Кабели бронированные высоковольтные: конструкция, стандарты и применение
Бронированные высоковольтные кабели представляют собой класс силовых кабелей, предназначенных для передачи электроэнергии при напряжениях от 6 кВ и выше, конструкция которых включает специализированные защитные покровы (броню) для противодействия механическим воздействиям, растягивающим усилиям и внешним угрозам. Их применение критически важно на участках с повышенными рисками повреждения: в земляных траншеях (в том числе с наличием камней, строительного мусора), в условиях вибрации, в зонах с риском раскопок, в местах возможного проседания грунта, при прокладке по мостам, эстакадам, а также в условиях агрессивной внешней среды.
Конструктивные элементы бронированного высоковольтного кабеля
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим элементы от центра к периферии.
1. Токопроводящая жила
Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Для сечений от 16-25 мм² и выше, как правило, используется секторная или сегментная форма для компактности. Медь обеспечивает более высокую проводимость и механическую прочность, алюминий — меньший вес и стоимость.
2. Экранировка жилы
Обязательный элемент для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Представляет собой полупроводящий (электропроводящий) слой, наложенный экструзией поверх жилы. Выравнивает распределение электрического поля, устраняя локальные перенапряжения у поверхности жилы.
3. Изоляция
Основной диэлектрический барьер. В современных высоковольтных кабелях применяется сшитый полиэтилен (XLPE) или этиленпропиленовая резина (EPR). XLPE является доминирующим материалом благодаря отличным диэлектрическим свойствам, высокой термостойкости (длительно до +90°C) и стойкости к трекингу. EPR обладает большей гибкостью и стойкостью к частичным разрядам в условиях повышенной влажности.
4. Экранировка изоляции (экран)
Состоит из двух элементов: полупроводящего слоя и металлического экрана. Полупроводящей слой, аналогичный жильному, выравнивает поле у поверхности изоляции. Металлический экран (обычно из медных проволок или ленты) служит для замыкания емкостных токов, обеспечения симметрии электрического поля и выполнения функции защитного проводника при коротких замыканиях.
5. Поясная изоляция и разделительный слой
Поверх экрана накладывается поясная изоляция (обычно из ПВХ или PE) для защиты металлического экрана от коррозии и механического повреждения броней. Разделительный слой (например, битумизированная бумага, полимерная пленка) предотвращает непосредственный контакт брони с нижележащими слоями и облегчает снятие брони при монтаже.
6. Броня
Ключевой защитный элемент. Существует два основных типа:
- Ленточная броня: Выполняется из стальных оцинкованных лент, наложенных в два слоя с перекрытием. Защищает от механических воздействий (сдавливание, удары), но имеет ограниченную стойкость к растягивающим усилиям. Применяется в условиях, где не ожидается значительных растягивающих нагрузок.
- Проволочная броня: Выполняется из стальных оцинкованных проволок (круглых или плоских), наложенных поверх кабеля. Обеспечивает защиту как от механических повреждений, так и от значительных растягивающих усилий (при прокладке на вертикальных участках, по мостам, в шахтах).
- А – алюминиевая жила (отсутствие «А» означает медь).
- В – изоляция из поливинилхлорида (ПВХ).
- Пв – изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE).
- П – полиэтиленовая оболочка.
- В – ПВХ оболочка.
- Б – броня из стальных лент.
- К – броня из стальных круглых проволок.
- 2г – гидроизоляционный слой в виде алюмополимерной ленты.
- нг(A)-HF – нераспространяющие горение, категория A, безгалогенные (LSZH).
- ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 1, 3 и 6 кВ». Основной стандарт для кабелей до 35 кВ.
- ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-2:2005) «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 6 кВ до 30 кВ».
- ТУ 16.К71-335-2004 и аналогичные ТУ ведущих производителей на кабели 110-220 кВ.
- МЭК 60502 (IEC 60502) Серия международных стандартов для кабелей на напряжение до 30 кВ.
- МЭК 60840 (IEC 60840) «Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена и аксессуары для них на номинальное напряжение выше 30 кВ (Um = 36 кВ) до 150 кВ (Um = 170 кВ)».
- МЭК 62067 (IEC 62067) «Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена и аксессуары для них на номинальное напряжение выше 150 кВ (Um = 170 кВ) до 500 кВ (Um = 550 кВ)».
- ПУЭ 7-е издание Глава 2.3 «Кабельные линии напряжением до 220 кВ».
В агрессивных средах (кислые/щелочные грунты, солончаки, морская вода) может применяться броня из нержавеющей стали или оцинкованной стали с усиленным покрытием.
7. Наружный защитный шланг (оболочка)
Внешний полимерный слой (обычно из полиэтилена PE или поливинилхлорида PVC), защищающий броню от коррозии и агрессивного воздействия внешней среды. Для кабелей с негорючими характеристиками применяются оболочки из пониженной горючести (ПВХ пластикат пониженной пожарной опасности — ПВХ-нг) или безгалогенные композиции (LSZH).
Классификация и маркировка
Маркировка кабелей в РФ осуществляется согласно ГОСТ 31996-2012 и ТУ производителей. Основные буквенные обозначения:
Пример маркировки: АПвПуг 1х500/70-110 – кабель с алюминиевой жилой 500 мм², изоляцией из сшитого полиэтилена, броней из стальных круглых проволок, с медным экраном сечением 70 мм², на напряжение 110 кВ.
