Кабели силовые одножильные с бумажной изоляцией бронированные: конструкция, применение и технические аспекты
Силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией бронированные являются классическим и проверенным временем решением для передачи и распределения электрической энергии на средние и высокие напряжения. Несмотря на появление полимерных аналогов, они сохраняют ключевые позиции в стационарных прокладках, особенно в условиях высоких требований к надежности, долговечности и стойкости к внешним воздействиям. Данный тип кабеля характеризуется многослойной конструкцией, каждый элемент которой выполняет строго определенную функцию.
Конструкция одножильного бронированного кабеля с бумажной изоляцией
Конструкция кабеля является сложной и включает в себя несколько обязательных элементов, наложенных концентрически вокруг токопроводящей жилы.
- Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия или меди, круглой или секторной формы. Для кабелей на напряжения выше 6 кВ жилы часто секторизированы для оптимального заполнения объема и снижения расхода материалов. Сечение жилы определяется токовой нагрузкой и может достигать 1000 мм² и более.
- Экран по жиле (для кабелей на напряжение 6 кВ и выше). Выполняется в виде ленты из электропроводящей бумаги или полупроводящего материала. Необходим для выравнивания электрического поля и предотвращения концентрации напряжений у неровностей поверхности жилы.
- Бумажная изоляция. Наносится на жилу или экран методом многослойной концентрической намотки лент кабельной бумаги, пропитанной вязким маслоканифольным или синтетическим составом. Толщина изоляции строго нормирована и зависит от номинального напряжения кабеля (например, 1.2 мм для 10 кВ). Бумага обладает высокой электрической прочностью и термостабильностью.
- Экран по изоляции (для кабелей на напряжение 6 кВ и выше). Аналогичен экрану по жиле. Вместе с экраном по жиле образует коаксиальную систему, обеспечивающую радиальное распределение электрического поля в изоляции.
- Металлическая оболочка. Располагается поверх экрана по изоляции. Выполняется из свинца, алюминия или их сплавов. Основные функции: герметизация изоляции, защита от проникновения влаги и внешних воздействий, а также обеспечение пути для токов утечки в случае пробоя. Для одножильных кабелей является обязательным элементом.
- Защитный покров под броней. Включает в себя подушку (прослойку) из битума, крепированной бумаги или ПЭТ лент, и наружную оболочку из битума. Защищает металлическую оболочку от коррозии и механических повреждений броней.
- Броня. Выполняется из стальных оцинкованных лент (две ленты, наложенные с зазором) или стальных оцинкованных проволок (для кабелей, подверженных растягивающим нагрузкам). Броня обеспечивает механическую защиту от сдавливания, ударов и грызунов.
- Наружный защитный покров. Наружный слой из пропитанной кабельной пряжи, джута, стеклопряжи или полимерных материалов. Защищает броню от коррозии. Часто имеет наружную меловую посыпку для облегчения размотки.
- По материалу жилы: А – алюминий, отсутствие буквы – медь.
- По типу изоляции: Б – бумажная пропитанная.
- По материалу оболочки: С – свинцовая, А – алюминиевая.
- По типу брони: Б – броня из двух стальных лент, К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок.
- По наружному покрову: Шв – наружный покров в виде шланга из ПВХ, Шп – из полиэтилена, Г – голый (без наружного покрова поверх брони).
- По номинальному напряжению: 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 35 кВ.
- Магистральные линии распределительных сетей 6-35 кВ.
- Вводы электроэнергии на промышленные предприятия, в крупные здания и сооружения.
- Прокладка в земле (траншеях) при наличии блуждающих токов, в грунтах с высокой коррозионной активностью (при соответствующем выборе защитных покровов).
- Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам.
- Установка в местах с повышенным риском механических повреждений.
- Напряжение: Определяет толщину и конструкцию изоляции.
- Токовая нагрузка: Определяет минимальное сечение жилы по нагреву с поправкой на условия прокладки (температура грунта, количество кабелей в траншее).
