Кабели алюминиевые силовые с бумажной изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты
Кабели силовые с бумажной пропитанной изоляцией и алюминиевыми жилами представляют собой классическое решение для передачи и распределения электрической энергии в сетях напряжением от 1 кВ до 500 кВ. Несмотря на появление полимерных изоляционных материалов, данные кабели сохраняют свою актуальность для стационарной прокладки в земле, воде и кабельных сооружениях благодаря высокой электрической прочности, надежности и долговечности в условиях эксплуатации под высокой нагрузкой.
Конструктивные элементы кабеля
Конструкция кабеля является многослойной и каждый слой выполняет строго определенную функцию. Основные элементы включают:
- Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия марки АЕ или АВЕ (по ГОСТ 22483), круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма применяется для уменьшения диаметра кабеля и экономии изоляционных материалов. Жилы могут быть однопроволочными (для сечений до 625 мм², обычно до 35 кВ) и многопроволочными.
- Фазная бумажная изоляция. Наносится на жилу методом непрерывной концентрической обмотки лентами из кабельной бумаги, пропитанной вязким маслоканифольным или синтетическим составом. Толщина изоляции строго нормирована и зависит от номинального напряжения кабеля. Бумажная изоляция обладает высокой диэлектрической прочностью и термостабильностью.
- Заполнение межфазного пространства. Пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из бумажных прядей или бумажными жгутами в сочетании с кабельной пряжей для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
- Поясная изоляция. Поверх скрученных изолированных жил накладывается поясная изоляция из бумажных лент, аналогичных фазной изоляции, но обычно меньшей толщины. Она служит для дополнительного выравнивания электрического поля.
- Экран (для кабелей на напряжение 6 кВ и выше). Полупроводящая бумага или ленты накладываются поверх фазной изоляции каждой жилы и поверх поясной изоляции. Эти экраны предназначены для выравнивания электрического поля, устранения тангенциальных составляющих и снижения ионизационных процессов.
- Оболочка. Защищает изоляцию от воздействия влаги, механических повреждений и агрессивных сред. Для алюминиевых кабелей применяется, в основном, свинцовая (марка АСБ) или алюминиевая (марка ААБ) оболочка. Алюминиевая оболочка легче, прочнее и дешевле, но требует более аккуратного обращения при монтаже из-за меньшей гибкости.
- Защитные покровы. Включают подушку (прослойку из битума, крепированной бумаги, ПЭТФ-ленты), броню и наружный покров. Броня из стальных лент (марки АСБл, ААБл) или оцинкованных стальных проволок (АСБк, ААБк) защищает от механических воздействий. Наружный покров из битумного состава, джута или ПВХ-шланга предохраняет броню от коррозии.
- А – алюминиевая жила (первая буква).
- А – алюминиевая оболочка (вторая буква, если есть).
- С – свинцовая оболочка.
- Б – броня из двух стальных лент.
- К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок.
- л – под броней имеется лавсановая лента (вместо подушки из кабельной пряжи).
- 2г – двойная полимерная лента в качестве герметизатора.
- н – негорючий наружный покров.
- Шв – защитный шланг из поливинилхлорида.
- Шп – защитный шланг из полиэтилена.
- Магистральные линии электропередачи напряжением 110-500 кВ.
- Распределительные сети 6-35 кВ в городах и на промышленных предприятиях.
- Прокладка в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, включая трассы с наличием блуждающих токов (при соответствующем выборе защитных покровов).
- Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам и в помещениях.
- Прокладка через водные преграды (кабели с проволочной броней).
- Радиус изгиба. При прокладке необходимо соблюдать минимально допустимые радиусы изгиба: для многожильных кабелей в свинцовой оболочке – не менее 25 наружных диаметров; в алюминиевой оболочке – не менее 30 наружных диаметров. Для одножильных кабелей требования строже.
- Герметичность. Оболочка (особенно свинцовая) должна оставаться абсолютно герметичной на всех этапах монтажа и эксплуатации. Попадание влаги в бумажную изоляцию приводит к резкому снижению ее электрической прочности и старению.
- Температурный режим. Прокладка разрешена при температуре окружающего воздуха не ниже 0°C без предварительного подогрева. При более низких температурах кабель требует подогрева в закрытом помещении. Предельно допустимая температура нагрева жил при эксплуатации составляет +80°C для кабелей на напряжение до 10 кВ и +75°C для кабелей 20-35 кВ в нормальном режиме.
- Концевые и соединительные муфты. Для монтажа применяются специальные муфты (свинцовые, эпоксидные, натяжные). Технология их установки включает разделку концов кабеля с ступенчатой обрезкой изоляции, соединение жил, восстановление экранов, изоляции и герметизацию. Качество монтажа муфт является критическим фактором надежности всей линии.
- Контроль изоляции. В процессе эксплуатации обязателен регулярный контроль состояния изоляции путем измерения сопротивления изоляции мегомметром и проведения испытаний повышенным напряжением постоянного тока в сроки, установленные ПТЭЭП.
- Более высокая стойкость к длительным тепловым перегрузкам.
- Меньшая чувствительность к частичным разрядам в материале изоляции.
- Отработанная технология и долгая история эксплуатации, прогнозируемый ресурс (40-50 лет и более).
- Относительно низкая стоимость для высоковольтных линий большого сечения.
- Гигроскопичность изоляции, требующая абсолютной герметичности оболочки.
- Большая масса и меньшая гибкость, сложность монтажа.
- Ограничение по перепаду уровней.
- Необходимость применения специальных муфт и сложной технологии монтажа.
- Пожароопасность пропиточного состава (для кабелей с нестекающей пропиткой этот недостаток минимизирован).
Классификация и маркировка
Кабели классифицируются по нескольким ключевым признакам, что отражено в их маркировке по ГОСТ 18410-73 и другим нормативным документам.
