Технические требования к  кабелям, проложенным в земле и по воздуху, совершенно различны, кроме того на них по-разному влияют природные условия. Подземные сети электропередач обходятся гораздо дороже, чем воздушные, кроме того их сооружение представляет более сложную задачу, ввиду различия в физических и конструкционных запросах, а также запросов по условиям окружающей среды.

Дизайн и конструкция подземных сетей электропередач сложнее, чем воздушных, из-за двух технических особенностей:

Нужна очень мощная изоляция, так как кабеля могут быть расположены в нескольких сантиметрах от проводящей поверхности.

Необходимо снизить температуру, до которой нагревается кабель, в результате электропередачи. Первая подземная сеть электропередач была создана в 1927 году, передаваемое напряжение равнялось 132-м кВ. Кабель был заполнен охлаждающей жидкостью и имел изоляцию из специальной бумаги. Жидкость необходима для снижения температуры.

На данный момент используются два различных вида подземных систем электропередач. В одном случае кабель проложен в трубах, по которым циркулирует охлаждающая жидкость или газ, а в другом используется цельный диэлектрический кабель, который не нуждается в охлаждении газом или жидкостью и считается более современным в техническом плане.

В число основных видов подземных кабельных конструкций входят:

• Кабель трубного типа  высокого давления, наполненный охлаждающей жидкостью.
• Кабель трубного типа  высокого давления, наполненный охлаждающим газом.
• Замкнутая система с жидкостным охлаждением.
• Цельный кабель с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями (СПЭ).
• Кабель трубного типа с жидкостным охлаждением высокого давления.

Кабель трубного типа  высокого давления, наполненный охлаждающей жидкостью

Кабель трубного типа  высокого давления, наполненный охлаждающей жидкостью, вид конструкции подземных линий электропередач, состоит из стальной трубы и заключённых в неё трёх электрических проводников. Каждый проводник состоит из меди или алюминия и изолирован высококачественной пропитанной маслом крафт – бумагой. Также проводники покрыты защитным металлическим экраном (обычно свинцовым) и волокном (для защиты во время прокладки кабеля).

Внутри стальных труб, три проводника залиты диэлектрическим маслом, которое поддерживается под постоянным давлением. Данная жидкость является изолятором и не пропускает электрический ток. Диэлектрическая жидкость, находящаяся под давлением, предотвращает возможность прохождения электрических разрядов в изоляцию. Прохождение разрядов может привести к неполадкам сети. Также данная жидкость обеспечивает охлаждение проводников. Жидкость обычно статична и охлаждение происходит конвекционным путём. В некоторых случаях масло прогоняется по трубам и охлаждается с помощью теплообменника. Такая система требует установки наземной насосной  станции, которая обычно располагается внутри подстанции.

На насосной станции осуществляется контроль за давлением и температурой жидкости. На них устанавливается устройство  радиаторного типа, которое позволяет теплу выделяться из кабелей в атмосферу. Также производится контроль за состоянием масла или какими-либо повреждениями кабелей. Наружная стальная труба защищает проводники от механических повреждений, попадания воды и минимизирует вероятность утечки масла. Труба защищена от внешних химических и электрических воздействий через почву, при помощи обмотки и катодной защиты.

Проблемы, которые возникают с кабелями трубного типа  высокого давления, наполненными охлаждающей жидкостью – это сложности с обслуживанием и загрязнение почвы, которое может возникнуть в связи с утечкой масла.

Кабель трубного типа, наполненный охлаждающим газом

Кабель трубного типа, наполненный охлаждающим газом, по принципу не отличается от описанной выше, трубы высокого давления, наполненной охлаждающей жидкостью. Единственное отличие – использование для охлаждения сжатого азотного газа вместо масла. Сжатый азотный газ менее эффективен, чем диэлектрические жидкости для сдерживания электрических разрядов и охлаждения.

Для того, чтобы компенсировать этот недостаток, изоляция проводников делается на 20% толще, чем при использовании масла.

Фото 1. Поперечный разрез кабеля трубного типа высокого давления, наполненного охлаждающим газом или  кабеля трубного типа высокого давления, наполненной охлаждающей жидкостью.

Более толстая изоляция и более высокая температура в трубе снижает количество электричества, которое может быть эффективно и безопасно пропущено через линию. В случае пробоя изоляции или сбоя в цепи, устранение неполадок в системе использующей сжатый газ, намного легче, чем в системе с диэлектрическим маслом.

Замкнутая система с жидкостным охлаждением.

Замкнутая система подземных электропередач  с жидкостным охлаждением чаще всего используются в подводных конструкциях. Полая труба, внутри которой проложены проводники, наполнена изолирующей жидкости находящейся под давлением от 1200 до 2400 Па. Кроме того проводники уложены отдельно друг от друга, каждый помещён в отдельную трубку, наполненную изолирующей жидкостью и вдобавок обвёрнут высококачественной крафт-бумагой. Кроме того каждый проводник защищён оболочкой из сплава бронзы и свинца и пластиковой оболочкой.

Жидкость предотвращает электрические разряды, оболочка помогает спрессовывать жидкость, а пластиковая оболочка помогает удерживает жидкость от вытекания. Такая конструкция значительно снижает риск возникновения короткого замыкания, но является куда более дорогостоящей, чем конструкция, в которой проводники уложены в одной трубе.

Цельный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена

Подземная система электропередач, использующая цельный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) чаще называется цельным диэлектрическим кабелем. Плотный диэлектрический материал заменяет  сжатую жидкость или газ которыми наполнены кабеля трубного типа. Цельный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена соответствует национальному стандарту конструкций подземных линий электропередач с напряжением до 200 КВ.

Фото 2. Поперечный разрез цельного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Цельный кабель легче в обслуживании, но зато намного сложнее определить и предотвратить возможные пробои изоляции. Диаметр такого кабеля увеличивается, соответственно повышению напряжения. Для каждой подземной системы электропередач, необходимо три цельных кабеля, также как и в воздушных линиях. Они не помещаются в отдельные трубы, но прокладываются в бетонном мешке или закапываются подальше друг от друга. Каждый кабель состоит из медного или алюминиевого проводника и полупроводникового экрана, которые находятся в сердечнике кабеля. Изоляция из полиэтилена с межмолекулярными связями окружает сердечник. Снаружи кабель имеет металлическую оболочку и пластиковое покрытие. 

Для системы напряжением в 330 кВ используется 2 комплекта по 3 цельных кабеля, что необходимо по ряду причин, первая из которых – соответствие подземной системы электропередач воздушной системе. Такой дизайн снижает возможность пробоя одного из кабелей и укорачивает время, требующееся на восстановление электропитания.

Большинство случаев ремонта  подземных линий электропередач требуют больших временных затрат, нежели ремонт воздушных линий. Дублированная система кабелей, позволяет перекинуть питание на запасной кабель и заняться ремонтом повреждённого, что значительно снижает временные затраты на ремонт, но такая система требует больше пространства для установки.