Области применения и выбор типа брони
Выбор конкретного типа бронированного кабеля определяется условиями прокладки и эксплуатации.
| Условия прокладки / Эксплуатационные требования | Рекомендуемый тип брони и особенности |
|---|---|
| Прокладка в земле (траншее) в обычных грунтах без камней, без риска растяжения | Ленточная броня (Б). Достаточная защита от давления грунта и случайных повреждений при раскопках. |
| Прокладка в каменистых грунтах, в зонах с высоким риском механических повреждений, в сейсмически активных зонах | Проволочная броня (К). Обеспечивает повышенную стойкость к продавливанию и вибрациям. |
| Прокладка по мостам, эстакадам, в вертикальных шахтах, подводные переходы | Проволочная броня (К). Критически важна для компенсации растягивающих усилий и собственного веса кабеля. |
| Агрессивные грунты (заболоченные, солончаки, с высокой химической активностью) | Броня из оцинкованной стали с усиленным покрытием или нержавеющей стали. Наружная оболочка из полиэтилена (П) как более химически стойкая, чем ПВХ. |
| Прокладка в туннелях, коллекторах, зданиях, где предъявляются требования по пожарной безопасности | Кабели с индексом «нг(A)-HF» или «нг(A)-LS». Броня может быть ленточной или проволочной, но все полимерные материалы должны быть негорючими и безгалогенными. |
Ключевые стандарты и нормативные документы
Особенности монтажа и эксплуатации
Монтаж бронированных высоковольтных кабелей требует соблюдения строгих правил.
Транспортировка и хранение
Барабаны должны перемещаться и храниться только в положении «на ребре». Запрещены сбрасывания и удары. Необходимо защищать кабель от попадания влаги на торец барабана.
Прокладка
Минимально допустимые радиусы изгиба регламентируются стандартами и зависят от диаметра кабеля и типа брони. Для кабелей с проволочной броней радиус, как правило, больше. При протяжке кабеля в траншее необходимо использовать ролики и направляющие, предотвращающие трение о грунт и зацепы. Запрещено превышать допустимое тяговое усилие, которое рассчитывается исходя из сечения жил и типа брони.
Заземление брони и экранов
Металлическая броня и экран подлежат обязательному заземлению с двух концов кабельной линии для обеспечения безопасности и нормальной работы защит. В схемах с большими длинами линий может применяться одноточечное или кросс-заземление для снижения потерь на циркулирующие токи.
Контроль и диагностика
После прокладки проводятся высоковольтные испытания постоянным напряжением (для кабелей до 35 кВ) или переменным напряжением очень низкой частоты (VLF). В процессе эксплуатации применяются методы диагностики: измерение частичных разрядов, диагностика изоляции методом возвратного напряжения (RVM), инфракрасный термоконтроль мест соединений.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между броней из лент и проволок?
Ленточная броня обеспечивает защиту преимущественно от радиальных нагрузок (сдавливание, удары). Проволочная броня, помимо этого, эффективно воспринимает осевые растягивающие нагрузки. Поэтому для ответственных трасс с риском растяжения (вертикальные участки, подвижные грунты) применяется исключительно проволочная броня.
Можно ли прокладывать бронированный кабель в земле без дополнительной защиты?
Да, бронированный кабель предназначен для прямой прокладки в земле. Однако для дополнительной защиты от агрессивных сред и механических повреждений при обратной засыпке рекомендуется укладка в траншее на подушку из песка и присыпка сверху песком перед закрытием грунтом. В зонах с высоким риском раскопок может потребоваться укладка сигнальной ленты или защитных плит.
Как правильно выбрать сечение экрана (заземляющего проводника) в высоковольтном кабеле?
Сечение экрана (медных проволок или ленты) нормируется стандартами и подбирается производителем исходя из тока короткого замыкания на землю в сети и его длительности. Обычно сечение экрана составляет от 16 до 95 мм² для средних напряжений и может достигать 120-150 мм² и более для кабелей 110 кВ и выше. При проектировании необходимо выполнить проверку по термической стойкости.
Требуется ли для бронированного кабеля с изоляцией XLPE дополнительная гидроизоляция?
Современные кабели с изоляцией XLPE считаются негигроскопичными. Однако для кабелей, прокладываемых в грунтах с высоким уровнем грунтовых вод, в подводных переходах, рекомендуется использовать конструкции с продольной герметизацией: заполнение промежутков в броне гидрофобным гелем или применение экрана и брони с полимерным покрытием. Маркировка таких кабелей часто включает индекс «2г» (алюмополимерная лента) или «п» (заполнение).
Каковы особенности монтажа муфт на бронированные кабели?
При монтаже соединительной или концевой муфты броня аккуратно удаляется на необходимую длину. Ключевой этап — обеспечение надежного электрического контакта и механической фиксации системы заземления брони и экрана. Для этого используются специальные заземляющие проводники, бандажи и коннекторы, входящие в комплект муфты. Место перехода от бронированного участка к муфте должно быть герметизировано для предотвращения проникновения влаги.
Как определить состояние брони при визуальном осмотре кабеля?
Необходимо осмотреть наружную оболочку на предмет глубоких вмятин, порезов, exposing брони. Наличие локальных вздутий оболочки может указывать на коррозию брони и выделение продуктов коррозии. Ржавые подтеки на поверхности кабеля — явный признак повреждения оболочки и начала коррозионного процесса. Кабель с такими дефектами требует вырезки поврежденного участка и монтажа ремонтной муфты.
Заключение
Бронированные высоковольтные кабели являются сложным инженерным продуктом, чья надежность определяется точным соответствием конструкции условиям прокладки и эксплуатации. Правильный выбор типа брони, материала изоляции и оболочки, а также строгое соблюдение норм монтажа и заземления — обязательные условия для создания долговечных и безопасных кабельных линий, обеспечивающих бесперебойное электроснабжение ответственных объектов. Постоянное развитие материалов (совершенствование композиций полимеров, покрытий брони) и методов диагностики позволяет повышать ресурс и эксплуатационную готовность этих критически важных элементов энергоинфраструктуры.