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) . В мировой практике 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, под водой и в других сложных условиях .

Из чего делают и как устроены?
Современный высоковольтный кабель имеет сложную многослойную конструкцию. Токопроводящая жила изготавливается из меди или алюминия, может иметь круглую уплотненную или сегментированную форму (конструкция Милликена для снижения потерь) сечением до 2500 мм² и более . Внутренний полупроводящий экран обеспечивает гладкую поверхность и выравнивает электрическое поле. Изоляция — ключевой элемент — в современных кабелях выполняется преимущественно из сшитого полиэтилена (XLPE), который является первоклассной технологией изоляции, доминирующей в новых линиях электропередачи как на суше, так и под водой . XLPE выдерживает длительную рабочую температуру до +90°C и кратковременно до +250°C при коротком замыкании . Для специальных применений, таких как аэрокосмическая отрасль, используются материалы ETFE (этилен-тетрафторэтилен), выдерживающие до 170°C , а для гибких решений — специальные эластомерные компаунды . Наружный полупроводящий экран также обеспечивает гладкость и исключает воздушные включения. Металлический экран (из медных проволок, свинцового сплава 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 высокой плотности (HDPE) для наружной прокладки, стойкого к УФ-излучению, или ПВХ . Срок службы качественных высоковольтных кабелей может достигать 40 лет и более .

Зачем и где это применяют?
Высоковольтные кабели служат для подземной и подводной передачи электроэнергии в тех случаях, когда прокладка воздушных ЛЭП невозможна или нецелесообразна. Они используются для передачи электроэнергии от электростанций к распределительным устройствам и подстанциям, в городских сетях с плотной застройкой, для подключения промышленных предприятий, а также для соединения энергосистем разных стран . Помимо традиционной энергетики, высоковольтные кабели находят применение в новых областях: в электромобилях и гибридных самолетах, где требуются гибкие и высокотемпературостойкие решения , в горнодобывающей и морской технике, а также в промышленных установках, питающих мощное оборудование . Кабели могут прокладываться непосредственно в земле, в кабельных каналах, на открытом воздухе и под водой .

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 с использованием высокоавтоматизированных систем подачи материалов, что исключает загрязнение и электрические повреждения . 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 разработки включают полностью перерабатываемые кабели с термопластичной изоляцией, которые не требуют сшивки и позволяют снизить выбросы CO₂.