Cáp điện cao thế có lớp cách điện bằng giấy bọc chì và đệm cáp
Cáp điện được thiết kế để truyền tải và phân phối điện trong khu vực và để cung cấp điện cho nó bằng các bộ thu hiện tại.
Mặc dù lắp đặt cáp đắt hơn so với đường dây trên không nhưng chúng ngày càng được sử dụng như một giải pháp ưu tiên. Ngày nay, cáp cao thế được vận hành chủ yếu ở các cấp điện áp 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV và 400 V.
Trong khi ngày nay hầu như chỉ có loại cáp có lớp cách điện bằng nhựa được sản xuất và vỏ bọc XLPE, cáp điện áp cao cổ điển được gọi là cáp giấy.
Cáp XLPE bắt đầu được đặt rộng rãi trước những năm 1980, mặc dù ở một số quốc gia, quá trình này bắt đầu muộn hơn. Một tính năng đặc biệt đáng chú ý của mức điện áp này là rất nhiều loại cáp polyme thay thế.
Cáp nguồn cách điện bằng giấy (trái) so với cáp XLPE
Cáp điện có tẩm giấy cách điện
Cáp chì cách điện bằng giấy có cấu tạo cơ bản gần như giống nhau đối với các cấp điện áp từ 400 V đến 35 kV.Chúng đã được sử dụng để truyền tải điện kể từ khi hệ thống điện đầu tiên ra đời vào cuối thế kỷ 19.
Cáp cấp điện bọc thép bọc chì thế kỷ 20
Đối với điện áp hoạt động lên đến và bao gồm 35 kV, các loại cáp này được chế tạo với lớp cách điện bằng giấy cáp tẩm nhựa thông trong vỏ bọc chì và áo giáp, tùy thuộc vào điều kiện lắp đặt.
Cáp và dây điện đặt trên tàu được sử dụng trong công nghiệp khai thác mỏ và sản xuất cũng như trong nông nghiệp chủ yếu được làm bằng cao su hoặc chất dẻo cách điện trong một ống mềm làm bằng cao su hoặc PVC.
Cáp nguồn được phân biệt bằng số lõi: một, hai, ba và bốn lõi. Các dây dẫn có thể là dây đơn hoặc nhiều dây và có hình dạng - tròn, hình cung, phân đoạn và hình bầu dục.
Như đã đề cập ở trên, cáp ba dây có điện áp lên tới 6 kV xuất hiện vào cuối thế kỷ XIX. Lúc đầu, nó là một sợi cáp có dây đồng tròn, một lớp cách điện tẩm giấy dày trên dây và có cùng độ dày với lớp cách điện chung (đai) trên các dây cách điện xoắn lại với nhau, nghĩa là dưới dây dẫn vỏ bọc.
Một ví dụ về cáp dẫn trong quảng cáo Kabelwerke Brugg từ năm 1927.
Đặt cáp 30 kV ở Đức năm 1928.
Sự phát triển của cáp điện đi theo hướng tăng điện áp làm việc của cáp và độ tin cậy trong hoạt động của nó, nhưng không phải bằng cách tăng thêm độ dày của lớp cách điện mà bằng cách cải thiện chất lượng và cải thiện việc sử dụng cáp cách điện vật liệu trong cáp.
Việc cải thiện các chỉ số kinh tế của cáp, tức là.trên hết, việc giảm giá thành được quyết định bởi việc tiết kiệm nguyên vật liệu cơ bản do sử dụng tốt hơn và cải tiến quy trình công nghệ (giảm chu kỳ sản xuất, giảm lãng phí và phế phẩm trong sản xuất).
Vào những năm 1920, dây dẫn tròn trong cáp điện nhiều lõi đã được thay thế bằng dây dẫn phân đoạn và dây dẫn khu vực, vì mức độ sản xuất cáp đã tăng lên rất nhiều vào thời điểm này nên có thể sản xuất cáp điện đáng tin cậy với dây dẫn không tròn bao gồm cả dây dẫn không tròn lên đến 10 kV .
Loại cáp nguồn giấy tẩm chính là cáp ngành.
