Кабели силовые 10 кВ с бумажной изоляцией бронированные
Кабели силовые 10 кВ с бумажной изоляцией бронированные: конструкция, применение и технические аспекты
Кабели силовые на напряжение 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией и бронепокровом представляют собой классическое, проверенное временем решение для стационарной прокладки в электрических сетях среднего напряжения. Несмотря на появление полимерных аналогов (СПЭ, ПВХ), данные кабели сохраняют свою актуальность в ряде ответственных применений благодаря высокой электрической прочности, надежности и длительному сроку службы при соблюдении условий эксплуатации. Их основное назначение – передача и распределение электрической энергии в стационарных установках с изолированной или заземленной нейтралью.
Конструкция кабеля
Конструкция бронированного кабеля 10 кВ с бумажной изоляцией является многослойной и строго регламентированной. Каждый элемент выполняет критически важную функцию.
- Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия (А) или меди (М) секторной или круглой формы. Для кабелей на 10 кВ сечение жил начинается, как правило, от 25-35 мм². Секторная форма позволяет оптимизировать использование пространства внутри кабеля и уменьшить его общий диаметр.
- Фазная изоляция. На жилу послойно накладывается бумажная лента, пропитанная вязким маслоканифольным или синтетическим (полиизобутилен, полиэтилен) составом. Толщина изоляции строго нормирована в зависимости от номинального напряжения. Для 10 кВ она составляет несколько миллиметров. Пропитка необходима для исключения воздушных включений и обеспечения высокой электрической прочности.
- Поясная изоляция. Поверх изолированных фазных жил, скрученных в сердечник, также накладываются бумажные ленты. Ее задача – выравнивание электрического поля и дополнительная механическая защита.
- Заполнители. Пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из кабельной бумаги или кабельной пряжей для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
- Экран (оболочка) поверх изоляции. Обязательный элемент для кабелей на 6 кВ и выше. Выполняется из электропроводящей бумаги или полупроводящей ленты в сочетании с медной лентой или проволокой. Предназначен для создания равномерного радиального электрического поля, устранения поверхностных разрядов и отвода токов утечки.
- Внутренняя защитная оболочка (подушка под броню). Изготавливается из битума, полиэтилентерефталатной ленты, крепированной бумаги или ПВХ. Защищает металлическую броню от коррозии и предохраняет нижележащие элементы от механических повреждений бронепокровом.
- Бронепокров. Выполняется из стальных оцинкованных лент (Б) или стальных оцинкованных проволок (К). Ленточная броня (две ленты, наложенные с зазором) защищает от механических воздействий (сдавливания, ударов) при прокладке в земле. Проволочная броня (К) дополнительно придает кабелю высокую стойкость к растягивающим усилиям, что актуально для вертикальных и наклонных трасс.
- Наружный защитный покров (шланг). Наносится поверх брони для защиты от агрессивных сред (почвы, химикатов) и предотвращения коррозии бронепокрова. Выполняется из волокнистых материалов (пряжа, пропитанная битумом) или из поливинилхлоридного пластиката (В). Кабели с таким покровом маркируются как «Б» (бронированные) и «Бн» (бронированные с негорючим наружным покровом).
- Прокладка в земле (траншеях). Наиболее распространенный метод. Требует подготовки песчаной подушки, защиты кирпичом или сигнальной лентой. Глубина прокладки обычно не менее 0.7-1.0 м. Обязательно учитывается коррозионная активность грунта и наличие блуждающих токов.
- Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах. Предпочтительны кабели с негорючим наружным покровом (Бн). При групповой прокладке необходимо учитывать снижающие коэффициенты к допустимому току нагрузки.
- Прокладка по воздуху (по эстакадам, галереям). Допускается при отсутствии риска механических повреждений. Необходима защита от прямых солнечных лучей.
- Прокладка в воде. Используются кабели с проволочной броней и усиленными противокоррозионными покрытиями (СКл).
- Раскатка. Осуществляется с помощью специальных механизмов (лебедок, роликов) без нарушения допустимого радиуса изгиба (для бронированных кабелей 10 кВ обычно не менее 15-25 наружных диаметров).
