Hoogspanningskabels met papierisolatie met loodmantel en kabelwartels

Stroomkabels zijn bedoeld voor het transport en de distributie van elektriciteit in het gebied en voor de voeding ervan met stroomafnemers.

Hoewel kabels duurder zijn om aan te leggen dan bovenleidingen, worden ze steeds vaker als voorkeursoplossing gebruikt. Tegenwoordig worden hoogspanningskabels voornamelijk gebruikt op spanningsniveaus van 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV en 400 V.

Terwijl tegenwoordig bijna alleen kabels met kunststof isolatie worden geproduceerd en XLPE-schede, de klassieke hoogspanningskabel is de zogenaamde papieren kabel.

XLPE-kabels werden vóór de jaren tachtig op grote schaal gelegd, hoewel dit proces in sommige landen later begon. Een bijzonder opvallend kenmerk van dit spanningsniveau is de enorme verscheidenheid aan alternatieve polymeerkabeltypen.

Met papier geïsoleerde stroomkabels (links) vs. XLPE-kabel

Stroomkabels met geïmpregneerde papieren isolatie

Met papier geïsoleerde loodkabels hebben bijna dezelfde basisstructuur voor spanningsniveaus van 400 V tot 35 kV.Ze worden gebruikt voor krachtoverbrenging sinds de introductie van de eerste energiesystemen aan het einde van de 19e eeuw.

Gepantserde voedingskabel met loodmantel uit de 20e eeuw

Voor bedrijfsspanningen tot en met 35 kV worden dergelijke kabels gemaakt met isolatie van met oliehars geïmpregneerd kabelpapier in een loden mantel en pantser, afhankelijk van de legomstandigheden.

Kabels en draden die op schepen worden gelegd die worden gebruikt in de mijnbouw en de maakindustrie en in de landbouw, worden voornamelijk gemaakt met rubberen of plastic isolatie in een flexibele slang van rubber of PVC.

Stroomkabels onderscheiden zich door het aantal aders: één-, twee-, drie- en vieraderig. De geleiders kunnen enkel- of meerdraads zijn en in vorm - rond, sector, gesegmenteerd en ovaal.

Zoals hierboven vermeld, verscheen aan het einde van de 19e eeuw een drieaderige kabel met een spanning tot 6 kV. In eerste instantie was het een kabel met ronde koperdraden, een dikke laag met papier geïmpregneerde isolatie op de draden, en dezelfde dikte met een gemeenschappelijke (riem)laag isolatie op de geïsoleerde draden in elkaar gedraaid, dat wil zeggen onder een lood schede.

Een voorbeeld van een loden kabel in een advertentie van Kabelwerke Brugg uit 1927.

Aanleg van een 30 kV-kabel in Duitsland in 1928.

De ontwikkeling van de stroomkabel gaat langs de lijnen van het verhogen van de werkspanning van de kabel en de betrouwbaarheid van de werking ervan, maar niet door de dikte van de isolatielaag verder te vergroten, maar door de kwaliteit te verbeteren en het gebruik van de isolatiekabel te verbeteren materiaal in de kabel.

De verbetering van de economische indicatoren van de kabel, d.w.z.bovenal wordt de verlaging van de prijs bepaald door de besparing van basismaterialen door een beter gebruik en verbetering van het technologische proces (verkorting van de productiecyclus, vermindering van afval en uitval bij de productie).

In de jaren 1920 werden ronde geleiders in meeraderige stroomkabels vervangen door segment- en sectorgeleiders, omdat de kabelproductie tegen die tijd zo sterk was toegenomen dat het mogelijk werd om betrouwbare stroomkabels te produceren met niet-ronde geleiders tot en met 10 kV .

Het belangrijkste type stroomkabel van geïmpregneerd papier is de sectorkabel.