- Условия прокладки: Наличие механических воздействий определяет тип брони (ленты или проволоки). Коррозионная активность среды влияет на выбор наружного покрова.
- Экономический фактор: Включает стоимость кабеля, монтажа и эксплуатации.
- Раскатка: Осуществляется с помощью кабельных роликов без нарушения целостности оболочек. Минимально допустимые радиусы изгиба нормированы (например, 25 наружных диаметров для свинцовой оболочки при одножильном исполнении).
- Соединение жил: Выполняется с помощью соединительных муфт (свинцовых, эпоксидных, чугунных). Жилы соединяются сваркой, пайкой или механическим сжимом. Изоляция восстанавливается ступенчато с использованием бумажных роликов и липкой ленты, после чего муфта заполняется изоляционным компаундом.
- Оконцевание: Выполняется с помощью концевых муфт (наружной или внутренней установки) или кабельных вводов в оборудование. Ключевая задача – обеспечить плавный переход электрического поля с кабеля на воздушную изоляцию и надежную герметизацию.
- Герметизация: Все концы кабеля до монтажа муфт должны быть защищены от увлажнения временными герметизирующими колпачками.
- Измерение сопротивления изоляции: Мегаомметром на 2500 В. Для кабелей на 10 кВ сопротивление должно быть не менее 100 МОм.
- Испытание повышенным напряжением выпрямленного тока: Стандартная процедура после монтажа и в процессе эксплуатации. Для кабеля 10 кВ испытательное напряжение составляет 60 кВ в течение 10 минут.
- Контроль степени увлажнения изоляции: Осуществляется измерением тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) или абсорбционным методом (коэффициент абсорбции).
- Мониторинг нагрузки: Контроль температуры кабеля и нагрузки для предотвращения перегрева и ускоренного старения изоляции.
- Преимущества:
- Высокая долговечность (свыше 40 лет при правильной эксплуатации).
- Отличная электрическая прочность и стойкость к частичным разрядам.
- Хорошая теплостойкость и высокая допустимая температура жилы (до 80°C в длительном режиме).
- Надежная герметизация свинцовой оболочкой.
- Хорошо изученное поведение в эксплуатации.
- Недостатки:
- Трудоемкий и требующий высокой квалификации монтаж.
- Большой вес и габариты.
- Ограничения по трассе прокладки (перепады уровней) из-за стекания пропитки.
- Пожароопасность при нарушении герметичности и доступе кислорода.
- Сложность утилизации.
Классификация и маркировка
Кабели классифицируются по нескольким ключевым признакам, что отражено в их буквенно-цифровой маркировке по ГОСТ или ТУ.
Пример маркировки: АСБл-10 – Кабель с алюминиевой жилой, бумажной изоляцией, в свинцовой оболочке, с броней из двух стальных лент, с наружным покровом, на напряжение 10 кВ.
Области применения и способы прокладки
Одножильные бронированные кабели с бумажной изоляцией предназначены для стационарной прокладки в электрических сетях переменного напряжения частотой 50 Гц. Основные сферы применения:
Важное замечание по прокладке одножильных кабелей: При протекании переменного тока вокруг каждой жилы возникает переменное магнитное поле. В случае прокладки в стальном трубопроводе или при замкнутом стальном броневом покрове по всей длине это приводит к значительным потерям на вихревые токи и перегреву. Поэтому для одножильных кабелей применяют специальные методы прокладки: «в разделанку» (жилы разных фаз разнесены и зафиксированы), использование немагнитных спиралей или разделительных прокладок между бронелентами, а также применение кабелей с броней из немагнитных материалов (алюминий) для больших сечений.
Технические характеристики и выбор кабеля
Выбор кабеля осуществляется на основе расчета нормального и аварийного режимов работы сети с учетом условий прокладки.
