Stromkabel mit imprägnierter Papierisolierung für Spannung 1-10 kV
Netzkabel mit Kabelbaum
Der Großteil der Starkstromkabel für Spannungen bis 10 kV sind dreiadrige Kabel mit Sektoradern, sogenannte gürtelisolierte Kabel. Diese Kabel sind mit Kupfer- und Aluminiumleitern mit Querschnitten von 6 bis 240 mm2 erhältlich. Aluminiumleiter können im gesamten Querschnittsbereich einadrig sein, darüber hinaus werden im Bereich 70-240 mm2 auch Kabel mit mehradrigen abgedichteten Leitern hergestellt. Kupferleiter werden überwiegend mehradrig gefertigt, im Querschnittsbereich von 6 bis 50 mm2 kommen jedoch auch einadrige Leiter zum Einsatz.
Es ist bekannt, dass die traditionellen Methoden für leitende Drähte Kupfer und Aluminium sind. Kupfer ist in den letzten Jahren extrem knapp geworden, weshalb Aluminium in der Kabelindustrie am häufigsten verwendet wird, sowohl für Leiter als auch für Mäntel.
Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist 1,65-mal geringer als die von Kupfer und seine Dichte ist 3,3-mal geringer als die von Kupfer, wodurch es möglich ist, Aluminiumdrähte mit demselben elektrischen Widerstand zu erhalten, die 2-mal leichter sind als Kupferdrähte. Die Herstellung von eindrähtigen Aluminiumleitern in Form eines dichten Sektors hat einen großen wirtschaftlichen Effekt in der Kabelindustrie. Die Verwendung solcher Drähte ermöglicht es, den Durchmesser des Kabels zu reduzieren, außerdem steigt bei der Herstellung solcher Drähte die Arbeitsproduktivität, da im Vergleich zur Herstellung von Mehrdrahtdrähten der Umfang der Zugvorgänge reduziert wird und die Der Betrieb von verdrillten Drähten ist ausgeschlossen. Massive Sektordrähte haben eine größere Steifigkeit als verdrillte; Darüber hinaus erhöht sich in gewissem Maße die Komplexität der Installation von Kabeln mit solchen Drähten. Allerdings wird die Steifigkeit des Kabels, wie Studien zeigen, im Wesentlichen nicht durch die stromdurchflossenen Leiter bestimmt, sondern in erster Linie durch das Material und die Struktur des Mantels.
Die Kabelisolierung besteht aus Kabelpapierstreifen, die mit einer Kolophoniumzusammensetzung imprägniert sind. Bei Kabeln für eine Spannung von 1–10 kV wird jede Phase separat isoliert und anschließend wird eine gemeinsame Bandisolierung auf die verdrillten isolierten Drähte aufgebracht. Die Dicke der Phasen- und Streifenisolierung wird anhand der Bedingungen des Kabels im Betriebsmodus ausgewählt (in der Republik Weißrussland werden 6,10-kV-Netze mit isoliertem Neutralleiter implementiert) und gewährleistet so seinen zuverlässigen Betrieb im Notbetrieb.
Bei Haushaltskabeln ist die Dicke der Isolierung zwischen den Phasen etwa 36 % größer als die Dicke der Isolierung zwischen Kern und Mantel.Bei Kabeln mit einer Spannung von 6 kV beträgt die Dicke der Phasenisolierung 2 mm und die Dicke der Riemenisolierung 0,95 mm, bei Kabeln mit einer Spannung von 10 kV 2,75 bzw. 1,25 mm.
Bei Kabeln mit einer Spannung von 1 und 3 kV wird die Dicke der Isolierung hauptsächlich nach ihrer mechanischen Festigkeit (ohne Beschädigung beim Biegen) ausgewählt. Die Lücken zwischen den isolierten Drähten werden mit Bündeln aus Sulfatpapier gefüllt.
Der Hauptnachteil der imprägnierten Papierisolierung ist ihre hohe Hygroskopizität. Um die Isolierung während der Lagerung, Verlegung und des Betriebs vor Feuchtigkeit zu schützen, werden die Kabel daher von einem Metallmantel umschlossen.
Stromkabel sind mit Blei- und Aluminiummantel erhältlich. Aluminiummäntel sind ausreichend dicht und mechanisch fester als Bleimäntel. Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ermöglicht die Verwendung von Aluminiummänteln als vierten Leiter des Kabels, was zu einer erheblichen Einsparung von Aluminium, Isolier- und Schutzhüllen führt. Kabel mit Aluminiummänteln können jedoch nicht in aggressiven Umgebungen (alkalische Dämpfe, konzentrierte alkalische Lösungen) verwendet werden. Unter solchen Bedingungen ist es notwendig, Kabel mit Bleimantel zu verwenden.
Erfahrungen bei der Herstellung und Installation von Kabeln mit einem Aluminiummantel mit einem Durchmesser von mehr als 40 mm zeigten deren übermäßige Steifigkeit, daher Kabel für Spannung 1 kV mit einem Querschnitt von 3 × 240 mm2, 6 kV mit einem Querschnitt von 3 × 150 mm2 und mehr, 10 kV mit einem Querschnitt von 3 × 120 mm2 und mehr müssen mit einem gewellten Aluminiummantel ausgeführt werden.
Durch die Verwendung eines Wellmantels erhöht sich die Flexibilität der Kabel, allerdings kann es bei der Verlegung solcher Kabel auf geneigten Strecken dazu kommen, dass die Imprägniermasse an der Wellung herunterläuft und Lufteinschlüsse in der Kabelisolierung bildet. In diesem Zusammenhang können Wellmäntel nur in Kabeln verwendet werden, deren Isolierung mit nicht fließenden Verbindungen imprägniert ist.
Riser-Kabel
Bei der Verlegung von Kabeln mit imprägnierter Papierisolierung auf Strecken mit großen Höhenunterschieden besteht die Gefahr, dass die Imprägniermischung in den unteren Teil der Strecke absinkt. Die Zusammensetzung fließt hauptsächlich entlang der Lücken zwischen den Leitern in verdrillten Mehrdrahtleitern sowie in der Lücke zwischen dem Metallmantel und der Isolierung und in geringerem Maße innerhalb der Papierisolierung selbst.
Daher nimmt in den oberen Abschnitten der Schiene die Spannungsfestigkeit des Kabels aufgrund der Entstehung von Luftspalten in der Isolierung ab. In den unteren Streckenabschnitten kann es aufgrund des erhöhten Drucks der starren Verbindung zu einem Druck auf das Kabel kommen. Daher können Kabel mit imprägnierter Papierisolierung herkömmlicher Bauart auf Strecken verlegt werden, bei denen der Höhenunterschied zwischen dem höchsten und tiefsten Punkt des Kabelstandorts nicht mehr als 15–25 m beträgt durch folgende Maßnahmen: Verwendung von Verschlussverbindern.