Примеры марок: ААБл – кабель с алюминиевой жилой, алюминиевой оболочкой, броней из стальных лент и лавсановой лентой под броней; АСБ – кабель с алюминиевой жилой, свинцовой оболочкой и броней из стальных лент.
Область применения и условия эксплуатации
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией предназначены для эксплуатации в стационарном режиме. Основные сферы применения:
Важное ограничение: Прокладка по трассам с значительным перепадом уровней (более 15-25 м для кабелей с вязкой пропиткой) не допускается из-за стекания пропиточного состава и возникновения опасных механических напряжений в оболочках. Для таких трасс используются кабели с обедненной пропиткой или с изоляцией, стабилизированной давлением (газонаполненные или маслонаполненные).
Технические характеристики и параметры
Ключевые параметры регламентируются ГОСТ 18410-73 и конкретными ТУ. Основные из них представлены в таблицах.
Таблица 1. Допустимые токи нагрузки для кабелей с бумажной изоляцией на напряжение 1, 6, 10 кВ (пример для прокладки в земле)
| Сечение жилы, мм² | Допустимый длительный ток, А (1 кВ) | Допустимый длительный ток, А (6 кВ) | Допустимый длительный ток, А (10 кВ) |
|---|---|---|---|
| 50 | 165 | 155 | 145 |
| 95 | 240 | 225 | 215 |
| 150 | 300 | 280 | 265 |
| 240 | 385 | 360 | 340 |
| 400 | 505 | 470 | 445 |
Примечание: Точные значения зависят от марки кабеля, условий прокладки (температура грунта, удельное тепловое сопротивление), количества работающих кабелей в траншее и должны уточняться по ПУЭ 7 изд. и расчетным методикам.
Таблица 2. Испытательные напряжения для кабелей с бумажной изоляцией
| Номинальное напряжение кабеля, кВ | Испытательное напряжение постоянного тока, кВ (для приемо-сдаточных испытаний) | Длительность испытания, мин |
|---|---|---|
| 1 | 6 | 10 |
| 6 | 36 | 10 |
| 10 | 60 | 10 |
| 35 | 175 | 10 |
Особенности монтажа и эксплуатации
Монтаж кабелей с бумажной пропитанной изоляцией требует соблюдения специфических правил, обусловленных свойствами материалов.
Сравнение с кабелями с полимерной изоляцией
Выбор между бумажной и полимерной (СПЭ, ПВХ) изоляцией определяется технико-экономическим расчетом. Преимущества кабелей с бумажной изоляцией:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: Почему для высоковольтных линий (110 кВ и выше) до сих пор часто выбирают кабели с бумажной изоляцией, а не с сшитым полиэтиленом (СПЭ)?
Для напряжений 110 кВ и выше кабели с бумажной пропитанной изоляцией, особенно стабилизированные давлением (маслонаполненные), обладают проверенной надежностью и высокой стойкостью к развитию электрических деревьев. Их долгосрочное поведение в условиях высокой напряженности электрического поля хорошо изучено. Хотя СПЭ-кабели активно развиваются, для сверхвысоких напряжений бумажно-масляная изоляция часто остается выбором из-за большей электрической прочности и способности отводить тепло.
Вопрос 2: Каков главный признак повреждения герметичности оболочки кабеля с бумажной изоляцией?
Первичным признаком является падение давления в сигнальных или маслонаполненных кабелях. Для кабелей с вязкой пропиткой косвенным признаком может служить вытекание пропиточного состава в местах повреждения оболочки или муфт. При проведении измерений мегомметром наблюдается резкое снижение сопротивления изоляции, а при испытании повышенным напряжением постоянного тока происходит пробой.
Вопрос 3: Можно ли соединять кабели с алюминиевой и свинцовой оболочкой в одну линию?
Да, это технически возможно через специальную соединительную муфту, которая обеспечивает герметичный переход между разными типами оболочек. Однако при проектировании необходимо учитывать различие в механических и электрических характеристиках (радиус изгиба, индуктивное сопротивление), а также возможные электрохимические процессы при наличии электролита.
Вопрос 4: Как правильно выбрать тип брони для прокладки в земле?
Выбор зависит от механических нагрузок на трассе. Броня из стальных лент (Б) защищает от механических воздействий при прокладке в нормальных грунтах, от сдавливания. Броня из круглых стальных оцинкованных проволок (К) применяется при наличии растягивающих усилий (например, на участках с уклоном), в условиях возможных смещений грунта, а также при прокладке через водные преграды, так как она лучше противостоит растяжению.
Вопрос 5: Существуют ли «сухие» кабели с бумажной изоляцией?
Традиционная бумажная изоляция всегда требует пропитки для заполнения пор и повышения диэлектрической прочности. Однако существуют модификации: кабели с обедненной пропиткой (нестекающей), где используется специальный компаунд, и кабели с газонаполненной или маслонаполненной изоляцией, где бумага пропитана маслом под давлением. Они не являются «сухими» в прямом смысле, но решают проблему стекания пропитки на вертикальных участках.
Заключение
Алюминиевые силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией остаются важным элементом энергетической инфраструктуры, особенно в высоковольтных сетях. Их надежность, долговечность и устойчивость к нагрузкам проверены десятилетиями эксплуатации. Правильный выбор марки кабеля, строгое соблюдение норм проектирования, монтажа и эксплуатации, а также квалифицированное техническое обслуживание обеспечивают бесперебойную и экономичную передачу электроэнергии на протяжении всего срока службы, который может превышать 50 лет. Понимание конструктивных особенностей и физических принципов работы данного типа кабелей является необходимым для специалистов, занимающихся проектированием, строительством и эксплуатацией кабельных линий электропередачи.