Таблица 1. Основные электрические параметры кабелей на напряжение 10 кВ
| Сечение жилы, мм² | Допустимый длительный ток нагрузки, А (для прокладки в земле) | Сопротивление жилы при 20°C, Ом/км, не более | Емкость, мкФ/км |
|---|---|---|---|
| 50 | 165 | 0.62 (Al) / 0.37 (Cu) | 0.33 |
| 120 | 250 | 0.258 (Al) / 0.153 (Cu) | 0.40 |
| 240 | 360 | 0.125 (Al) / 0.0742 (Cu) | 0.46 |
Таблица 2. Сравнение типов оболочек
| Тип оболочки | Материал | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|
| С | Свинец | Гибкость, коррозионная стойкость, простота изготовления | Большой вес, ползучесть под нагрузкой, экологические ограничения |
| А | Алюминий | Меньший вес и механическая прочность, отсутствие ползучести | Меньшая гибкость, сложность монтажа концевой разделки |
Критерии выбора:
Монтаж, соединение и оконцевание
Монтаж бумажных кабелей требует высокой квалификации персонала из-за необходимости сохранения герметичности. Основные этапы:
Эксплуатация, испытания и диагностика
Эксплуатация включает в себя периодический контроль и испытания для оценки состояния изоляции.
Преимущества и недостатки по сравнению с полимерными аналогами (XLPE)
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем обусловлена необходимость использования экрана по изоляции в кабелях на 6 кВ и выше?
Экран (заземляемый) выравнивает электрическое поле в изоляции, делая его радиально-симметричным. Без экрана силовые линии поля концентрировались бы на неровностях, что приводило бы к локальным перегревам, частичным разрядам и быстрому старению изоляции. Также экран обеспечивает безопасность при касании оболочки, отводя емкостные токи на землю.
Почему для одножильных кабелей обязательна металлическая оболочка, а для трехжильных иногда допускается ее отсутствие?
Металлическая оболочка в одножильных кабелях служит не только для герметизации, но и является экранирующим элементом, замыкающим на себя магнитное поле токов жилы. В трехжильных кабелях при симметричной нагрузке суммарное магнитное поле близко к нулю, поэтому в некоторых конструкциях (например, с пластмассовой изоляцией) от металлической оболочки можно отказаться, заменив ее экранами по жилам.
Как правильно выбрать тип брони для прокладки в траншее?
Для стандартных условий прокладки в траншее без значительных растягивающих усилий и смещений грунта применяется броня из двух стальных оцинкованных лент (тип «Б»). Если кабель прокладывается в зонах с возможными подвижками грунта, на крутых склонах или через водные преграды, где возможны растягивающие нагрузки, необходимо использовать броню из стальных оцинкованных проволок (тип «К»).
Каковы основные причины выхода из строя бумажно-масляной изоляции?
Основные причины: увлажнение изоляции вследствие нарушения герметичности оболочек или муфт; тепловое старение из-за длительных перегрузок; электрическое старение под воздействием рабочих и перенапряжений; коррозия и механические повреждения оболочек и брони; ошибки при монтаже соединительных и концевых муфт.
Допустима ли прокладка таких кабелей в воздухе (по фасадам, эстакадам)?
Да, допустима, но с учетом следующих факторов: необходимость защиты от прямых солнечных лучей (может потребоваться дополнительный кожух), учет более низкой допустимой токовой нагрузки при прокладке в воздухе по сравнению с прокладкой в земле (лучшие условия охлаждения в земле), а также обеспечение надежного крепления, исключающего механические напряжения. Кабели с наружным покровом «Шв» (ПВХ шланг) лучше подходят для таких условий.
Как бороться с коррозией свинцовой оболочки в агрессивных грунтах?
Для защиты применяют кабели с усиленным наружным покровом (например, тип «АСБл» — с подушкой, броней и наружным покровом с повышенными защитными свойствами). Дополнительно может применяться катодная защита, прокладка в трубах с заливкой битумом, а также использование кабелей с алюминиевой оболочкой, которая более стойка к некоторым видам химической коррозии.