Cables de alimentación de alta tensión con aislamiento de papel con cubierta de plomo y prensaestopas
Los cables de potencia están destinados a la transmisión y distribución de energía eléctrica en la zona y para alimentarla con colectores de corriente.
Aunque los cables son más caros de instalar que las líneas aéreas, se utilizan cada vez más como la solución preferida. Hoy en día, los cables de alta tensión se operan principalmente a niveles de tensión de 380 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV y 400 V.
Mientras que hoy en día casi sólo se fabrican y se utilizan cables con aislamiento de plástico, funda XLPE, el cable de alta tensión clásico es el llamado cable de papel.
Los cables XLPE comenzaron a tenderse ampliamente antes de la década de 1980, aunque en algunos países este proceso comenzó más tarde. Una característica particularmente notable de este nivel de voltaje es la gran variedad de tipos de cables de polímero alternativos.
Cables de alimentación con aislamiento de papel (izquierda) frente a cable XLPE
Cables de potencia con aislamiento de papel impregnado
Los cables conductores con aislamiento de papel tienen casi la misma estructura básica para niveles de tensión de 400 V a 35 kV.Se han utilizado para la transmisión de energía desde la introducción de los primeros sistemas de energía a fines del siglo XIX.
Cable de alimentación blindado con cubierta de plomo del siglo XX
Para tensiones de funcionamiento de hasta 35 kV inclusive, estos cables se fabrican con aislamiento de papel de cable impregnado con colofonia de aceite en una cubierta y armadura de plomo, según las condiciones de tendido.
Los cables y alambres tendidos en barcos utilizados en las industrias minera y manufacturera y en la agricultura se fabrican principalmente con aislamiento de caucho o plástico en una manguera flexible de caucho o PVC.
Los cables de alimentación se distinguen por el número de núcleos: uno, dos, tres y cuatro núcleos. Los conductores pueden ser de uno o varios hilos, y de forma redonda, sectorial, segmentada y ovalada.
Como se mencionó anteriormente, a fines del siglo XIX apareció un cable de tres hilos con un voltaje de hasta 6 kV. Al principio, era un cable con alambres de cobre redondos, una capa gruesa de aislamiento impregnado de papel en los alambres, y el mismo espesor con una capa de aislamiento común (cinturón) en los alambres aislados trenzados, es decir, bajo un cable vaina.
Un ejemplo de cable de plomo en un anuncio de Kabelwerke Brugg de 1927.
Tendido de un cable de 30 kV en Alemania en 1928.
El desarrollo del cable de alimentación va en la línea de aumentar la tensión de trabajo del cable y la fiabilidad de su funcionamiento, pero no aumentando aún más el espesor de la capa de aislamiento, sino mejorando la calidad y mejorando el uso del cable de aislamiento. material en el cable.
La mejora de los indicadores económicos del cable, es decirsobre todo, la reducción de su precio viene determinada por el ahorro de materias primas por su mejor aprovechamiento y mejora del proceso tecnológico (reducción del ciclo productivo, reducción de mermas y rechazos en la producción).
En la década de 1920, los conductores redondos en los cables de alimentación multinúcleo fueron reemplazados por conductores de segmento y sector, ya que el nivel de producción de cables había aumentado tanto en ese momento que se hizo posible producir cables de alimentación fiables con conductores no redondos hasta 10 kV inclusive. .
El principal tipo de cable de alimentación de papel impregnado es el cable sectorial.
Este cable tiene una capa aislante en cada núcleo (aislamiento de fase) y una capa aislante común sobre los tres núcleos aislados trenzados entre sí (aislamiento de cinturón).Este cable se denomina cable con aislamiento de cinturón o, según el tipo de campo eléctrico en él, un cable con campo no radial, y por el tipo de impregnación - cable con impregnación viscosa.
Para designar un cable de este tipo se utilizan símbolos (marcas) dependiendo del tipo de blindaje y cubierta exterior, por ejemplo:
- SG: cable sin armadura y tapas sobre el cable,
- CA — se aplica una capa de asfalto a la cubierta de plomo,
- SB: sobre el plomo hay una armadura de dos tiras de acero y una cubierta de hilo de cable impregnado de betún (yute),
- SBG: igual que el diseño anterior pero sin yute que cubra el parachoques,
- OP y SK — cable con armadura de alambres planos o redondos.
La primera letra de la marca indica la presencia de una carcasa y la última indica el tipo de cubiertas protectoras.
Con el fin de ahorrar plomo mediante la reducción del diámetro en los cables de alimentación de varios núcleos (dos, tres y cuatro núcleos), los conductores del cable no se hacen redondos, sino en forma de sector o segmento.
Un cable de tres núcleos con conductores sectoriales tiene un diámetro aproximadamente un 15 % más pequeño que un cable con conductores redondos de la misma sección transversal. El ahorro de plomo resultante de la introducción de conductores de sector en los cables de tres conductores puede estimarse en un 20% de media.
Los conductores de un cable trifásico pueden tener forma de óvalo acercándose a una elipse. La ventaja de esta forma de vena es que la vena ovalada no tiene esquinas tan afiladas como la vena sectorial.
El uso de conductor ovalado en cables de alta tensión de 35 kV puede compensar los cambios térmicos en la composición de impregnación en la capa de aislamiento del cable y, por lo tanto, mejorar la calidad del cable.