- Соединение и ответвление. Выполняются только с помощью кабельных муфт – соединительных (С), концевых (К) и стопорных. Для кабелей с бумажной изоляцией используются чугунные, эпоксидные или свинцовые муфты. Процесс включает разделку конца кабеля (ступенчатую очистку изоляции), установку соединителя жил, восстановление изоляции с помощью бумажных роликов и лент, заполнение муфты изоляционной массой (масло- или канифольно-битумной) и герметизацию.
- Заделка концов. Концевые муфты (внутренние КВ и наружные КН) обеспечивают плавный переход от кабельной изоляции к воздушной, выравнивая электрическое поле. Обязательна установка оконцевателей.
- Тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ). Основной метод, позволяющий оценить степень старения и увлажнения изоляции по величине и зависимости tg δ от напряжения.
- Сопротивления изоляции (мегаомметром на 2.5-5 кВ).
- Распределения тока по жилам (для выявления перегрузок).
Маркировка и типы кабелей
Обозначение кабелей следует общепринятой системе. Основные марки, применяемые для напряжения 10 кВ:
| Марка кабеля | Расшифровка | Основная область применения |
|---|---|---|
| СБ | Свинцовая оболочка, Броня из стальных лент, наружный покров из волокнистых материалов. | Прокладка в земле (траншеях) при отсутствии растягивающих усилий и средней коррозионной активности. |
| СБн | Свинцовая оболочка, Броня из стальных лент, негорючий наружный покров. | Аналогично СБ, но с повышенной стойкостью к распространению горения. |
| СКл | Свинцовая оболочка, Броня из круглых стальных оцинкованных проволок, наружный покров из волокнистых материалов. | Прокладка в грунтах с повышенной коррозионной активностью, в воде, на вертикальных и наклонных участках трасс. |
| АСБ | Алюминиевая оболочка, Броня из стальных лент, наружный покров из волокнистых материалов. | Прокладка в земле, альтернатива СБ с более легкой и дешевой алюминиевой оболочкой. |
| ОСБ | Отдельная свинцовая оболочка на каждой фазе, общая Броня из стальных лент. (Кабель типа «МГ» — массивно-масляный). | Сети с особыми требованиями к надежности, протяженные магистрали, трассы с большими перепадами уровней. |
Области применения и условия прокладки
Кабели с бумажной изоляцией 10 кВ предназначены для стационарной прокладки. Основные способы:
Важнейшее ограничение: Монтаж кабеля должен производиться при положительной температуре окружающей среды (как правило, не ниже 0°C) без предварительного подогрева. При отрицательных температурах требуется подогрев в тепляках, так как бумажно-масляная изоляция теряет эластичность и может быть повреждена.
Технические характеристики и выбор сечения
Ключевые параметры определяются ГОСТ, ТУ и условиями эксплуатации.
| Сечение жилы, мм² | Медные жилы, А | Алюминиевые жилы, А |
|---|---|---|
| 50 | 165 | 125 |
| 95 | 240 | 185 |
| 150 | 310 | 240 |
| 240 | 390 | 300 |
Примечание: Точные значения зависят от конкретных условий: температуры земли, способа прокладки, количества работающих кабелей вплотную, допустимой температуры нагрева жил (+80°C для кабелей с вязкой пропиткой). Выбор сечения осуществляется по допустимому току нагрузки с учетом поправочных коэффициентов и по экономической плотности тока, а также проверяется на термическую стойкость к токам короткого замыкания.
Монтаж и соединение
Монтаж требует высокой квалификации персонала. Основные этапы:
Эксплуатация и диагностика
Эксплуатация включает регулярный контроль температуры кабеля, осмотр трасс, муфт и концевых заделок. Диагностика состояния бумажно-масляной изоляции проводится путем измерения:
Обнаружение дефектов (коронных разрядов, частичных разрядов) проводится с помощью рефлектометров и детекторов частичных разрядов.
Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ)
| Критерий | Кабель с бумажной изоляцией 10 кВ | Кабель с изоляцией из СПЭ 10 кВ |
|---|---|---|
| Срок службы | 40-50 лет и более (при соблюдении условий). | Более 30 лет (опыт эксплуатации меньше). |
| Чувствительность к температуре монтажа | Высокая (требуется подогрев при отрицательных температурах). | Низкая (допускается монтаж при отрицательных температурах). |
| Чувствительность к увлажнению | Крайне высокая. Нарушение герметичности оболочки ведет к выходу из строя. | Низкая. Влагопоглощение изоляции минимально. |
| Требования к квалификации монтажников | Очень высокие, особенно для монтажа муфт. | Средние, процесс монтажа муфт более технологичен. |
| Допустимая температура нагрева жилы | +80°C (для вязкой пропитки). | +90°C (длительно) и до +250°C при КЗ. |
| Экологичность | Использование масла, свинца требует специальных процедур утилизации. | Более экологичен при производстве и утилизации. |
| Стоимость | Зачастую ниже, особенно для сечений от 240 мм². | Выше на малых сечениях, сопоставима на больших. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Почему до сих пор применяют бумажную изоляцию, если есть современные полимеры?
Бумажно-пропитанная изоляция обладает исключительно высокой электрической прочностью, надежностью и долговечностью, подтвержденной многолетней (более 70 лет) практикой. Она менее чувствительна к локальным дефектам и дендритным образованиям, чем ранние полимеры. Экономически она часто выгоднее для больших сечений. В ряде проектов реконструкции также используется принцип унификации с существующей сетью.
2. Как определить, что кабель с бумажной изоляцией увлажнен?
Основной признак – рост тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и его нелинейный рост с увеличением испытательного напряжения. Также может снижаться сопротивление изоляции. Внешне на конце кабеля или в месте повреждения оболочки может наблюдаться вытекание пропиточного состава или его загустение.
3. Можно ли прокладывать кабели СБ и АСБ в одном кабельном канале с кабелями СПЭ?
Да, такая совместная прокладка допустима нормами. Однако при этом необходимо учитывать, что допустимые токовые нагрузки для каждой группы кабелей будут определяться по своим правилам с учетом взаимного нагрева. Также важно помнить о более строгих требованиях к противопожарным мероприятиям для кабелей с горючей волокнистой защитой.
4. Что такое «стопорная муфта» и где она ставится?
Стопорная муфта (СТ) устанавливается на кабелях с вязкой пропиткой при значительной разнице уровней по трассе (обычно более 10-15 метров). Она предотвращает стекание пропиточного состава в нижнюю часть кабельной линии, которое может привести к осушению изоляции в верхней части и повышению давления в нижней. Муфта создает барьер для перемещения состава.
5. Какой срок службы у правильно проложенного кабеля?
Номинальный срок службы, заложенный в стандартах, составляет 30 лет. Фактический срок службы при соблюдении условий прокладки, нагрузочного режима, отсутствии повреждений и регулярной диагностике может превышать 40-50 лет. Известны линии, находящиеся в эксплуатации более 60 лет.
6. Чем опасны блуждающие токи для таких кабелей?
Блуждающие токи (например, от рельсового электротранспорта) вызывают электрокоррозию металлических элементов кабеля – свинцовой или алюминиевой оболочки и стальной брони. Токи, выходящие из кабеля в землю, уносят ионы металла, приводя к быстрому локальному разрушению оболочки, ее perforation и последующему увлажнению изоляции. На трассах с такими рисками применяют катодную защиту или кабели с усиленными противокоррозионными покровами.
Заключение
Бронированные силовые кабели на 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией остаются важным элементом энергетической инфраструктуры. Их выбор обоснован в проектах, где приоритетом является проверенная надежность, долгий срок службы и экономическая эффективность на больших сечениях. Успешная эксплуатация напрямую зависит от правильного выбора марки кабеля в соответствии с условиями окружающей среды, квалифицированного монтажа с соблюдением температурного режима и технологии установки муфт, а также от регулярного проведения диагностических измерений для контроля старения изоляции. Понимание конструктивных особенностей, преимуществ и ограничений данных кабелей позволяет инженерам принимать взвешенные технические решения при проектировании и модернизации кабельных линий среднего напряжения.