Cáp này có một lớp cách điện trên mỗi lõi (cách điện pha) và một lớp cách điện chung trên ba lõi cách điện xoắn lại với nhau (cách điện đai). nó, cáp có trường không xuyên tâm và theo loại ngâm tẩm - cáp có tẩm nhớt.
Để chỉ định loại cáp này, các ký hiệu (nhãn hiệu) được sử dụng tùy thuộc vào loại tấm chắn và vỏ ngoài, ví dụ:
- SG — cáp không có áo giáp và có nắp đậy trên dây dẫn,
- CA - một lớp nhựa đường được áp dụng cho vỏ chì,
- SB — phía trên dây dẫn là lớp giáp gồm hai dải thép và lớp vỏ bọc bằng sợi cáp tẩm bitum (đay),
- SBG — giống như thiết kế trước đó nhưng không có sợi đay phủ trên cản xe,
- OP và SK — cáp có vỏ bọc bằng dây phẳng hoặc tròn.
Chữ cái đầu tiên của nhãn hiệu cho biết sự hiện diện của lớp vỏ và chữ cái cuối cùng cho biết loại vỏ bảo vệ.
Để tiết kiệm chì bằng cách giảm đường kính trong cáp điện nhiều lõi (hai, ba và bốn lõi), ruột dẫn của cáp không được làm tròn mà có dạng hình cung hoặc đoạn.
Cáp ba lõi có ruột dẫn khu vực có đường kính nhỏ hơn khoảng 15% so với cáp có ruột dẫn tròn có cùng mặt cắt. Việc tiết kiệm chì do sử dụng dây dẫn ngành trong cáp ba dây dẫn có thể được ước tính ở mức trung bình là 20%.
Các dây dẫn của cáp ba pha có thể ở dạng hình bầu dục tiếp cận hình elip. Ưu điểm của hình dạng tĩnh mạch này là tĩnh mạch hình bầu dục không có các góc nhọn như tĩnh mạch ngành.
Việc sử dụng dây dẫn hình bầu dục trong cáp điện áp cao 35 kV có thể cung cấp một số bù đắp cho những thay đổi nhiệt trong thành phần ngâm tẩm trong lớp cách điện của cáp và do đó cải thiện chất lượng của cáp.
Các vật liệu cách điện chính mà lớp cách điện của cáp điện được tạo ra trong nhà máy sản xuất cáp là giấy cáp và hợp chất đọc.
Việc ngâm tẩm lớp giấy của cáp được thực hiện để thay thế không khí trong giấy và giữa các lớp băng giấy bằng dầu khoáng hoặc một số hợp chất thấm khác mạnh hơn trong kết nối điện.
Vai trò của giấy không chỉ là giữ hợp chất ngâm tẩm. Sự hiện diện của giấy trong lớp cách điện của cáp giúp có thể thu được lớp cách điện có độ bền đứt cao hơn khoảng 3 lần so với độ bền đứt của hỗn hợp ngâm tẩm.
Giấy cáp dùng để sản xuất lớp cách điện của dây cáp điện phải có những tính chất cơ học nhất định đảm bảo sự chồng khít của các dải giấy lên lõi cáp, tính chất vật lý cần thiết để quá trình tẩm thực hiện đúng, không được chứa tạp chất, làm giảm tính chất điện của giấy sau khi ngâm tẩm.
Việc xây dựng cáp 20 và 35 kV với cách điện đai không thể cung cấp đủ độ tin cậy khi vận hành, chủ yếu là do sự hiện diện của các thành phần gradient tiếp tuyến trong lớp cách điện của cáp do tính không xuyên tâm của điện trường.
Đối với điện áp này, một cấu trúc với ba tĩnh mạch dẫn xoắn thành một lớp giáp dải chung, thường được chỉ định bởi thương hiệu OSB, được áp dụng. Thiết kế này lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1923 bởi A. Yakovlev và S. M. Bragin.
Cáp cao áp cho điện áp trên 20 kV luôn được sản xuất dưới dạng cáp một lõi, tức là với điện trường hướng tâm, vì trong trường hợp này, độ tin cậy của cáp ở điện áp cao có tầm quan trọng đặc biệt.
