτομενικών στοιχείων κλίσης στη μόνωση του καλωδίου που προκαλούνται από τη μη ακτινοβολία του ηλεκτρικού πεδίου.

Σε αυτήν την τάση, εφαρμόζεται μια δομή με τρεις μολύβδινες φλέβες στριμμένες σε μια κοινή θωράκιση λωρίδας, που ονομάζεται συμβατικά από τη μάρκα OSB. Αυτό το σχέδιο προτάθηκε για πρώτη φορά το 1923 από τους A. Yakovlev και S. M. Bragin.

Τα καλώδια υψηλής τάσης για τάσεις άνω των 20 kV παράγονταν πάντα ως καλώδιο μονού πυρήνα, δηλ. με ακτινωτό ηλεκτρικό πεδίο, αφού σε αυτή την περίπτωση ιδιαίτερη σημασία έχει η αξιοπιστία του καλωδίου σε υψηλή τάση.

Για 110 και 220 kV χρησιμοποιούνται κυρίως καλώδια γεμάτα λάδι το κύριο χαρακτηριστικό του οποίου είναι ότι η μόνωση χαρτιού αυτού του καλωδίου είναι εμποτισμένη με ορυκτέλαιο χαμηλού ιξώδους, το οποίο μπορεί εύκολα να κινηθεί κατά μήκος του καλωδίου κατά μήκος του κεντρικού κοίλου πυρήνα υπό την επίδραση της υπερβολικής πίεσης που δημιουργείται στο καλώδιο.

Όταν αλλάζει η θερμοκρασία του καλωδίου, το ελεύθερα κινούμενο λάδι καθιστά δυνατή την αντιστάθμιση με τη βοήθεια εξοπλισμού ισχύος των μεταβολών της θερμοκρασίας στον όγκο στο μονωτικό στρώμα, οι οποίες στο καλώδιο με παχύρρευστο εμποτισμό οδηγούν σε σχηματισμό κενών και καταστροφή.

Η παρουσία ενός κοίλου πυρήνα καθιστά δυνατή την ξήρανση και την τροφοδοσία του καλωδίου στην παραγωγή, έτσι ώστε πρακτικά να μην παραμένουν φυσαλίδες και εγκλείσματα αερίου σε αυτό.

Στην παραγωγή, το καλώδιο τυλίγεται σε ένα τύμπανο και συνδέεται με μια ειδική δεξαμενή λαδιού υπό μια ορισμένη θετική πίεση. Χάρη σε αυτή τη συσκευή, δεν σχηματίζονται εγκλείσματα αερίου στο καλώδιο, ακόμη και με σημαντικές αλλαγές θερμοκρασίας.

Μοντέρνο καλώδιο OSB-35 3×120 για τάση 35 kV

Τσιμούχες καλωδίων

Παρέχονται ωτίδες και υποδοχές καλωδίων για να επιτρέπουν τη σύνδεση των καλωδίων με άλλο εξοπλισμό ή μεταξύ τους.

Δεδομένου ότι τα καλώδια είναι κατασκευασμένα σε περιορισμένο μήκος, απαιτούνται συνδετικά εξαρτήματα - οι λεγόμενοι στυπιοθλίπτες καλωδίων. Η δουλειά του κουτιού καλωδίων είναι να συνδέσει τα δύο άκρα του καλωδίου μεταξύ τους.

Μια επίδειξη μιας καλωδιακής σύνδεσης 30 kV από το Μουσείο της Λειψίας, η οποία, όταν ανοίξει, δείχνει πώς λειτουργεί μια τέτοια καλωδιακή σύνδεση:

Η απευθείας σύνδεση του σύρματος αλουμινίου συγκολλάται και επεξεργάζεται με λίμα αλουμινίου. Στην περίπτωση των χάλκινων συρμάτων, τοποθετούνται τα λεγόμενα μανίκια συγκόλλησης, πυρήνες καλωδίων και συγκολλούνται.

Οι γυμνοί μεταλλικοί αγωγοί τυλίγονται στο χέρι με λαδόχαρτο πλάτους 10 έως 30 mm έως ότου το πάχος της μόνωσης είναι 2,5 φορές το πάχος της μόνωσης του καλωδίου.

Πριν από την περιέλιξη, το μείγμα καλωδίων και το χαρτί πρέπει να θερμανθούν στους 130 μοίρες, έτσι ώστε η υγρασία να μπορεί να βράσει. Για αυτό χρησιμοποιήθηκαν ανοιχτές σόμπες άνθρακα. Φυσικά, αυτό ήταν δυνατό μόνο σε εξωτερικούς χώρους.

Για να αποφευχθεί η είσοδος υγρασίας στους δακτυλίους, χρησιμοποιείται ένας εργοστασιακός εσωτερικός δακτύλιος από μόλυβδο ή γαλβανισμένο χάλυβα για τη σύνδεση των θηκών μολύβδου και τη σφιχτή συγκόλληση.

Λίγο πριν από το τέλος της διαδικασίας συγκόλλησης, το μείγμα καλωδίων χύνεται στην οπή για να αποφευχθούν οι θύλακες αέρα.

Κατά την εκτέλεση της διαδικασίας εμποτισμού του καλωδίου τροφοδοσίας, πρέπει να λαμβάνονται όλα τα μέτρα για την εξάτμιση της υγρασίας που παραμένει στο μονωτικό στρώμα πριν από τον εμποτισμό. και εμποτίστε ολόκληρο το στρώμα μόνωσης του καλωδίου όσο το δυνατόν πληρέστερα, ελαχιστοποιώντας τα εγκλείσματα αέρα που μπορεί να σχηματιστούν στο στρώμα μόνωσης κατά τους ψιθύρους NS.

Η ένωση εμποτισμού πρέπει να υποβάλλεται σε περιοδικό καθαρισμό από μηχανικές ακαθαρσίες, επεξεργασία κενού για την απομάκρυνση της υγρασίας που συσσωρεύεται κατά τον εμποτισμό του καλωδίου και απαέρωση για την απομάκρυνση αερίου (αέρα) που έχει διαλυθεί σε αυτό.

Προτού το λεγόμενο "εσωτερικό χιτώνιο μολύβδου" εγκλειστεί σε χυτό χαλύβδινο περίβλημα και γεμίσει με μόνωση ρητίνης, πρέπει να γίνουν μεταλλικές συνδέσεις μεταξύ του οπλισμού λωρίδας χάλυβα και του περιβλήματος μολύβδου.

Μετά από ψύξη για τουλάχιστον 3 ώρες, η εγκατεστημένη πρίζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα (30 χρόνια ή περισσότερο).

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη συσκευή και την τεχνολογία για την τοποθέτηση στεγανοποιητικών καλωδίων για καλώδια τροφοδοσίας, δείτε εδώ:Υποδοχές καλωδίων τροφοδοσίας