Кабели 110 кВ

Кабели на напряжение 110 кВ представляют собой высокотехнологичные изделия, предназначенные для передачи больших мощностей на значительные расстояния в условиях, где невозможно или нецелесообразно применение воздушных линий электропередачи. Они являются критически важным элементом энергосистемы крупных городов, промышленных предприятий и объектов инфраструктуры.

1. Назначение и области применения

Основные сферы применения:

• Подземные вводы на территорию промышленных предприятий, нефтехимических комплексов, металлургических заводов
• Передача энергии через водные преграды (реки, каналы, морские проливы)
• Создание кольцевых сетей в мегаполисах для повышения надежности энергоснабжения
• Подключение распределительных устройств (РУ) 110 кВ к трансформаторным подстанциям
• Прокладка в густонаселенных районах, где невозможно отчуждение территорий под воздушные линии (ВЛ)

2. Конструкция кабеля 110 кВ: Детальный разбор

Конструкция кабеля 110 кВ представляет собой сложную многослойную систему, где каждый элемент выполняет критически важную функцию.

2.1. Токопроводящая жила

• Материал: Медь (М) или Алюминий (А) марки АВЕ (алюминий высокой электропроводности).
• Строение: Как правило, секторная или круглая многопроволочная для обеспечения гибкости.
• Сечение: Стандартный ряд: 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500, 630, 800, 1000, 1200 мм². Выбор сечения определяется токовой нагрузкой и условиями прокладки.

2.2. Экран по жиле (Внутренний полупроводящий слой)

• Назначение: Ключевой элемент для среднего и высокого напряжения. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения и ионизацию, которые приводят к пробою изоляции.
• Материал: Экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен или полупроводящая бумага (в старых конструкциях).

2.3. Изоляция

Это сердце кабеля, определяющее его рабочее напряжение и долговечность.

• Материал:Сшитый полиэтилен (СПЭ/XLPE) — современный стандарт.
  • Преимущества СПЭ:
    • Высокая диэлектрическая прочность.
    • Термостойкость (допустимая температура жилы до +90°C в нормальном режиме).
    • Стойкость к термическим перегрузкам и токам короткого замыкания (до +250°C).
    • Отличные механические свойства.
• Толщина: Рассчитывается для обеспечения электрической прочности при рабочем (110 кВ) и испытательном (160-220 кВ) напряжениях. Обычно составляет 15-20 мм.

2.4. Экран по изоляции (Внешний полупроводящий слой)

• Назначение: Аналогично экрану по жиле — выравнивает электрическое поле и защищает изоляцию от внешних воздействий.

2.5. Металлический экран (заземляющий)

• Назначение:
  1. Замыкание цепи тока утечки. При пробое изоляции ток замыкания уходит через экран на землю, вызывая срабатывание защитной аппаратуры.
  2. Защита от электромагнитных помех.
  3. Симметрия электрического поля.
• Конструкция:
  • Медные проволоки, наложенные поверх экрана по изоляции.
  • Медная лента, наложенная по спирали.

2.6. Защитный шланг (Внешняя оболочка)

• Назначение: Защита металлического экрана от влаги, химикатов и механических повреждений.
• Материал: Полиэтилен (ПЭ), чаще всего полиэтилен низкого давления (ПНД). ПНД обладает высокой стойкостью к растрескиванию, влагопоглощению и агрессивным средам.

3. Основные типы и марки кабелей 110 кВ

• АПвП / ПвП: Наиболее распространенная современная марка.
  • А — Алюминиевая жила (отсутствует — медь).
  • Пв — Изоляция из сшитого полиэтилена (вулканизированного полиэтилена).
  • П — Защитный шланг из полиэтилена.
  • *Пример: АПвПуг 1х400/64-110 кВ (алюминиевый, с изоляцией из СПЭ, в полиэтиленовой оболочке, для прокладки в грунте).*
• АСБ / СБ: Устаревшая, но еще встречающаяся марка с бумажной пропитанной изоляцией.
  • С — Свинцовая оболочка.
  • Б — Броня из стальных лент.
  • Недостатки: Требует сложной технологии прокладки с учетом разности уровней (из-за стекания пропитки), более низкая допустимая температура (до +70°C), экологические риски.