Deze kabel heeft een isolatielaag op elke ader (fase-isolatie) en een gemeenschappelijke isolatielaag over de drie in elkaar gedraaide geïsoleerde aders (riemisolatie). Zo'n kabel wordt een kabel met riemisolatie of, afhankelijk van het type elektrisch veld in het, een kabel met niet-radiaal veld, en door het type impregnering - kabel met stroperige impregnering.

Om een ​​kabel van dit type aan te duiden, worden symbolen (merken) gebruikt, afhankelijk van het type afscherming en buitenmantel, bijvoorbeeld:

• SG - kabel zonder pantser en doppen over de leiding,
• CA — op de loden mantel wordt een laag asfalt aangebracht,
• SB - boven het lood is een pantser van twee stalen strips en een omhulsel van met bitumen geïmpregneerd kabelgaren (jute),
• SBG - hetzelfde als vorig ontwerp maar zonder jute bedekking over bumper,
• OP en SK — kabel met een pantser van platte of ronde draden.

De eerste letter van het merk geeft de aanwezigheid van een schaal aan en de laatste geeft het type beschermhoezen aan.

Om lood te besparen door de diameter van meeraderige stroomkabels (twee-, drie- en vieraderig) te verkleinen, zijn de geleiders van de kabel niet rond gemaakt, maar in de vorm van een sector of segment.

Een drieaderige kabel met sectorgeleiders is ongeveer 15% kleiner in diameter dan een kabel met ronde geleiders van dezelfde doorsnede. De besparing van lood als gevolg van de introductie van sectorgeleiders in drieaderige kabels kan worden geschat op gemiddeld 20%.

De geleiders van een driefasige kabel kunnen de vorm hebben van een ovaal die een ellips nadert. Het voordeel van deze adervorm is dat de ovale ader niet zulke scherpe hoeken heeft als de sectorader.

Het gebruik van ovale geleider in 35 kV hoogspanningskabels kan thermische veranderingen in de impregneersamenstelling in de isolatielaag van de kabel enigszins compenseren en zo de kwaliteit van de kabel verbeteren.

De belangrijkste isolatiematerialen waarvan de isolatielaag van de stroomkabel in de kabelfabriek wordt gemaakt, zijn kabelpapier en leespasta.

Het impregneren van de papierlaag van de kabel wordt uitgevoerd om de lucht in het papier en tussen de lagen papieren tapes te vervangen door minerale olie of een andere impregneerverbinding die sterker is in elektrische verbinding.

De rol van het papier is niet alleen om het impregneermiddel vast te houden. De aanwezigheid van papier in de isolatielaag van de kabel maakt het mogelijk een isolatielaag te verkrijgen waarvan de breeksterkte ongeveer 3 maal hoger is dan de breeksterkte van het impregneermengsel.

Het kabelpapier dat wordt gebruikt voor de productie van de isolatielaag van stroomkabels moet bepaalde mechanische eigenschappen hebben die zorgen voor een strakke overlapping van papierstroken op de kabelkern, fysieke eigenschappen die nodig zijn voor de juiste uitvoering van het impregneerproces, en mag geen onzuiverheden bevatten , die de elektrische eigenschappen van het papier na impregnatie verminderen.

De constructie van de 20 en 35 kV-kabel met bandisolatie kan onvoldoende bedrijfszekerheid bieden, voornamelijk door de aanwezigheid van tangentiële gradiëntcomponenten in de kabelisolatie veroorzaakt door de niet-radialiteit van het elektrische veld.

Op deze spanning wordt een structuur aangebracht met drie loden aders die zijn gedraaid tot een gewoon strippantser, conventioneel aangeduid met het merk OSB. Dit ontwerp werd voor het eerst voorgesteld in 1923 door A. Yakovlev en S. M. Bragin.

Hoogspanningskabels voor spanningen boven de 20 kV zijn altijd geproduceerd als eenaderige kabel, d.w.z. met een radiaal elektrisch veld, omdat in dit geval de betrouwbaarheid van de kabel bij hoogspanning van bijzonder belang is.