Đối với 110 và 220 kV, chúng chủ yếu được sử dụng cáp đầy dầu đặc điểm chính là lớp cách điện bằng giấy của loại cáp này được tẩm dầu khoáng có độ nhớt thấp, loại dầu này có thể dễ dàng di chuyển dọc theo cáp dọc theo lõi rỗng trung tâm dưới tác động của áp suất dư được tạo ra trong cáp.
Khi nhiệt độ của cáp thay đổi, dầu chuyển động tự do có thể bù lại với sự trợ giúp của thiết bị điện, sự thay đổi nhiệt độ về thể tích trong lớp cách điện, mà trong cáp có tẩm nhớt dẫn đến hình thành các khoảng trống và phá hủy.
Sự hiện diện của lõi rỗng giúp có thể làm khô và cấp cáp trong quá trình sản xuất để thực tế không còn bọt khí và tạp chất khí trong đó.
Trong sản xuất, cáp được quấn trên trống và nối với thùng dầu đặc biệt dưới một áp suất dương nhất định. Nhờ thiết bị này, các tạp chất khí không hình thành trong cáp, ngay cả khi nhiệt độ thay đổi đáng kể.
Cáp hiện đại OSB-35 3×120 cho điện áp 35 kV
con dấu cáp
Vấu cáp và đầu nối được cung cấp để cho phép cáp được kết nối với thiết bị khác hoặc với nhau.
Do cáp được chế tạo với chiều dài hạn chế, nên cần có phụ kiện kết nối — cái gọi là bộ đệm cáp — là bắt buộc. Nhiệm vụ của hộp cáp là kết nối hai đầu cáp với nhau.
Một bản trình diễn liên kết cáp 30 kV từ Bảo tàng Leipzig, khi mở ra, cho thấy cách thức hoạt động của liên kết cáp như vậy:
Kết nối trực tiếp của dây nhôm được hàn và gia công bằng một tệp nhôm. Trong trường hợp dây đồng, cái gọi là ống hàn được đặt, lõi cáp và hàn.
Các dây dẫn kim loại trần được quấn thủ công bằng giấy dầu rộng từ 10 đến 30 mm cho đến khi độ dày lớp cách điện bằng 2,5 lần độ dày lớp cách điện của cáp.
Trước khi quấn, hỗn hợp cáp và giấy phải được làm nóng đến 130 độ để hơi ẩm có thể bốc hơi. Bếp than mở đã được sử dụng cho việc này. Tất nhiên, điều này chỉ có thể thực hiện được ở ngoài trời.
Để ngăn hơi ẩm xâm nhập vào ống lót, ống lót bên trong bằng chì hoặc thép mạ kẽm do nhà máy sản xuất được sử dụng để nối các vỏ bọc chì và hàn chặt chúng.
Ngay trước khi kết thúc quá trình hàn, hợp chất cáp được đổ vào lỗ để tránh túi khí.
Khi tiến hành quá trình tẩm cáp điện phải thực hiện mọi biện pháp để làm bay hơi ẩm còn đọng lại trong lớp cách điện trước khi tẩm. và ngâm tẩm toàn bộ lớp cách điện của cáp càng nhiều càng tốt, giảm thiểu tạp chất không khí có thể hình thành trong lớp cách điện trong quá trình tắt tiếng NS.
Hợp chất ngâm tẩm phải trải qua quá trình làm sạch định kỳ các tạp chất cơ học, xử lý chân không để loại bỏ hơi ẩm tích tụ trong quá trình ngâm tẩm cáp và khử khí để loại bỏ khí (không khí) hòa tan trong đó.
Trước khi cái gọi là "ống bọc bên trong bằng chì" được bọc trong vỏ thép đúc và được lấp đầy lớp cách nhiệt bằng nhựa, các mối nối kim loại phải được thực hiện giữa phần gia cố bằng dải thép và vỏ bọc bằng chì.
Sau khi làm mát ít nhất 3 giờ, ổ cắm được lắp đặt có thể được sử dụng trong một thời gian rất dài (30 năm trở lên).
Để biết thêm thông tin chi tiết về thiết bị và công nghệ lắp đặt seal cho cáp điện, xem tại đây:Đầu nối cáp nguồn