4. Технические характеристики и условия эксплуатации

• Номинальное напряжение (U₀/U): 64/110 кВ. Где U₀ = 64 кВ — напряжение между жилой и землей, U = 110 кВ — междуфазное напряжение.
• Испытательное напряжение переменным током: 160 кВ в течение 15 минут после монтажа.
• Допустимая температура жилы:
  • Длительный режим: +90°C (для СПЭ).
  • Перегрузка: +105°C.
  • Короткое замыкание (до 4 сек): +250°C.
• Минимальная температура прокладки: -20°C (при более низкой температуре требуется подогрев).
• Минимальный радиус изгиба: Обычно 20-25 наружных диаметров кабеля. Нарушение этого правила ведет к необратимому повреждению изоляции и экранов.
• Токовая нагрузка: Зависит от сечения, способа прокладки и температуры грунта. Например, кабель 1х400 мм², проложенный в земле, может передавать ток 500-700 А, что соответствует мощности около 100 МВА.

5. Прокладка и монтаж: Особенности и сложности

Монтаж кабельных линий 110 кВ — это сложный инженерный проект.

1. Подготовка трассы: Рытье траншеи глубиной 0,8–1,2 м с песчаной подушкой.
2. Раскатка кабеля: Использование специальных кабельных роликов и механизмов для предотвращения механических напряжений и соблюдения радиуса изгиба. Запрещено волочение кабеля по земле.
3. Соединение (монтаж муфт): Самый ответственный этап.
   • Используются соединительные муфты, которые восстанавливают целостность всех слоев кабеля: жилы, изоляции, экранов.
   • Работы ведутся в чистых, сухих условиях (часто в специальных мобильных палатках) высококвалифицированными бригадами.
   • Технология включает в себя механическую обработку жил, послойное восстановление изоляции и экранов с помощью термоусаживаемых или холодноусаживаемых материалов.
4. Засыпка: После укладки кабель засыпается мягким грунтом или песчаной подушкой, сверху укладывается сигнальная лента и защитные плиты.
5. Испытания: После монтажа вся линия подвергается высоковольтным испытаниям переменным током для проверки целостности изоляции.

6. Концевые заделки

Для подключения кабеля к открытым распределительным устройствам (ОРУ) или трансформаторам используются концевые муфты (концевая заделка). Они обеспечивают плавный вывод электрического поля из изоляции кабеля в воздушное пространство ОРУ и герметизацию конца кабеля.

7. Мониторинг и диагностика

Современные кабельные линии 110 кВ часто оснащаются системами мониторинга:

• Система распределенного измерения температуры (DTS): Оптическое волокно, проложенное вдоль кабеля, позволяет в реальном времени отслеживать температуру по всей его длине и динамически повышать нагрузочную способность.
• Система частичных разрядов: Обнаруживает микроскопические пробои в изоляции на ранней стадии, позволяя прогнозировать ее остаточный ресурс.

Заключение

Кабели 110 кВ — это продукт высочайших технологий в электротехнике, сочетающий в себе передовые материалы (СПЭ), точнейшие производственные процессы и сложнейшие методы монтажа. Их надежная работа является залогом устойчивости энергосистемы крупных городов и промышленных кластеров.

Переход с бумажно-масляной изоляции на сшитый полиэтилен (СПЭ) стал ключевым шагом, повысившим надежность, упростившим монтаж и увеличившим пропускную способность кабельных линий. Дальнейшее развитие связано с внедрением систем интеллектуального мониторинга, позволяющих максимально использовать потенциал этих мощных энергетических артерий.