Voor 110 en 220 kV worden ze voornamelijk gebruikt met olie gevulde kabels het belangrijkste kenmerk is dat de papieren isolatie van deze kabel is geïmpregneerd met minerale olie met een lage viscositeit, die zich onder invloed van de in de kabel gecreëerde overdruk gemakkelijk langs de kabel langs de centrale holle kern kan verplaatsen.

Wanneer de temperatuur van de kabel verandert, maakt de vrij bewegende olie het mogelijk om met behulp van elektrische apparatuur de temperatuurveranderingen in het volume in de isolatielaag te compenseren, die in de kabel met stroperige impregnatie leiden tot de vorming van holtes en vernietiging.

De aanwezigheid van een holle kern maakt het mogelijk om de kabel in productie te drogen en te voeren zodat er praktisch geen bellen en gasinsluitsels in achterblijven.

Tijdens de productie wordt de kabel op een trommel gewikkeld en onder een bepaalde overdruk aangesloten op een speciale olietank. Dankzij dit apparaat vormen zich geen gasinsluitsels in de kabel, zelfs niet bij aanzienlijke temperatuurschommelingen.

Moderne kabel OSB-35 3×120 voor spanning 35 kV

Kabelafdichtingen

Kabelschoenen en connectoren zijn voorzien om kabels aan te sluiten op andere apparatuur of op elkaar.

Omdat de kabels tot een beperkte lengte worden gemaakt, zijn verbindingshulpstukken - zogenaamde kabelwartels - vereist. De taak van de kabeldoos is om de twee uiteinden van de kabel met elkaar te verbinden.

Een demonstratie van een 30 kV-kabelverbinding uit het Leipzig Museum die, wanneer geopend, laat zien hoe zo'n kabelverbinding werkt:

De directe verbinding van de aluminiumdraad is gelast en machinaal bewerkt met een aluminiumvijl. In het geval van koperdraden worden de zogenaamde soldeerhulzen geplaatst, kabeladers en gesoldeerd.

De blanke metalen geleiders zijn met de hand omwikkeld met 10 tot 30 mm breed oliepapier totdat de isolatiedikte 2,5 keer de kabelisolatiedikte is.

Voor het oprollen moet het kabelmengsel en het papier worden verwarmd tot 130 graden zodat het vocht kan verdampen. Hiervoor werden open kolenkachels gebruikt. Dit kon natuurlijk alleen buitenshuis.

Om te voorkomen dat er vocht in de bussen komt, wordt een in de fabriek gemaakte binnenbus van lood of gegalvaniseerd staal gebruikt om de loden mantels met elkaar te verbinden en stevig te solderen.

Kort voor het einde van het soldeerproces wordt kabelpasta in het gat gegoten om luchtbellen te voorkomen.

Bij het impregneren van de stroomkabel moeten alle maatregelen worden genomen om het in de isolatielaag achtergebleven vocht vóór het impregneren te verdampen. en impregneer de gehele isolatielaag van de kabel zo volledig mogelijk, waardoor luchtinsluitingen die tijdens NS-fluisteringen in de isolatielaag kunnen ontstaan, worden geminimaliseerd.

Het impregneermiddel moet periodiek worden gereinigd van mechanische onzuiverheden, vacuümbehandeling om vocht te verwijderen dat zich tijdens het impregneren van de kabel heeft opgehoopt, en ontgassen om daarin opgelost gas (lucht) te verwijderen.

Voordat de zogenaamde "loden binnenhuls" in een gietstalen omhulsel wordt ingesloten en met harsisolatie wordt gevuld, moeten metalen verbindingen worden gemaakt tussen de stalen stripversterking en de loden mantel.

Na minimaal 3 uur afkoelen kan het geïnstalleerde stopcontact zeer lang (30 jaar of langer) gebruikt worden.

Zie hier voor meer informatie over het apparaat en de technologie voor het installeren van kabelafdichtingen voor stroomkabels:Voedingskabel connectoren