2.3. Кабельні лінії електропередачі змінного струму

На всіх етапах розвитку світової електротехніки створення кабельних ліній високої пропускної спроможності стримувалося значними труднощами щодо досягнення необхідної електричної міцності ізоляції високовольтних кабелів. Така ізоляція повинна витримувати високі напруги і гарантувати довгострокову надійність кабелю при одночасному збереженні прийнятних параметрів маси на одиницю довжини кабелю і його зовнішнього діаметра.

З 20-х років ХХ століття для кабелів знайшли повсюдне застосування багатошарова паперова ізоляція, просочена маслоканіфольним складом, а також покриття силових кабелів свинцевими оболонками для збільшення їх механічної міцності. Це дозволило довести лінійну напругу КЛ до 30–40 кВ.

Боротьба за підвищення напруги на кабельних лініях привела спочатку до винаходу маслонаповнених кабелів низького тиску у свинцевій оболонці, а потім маслонаповнених кабелів високого тиску. Конструкція останніх являє собою три екрановані  струмопровідні жили, які розміщено у сталевій трубі, заповненій мінеральним маслом під тиском до 1,5 МПа. Така конструкція дозволила підняти робочу напругу КЛ до 220 кВ, а пізніше і до 500 кВ. Однак обслуговування таких ліній з рідкою ізоляцією виявилося досить складним через велику кількість кабельних колодязів з телекерованими системами маслопідживлення кабелю та сполучних муфт.

Пошук більш зручних ізоляційних матеріалів в 70-ті роки ХХ століття привів до технології виготовлення кабелів з твердою ізоляцією із «зшитого» поліетилену (міжнародне позначення XPLE). Завдяки високій електричній міцності та надійності з терміном служби не менш 30 років, простоті експлуатації, ремонту та екологічній чистоті високовольтні кабелі з ізоляцією XPLE стали найпоширенішими в усьому світі в діапазоні напруг від 35 до 420 кВ.

Незважаючи на можливості, які відкриває новий тип ізоляції XPLE, кабельні лінії змінного струму не можуть конкурувати з повітряними лініями як міжсистемні зв'язки. Однак такі Промислове виробництво кабелів з ізоляцією XPLE напругою від 6 до 330 кВ вперше в СНД освоєно в Україні на заводі «Південкабель».

КЛ стають реальним засобом доставки електроенергії в найбільші вузли електроспоживання урбанізованих територій.

Так, в 2009 році завершено будівництво кабельної лінії електропередачі напругою 220 кВ ТЕЦ-27 – Хлєбніково довжиною 15 км. Її траса пройшла під землею – під автомагістралями і діючими промисловими об’єктами – по території Митищинського району Московської області. Вона призначена для видачі потужності енергоблоку №3 ТЕЦ-27 потужністю 450 МВт в мережу 220 кВ Московської енергосистеми.

У 2003–2004 роках у Центральному Лондоні прокладено потужну кабельну лінію напругою 400 кВ. На лінії застосований кабель з ізоляцією XPLE з мідними жилами перетином 2500 кв. мм у фазі. Пропускна спроможність лінії 1600 МВт. В умовах Лондона найбільш прийнятним конструктивним рішенням виявилася прокладка кабелів у підземному вентильованому тунелі діаметром 3 м довжиною 20 км, на глибині до 30 м. Тунель виконано з можливістю прокладки другої кабельної лінії, що являтиме собою газоізольовану лінію (струмопровідна жила кожної фази знаходиться в металевій трубі, заповненій електроізолюючим газом SF6, так званим елегазом).

Для виконання функцій міжсистемних зв'язків КЛ з ізоляцією XPLE знайшли застосування в електропередачах постійного струму (ЕППС) при необхідності прокладання ліній через значні водні простори (морські протоки, мілководні моря). У таких умовах, коли побудувати в акваторії повітряну лінію неможливо, прокладання кабельної лінії постійного струму морським дном виявляється єдиним виправданим рішенням. В уніполярній передачі для цього потрібний тільки один кабель. У біполярній передачі прокладають два кабелі (з полярністю «+» і полярністю «-»). Тут у випадку відключення одного кабелю передача працює на половину своєї потужності.

Кабельний канал під високовольтні лінії електропередачі між підстанціями «Войковська» та «Громадянська» у Москві (довжина 3349 км)

Очікується, що наступним етапом розвитку кабельної техніки стане створення кріогенних кабелів, що використовують ефект надпровідності металів при їх глибокому охолодженні. При температурі рідкого азоту 77 К активний опір міді та алюмінію знижується в десятки разів, а при температурі рідкого водню 20,4 К – до 200 разів. Метал ніобій (Nb) і його сполуки (Nb3Sn, Nb3Al) при температурі рідкого гелію 4,2 К переходять у стан надпровідності. Зріджені гази для охолодження провідників можуть бути використані як ізолююче середовище кріогенних кабелів. Потужність кріогенних електропередач оцінюється від 10 до 100 ГВт.