Кабель высокого напряжения

Что это такое?
Кабель высокого напряжения (High-voltage cable) — это кабель, предназначенный для передачи электрической энергии в сетях с напряжением свыше 1000 В (1 кВ). К высоковольтным относят кабели для сетей среднего (6–35 кВ), высокого (от 35 кВ до 230 кВ), сверхвысокого (до 400 кВ) и ультравысокого (свыше 400 кВ) напряжения . В отличие от воздушных линий электропередачи, такие кабели имеют многослойную конструкцию с усиленной изоляцией и специальными полупроводящими экранами, что позволяет прокладывать их под землей или под водой на большие расстояния .

Из чего делают и как устроены?
Современный высоковольтный кабель имеет сложную многослойную конструкцию. Токопроводящая жила изготавливается из меди или алюминия, может иметь круглую или секторную форму, а для больших сечений применяется сегментированная конструкция Милликена для снижения потерь . Внутренний полупроводящий экран обеспечивает гладкую поверхность и выравнивает электрическое поле. Изоляция — ключевой элемент — в современных кабелях выполняется преимущественно из сшитого полиэтилена (XLPE), который выдерживает длительную рабочую температуру до +90°C и кратковременно до +250°C при коротком замыкании . В устаревших конструкциях используется бумажно-масляная изоляция, но сегодня она встречается редко . Наружный полупроводящий экран также обеспечивает гладкость и исключает воздушные включения. Металлический экран (из медных проволок, свинца или алюминия) служит для отвода токов утечки и выравнивания электрического поля . Завершают конструкцию гидроизоляция (водоблокирующие ленты), броня (при необходимости, из стальных лент или проволок) и наружная оболочка из полиэтилена (для наружной прокладки, стойкого к УФ-излучению) или ПВХ .

Зачем и где это применяют?
Высоковольтные кабели служат для подземной и подводной передачи электроэнергии в тех случаях, когда прокладка воздушных ЛЭП невозможна или нецелесообразна — в городских сетях с плотной застройкой, для подключения промышленных предприятий, электростанций и подстанций, а также для соединения энергосистем разных стран . Для сверхдальних расстояний (свыше 30 км) и подводных соединений используются кабели постоянного тока (HVDC), так как передача переменного тока на такие расстояния технически затруднена . Современные кабели постоянного тока на напряжение до 640 кВ обеспечивают передачу мощности до 3 ГВт с минимальными потерями . Срок службы качественных высоковольтных кабелей может достигать 40 лет и более . Для соединения кабелей и подключения к оборудованию применяются специальные муфты и концевые заделки, конструкция которых управляет электрическим полем и предотвращает пробои .

Интересный факт:
При изготовлении высоковольтных кабелей чистота материалов контролируется на микроскопическом уровне. Полупроводящие слои должны быть абсолютно гладкими — даже микроскопические выступы размером в несколько микрон (тоньше человеческого волоса) недопустимы, так как они становятся очагами частичных разрядов, разрушающих изоляцию . Современные заводы производят экструзию изоляции в условиях «чистых комнат», чтобы исключить попадание пыли и посторонних частиц. Инновационные разработки последних лет включают полностью перерабатываемые кабели с термопластичной изоляцией (например, P-Laser), которые не требуют сшивки и позволяют снизить выбросы CO₂ до 30% .