Los principales materiales aislantes a partir de los cuales se fabrica la capa aislante del cable de alimentación en la fábrica de cables son el papel para cables y el compuesto de lectura.
La impregnación de la capa de papel del cable se realiza para reemplazar el aire en el papel y entre las capas de cintas de papel con aceite mineral o algún otro compuesto de impregnación que sea más fuerte en la conexión eléctrica.
El papel del papel no es solo contener el compuesto de impregnación. La presencia de papel en la capa aislante del cable permite obtener una capa aislante cuya resistencia a la rotura es aproximadamente 3 veces superior a la resistencia a la rotura de la mezcla de impregnación.
El papel para cables utilizado para la producción de la capa de aislamiento de los cables de potencia debe tener ciertas propiedades mecánicas que aseguren una perfecta superposición de las tiras de papel en el núcleo del cable, propiedades físicas necesarias para la correcta implementación del proceso de impregnación, y no debe contener impurezas. que reducen las propiedades eléctricas del papel después de la impregnación.
La construcción del cable de 20 y 35 kV con aislamiento de correa no puede proporcionar suficiente confiabilidad en la operación, principalmente debido a la presencia de componentes de gradiente tangencial en el aislamiento del cable causados por la no radialidad del campo eléctrico.
A esta tensión se le aplica una estructura con tres vetas de plomo retorcidas en una armadura de tira común, designada convencionalmente por la marca OSB. Este diseño fue propuesto por primera vez en 1923 por A. Yakovlev y S. M. Bragin.
Los cables de alta tensión para tensiones superiores a 20 kV siempre se han fabricado como cable unipolar, es decir, con un campo eléctrico radial, ya que en este caso la fiabilidad del cable en alta tensión es de especial importancia.
Para 110 y 220 kV se utilizan principalmente cables llenos de aceite cuya característica principal es que el aislamiento de papel de este cable está impregnado con aceite mineral de baja viscosidad, que puede moverse fácilmente a lo largo del cable a lo largo del núcleo hueco central bajo la influencia del exceso de presión creado en el cable.
Cuando la temperatura del cable cambia, el aceite que se mueve libremente permite compensar con la ayuda de equipos eléctricos los cambios de temperatura en el volumen de la capa aislante, que en el cable con impregnación viscosa conducen a la formación de vacíos y destrucción.
La presencia de un núcleo hueco permite secar y alimentar el cable en producción para que prácticamente no queden burbujas ni inclusiones de gas.
En producción, el cable se enrolla en un tambor y se conecta a un tanque de aceite especial bajo cierta presión positiva. Gracias a este dispositivo, no se forman inclusiones de gas en el cable, incluso con cambios de temperatura significativos.
Cable moderno OSB-35 3×120 para tensión 35 kV
Sellos de cable
Se proporcionan terminales de cable y conectores para permitir que los cables se conecten a otros equipos o entre sí.
Dado que los cables tienen una longitud limitada, se requieren accesorios de conexión, los llamados prensaestopas. El trabajo de la caja de cable es conectar los dos extremos del cable entre sí.
Una demostración de un enlace de cable de 30 kV del Museo de Leipzig que, cuando se abre, muestra cómo funciona dicho enlace de cable:
La conexión directa del hilo de aluminio está soldada y mecanizada con una lima de aluminio. En el caso de los hilos de cobre, se colocan los llamados manguitos de soldadura, los núcleos de los cables y se sueldan.
Los conductores de metal desnudo se envuelven a mano con papel de aceite de 10 a 30 mm de ancho hasta que el espesor del aislamiento sea 2,5 veces el espesor del aislamiento del cable.
Antes de enrollar, la mezcla del cable y el papel deben calentarse a 130 grados para que la humedad pueda evaporarse. Para esto se utilizaron estufas abiertas de carbón. Por supuesto, esto solo era posible al aire libre.
Para evitar que entre humedad en los casquillos, se utiliza un casquillo interior fabricado en fábrica de plomo o acero galvanizado para conectar las cubiertas de plomo y soldarlas firmemente.
Poco antes de que finalice el proceso de soldadura, se vierte compuesto para cables en el orificio para evitar bolsas de aire.
Al realizar el proceso de impregnación del cable de alimentación, se deben tomar todas las medidas para evaporar la humedad que queda en la capa de aislamiento antes de la impregnación. e impregnar toda la capa de aislamiento del cable lo más completamente posible, minimizando las inclusiones de aire que se pueden formar en la capa de aislamiento durante los susurros de NS.
El compuesto de impregnación debe someterse a una limpieza periódica de impurezas mecánicas, un tratamiento de vacío para eliminar la humedad acumulada durante la impregnación del cable y una desgasificación para eliminar el gas (aire) disuelto en él.
Antes de encerrar el llamado "manguito interior de plomo" en una carcasa de acero fundido y llenarlo con aislamiento de resina, se deben realizar conexiones metálicas entre el refuerzo de la tira de acero y la cubierta de plomo.
Después de enfriar durante al menos 3 horas, el enchufe instalado se puede utilizar durante mucho tiempo (30 años o más).
Para obtener más información sobre el dispositivo y la tecnología para instalar sellos de cable para cables de alimentación, consulte aquí:Conectores de cable de alimentación