Кабели с бумажно-масляной изоляцией

Кабели с бумажно-масляной изоляцией представляют собой исторически сложившийся и до сих пор применяемый тип кабельной продукции для передачи электроэнергии на высокое и сверхвысокое напряжение (от 6 кВ до 500 кВ). Несмотря на появление современных аналогов, эти кабели остаются востребованными благодаря своей проверенной надежности и уникальным характеристикам.

1. Конструкция кабеля с бумажно-масляной изоляцией

Конструкция такого кабеля представляет собой сложную многослойную систему, где каждый элемент выполняет критически важную функцию.

1.1. Токопроводящая жила

• Материал: Медь или алюминий.
• Строение: Как правило, секторной или круглой формы. Для больших сечений может быть многопроволочной.
• Особенность: Часто выполняется с каналами для циркуляции масла, особенно в кабелях высокого напряжения.

1.2. Масляно-бумажная изоляция

• Бумажная лента: На основу из сульфатной целлюлозы наносится специальная пропитка. Лента наматывается на жилу в несколько слоев (до 20 и более для высоких напряжений) с перекрытием.
• Пропитка: Используется специальное минеральное масло (редко синтетическое) с высокой степенью очистки, обладающее высокими диэлектрическими свойствами.
• Назначение: Масло заполняет все поры и воздушные включения в бумаге, радикально повышая электрическую прочность изоляции и отводя тепло.

1.3. Экран по жиле

• Назначение: Выравнивание электрического поля вокруг жилы, предотвращение местных перенапряжений.
• Материал: Полупроводящая бумага или электропроводящая лента.

1.4. Герметичная оболочка

• Назначение: Удержание пропиточного состава и защита изоляции от воздействия влаги и воздуха.
• Материалы:
  • Свинец (С) или сплав свинца с сурьмой: Классический материал. Пластичен, коррозионно-стоек, но подвержен ползучести под собственным весом.
  • Алюминий (А): Более прочный и легкий. Не подвержен ползучести, но сложнее в монтаже (может треснуть при перегибе).
  • Латунь или медные сплавы (редко).

1.5. Защитные покровы

• Подушка под броню: Слой битума и крепированной бумаги или ПЭТ-лент для защиты оболочки от повреждения броней.
• Броня: Для защиты от механических повреждений.
  • Броня из стальных лент (Б): Защищает от сдавливания.
  • Броня из стальных оцинкованных проволок (К): Защищает от растягивающих усилий.
• Наружный защитный шланг: Изготавливается из поливинилхлорида (Шв) или полиэтилена (Шп). Защищает броню от коррозии.

2. Классификация и маркировка

Маркировка кабелей следует отечественной системе (ГОСТ):

• Маркировка жилы: Отсутствие «А» — медь, «А» — алюминий.
• Тип изоляции:
  • М — маслонаполненный (в стальном трубопроводе, высокого давления).
  • Ц — пропитка нестекающая (с вязким составом).
• Материал оболочки:
  • С — свинцовая.
  • А — алюминиевая.
• Броня и защита:
  • Б — броня из стальных лент.
  • К — броня из круглых стальных проволок.
  • Шв — защитный шланг из ПВХ.
  • Шп — защитный шланг из полиэтилена.
• Дополнительные обозначения:
  • л — под броней есть подушка, содержащая лавсановую ленту.
  • 2л — двойная лавсановая лента.
  • г — герметизация голой оболочки (для кабелей без брони).

Примеры марок:

• АСБл — Кабель с Алюминиевой жилой, в Свинцовой оболочке, Бронированный стальными лентами, с лавсановой лентой в подушке под броней.
• МВДТ — Маслонаполненный, среднего давления, с Двумя Тремя жилами в Трубопроводе.

3. Принцип работы и типы масел

Кабели делятся на две большие группы по режиму работы масла:

3.1. Кабели с низкой степенью обжатия (с нестекающей пропиткой)

• Принцип: Используется высоковязкий пропиточный состав (канифольно-масляный), который не стекает при изменении температуры и положения кабеля.
• Напряжение: До 35 кВ.
• Преимущества: Относительно простая конструкция, можно прокладывать на наклонных трассах.
• Недостатки: Более низкая электрическая прочность по сравнению с маслонаполненными.

3.2. Маслонаполненные кабели (с циркулирующим маслом)

• Принцип: Используется жидкое маловязкое масло. Кабель соединяется с компенсационными баками и маслопроводом. При нагреве от нагрузки масло расширяется и уходит в бак, при остывании — возвращается, предотвращая образование пустот (включений), которые могут привести к пробою.
• Типы:
  • Кабели низкого давления: Давление масла 0,5–3 атм. Могут быть однофазными в отдельной трубе или трехфазными.
  • Кабели высокого давления: Давление масва 12–15 атм. Всегда однофазные, прокладываются в стальном трубопроводе, который одновременно является резервуаром для масла.
• Напряжение: 110 кВ и выше.
• Преимущества: Максимальная электрическая прочность, возможность передачи огромных мощностей.
• Недостатки: Чрезвычайно сложная и дорогая система, требующая постоянного мониторинга.

4. Преимущества и недостатки

Преимущества:

1. Высокая электрическая прочность и надежность: Проверены десятилетиями эксплуатации. Являются эталоном для сетей сверхвысокого напряжения.
2. Отличная теплоотводящая способность: Масло эффективно отводит тепло от жилы, позволяя пропускать большие токи.
3. Долгий срок службы: При правильной эксплуатации могут служить 40–50 лет и более.
4. Устойчивость к термическим перегрузкам.

Недостатки:

1. Сложность монтажа и эксплуатации: Требуют высокой квалификации персонала. Монтаж соединительных и концевых муфт — сложный технологический процесс.
2. Ограничения по трассе: Кабели с нестекающей пропиткой имеют ограничение по перепаду высот из-за риска стекания масла.
3. Пожароопасность: Промасленная бумага и само масло горючи.
4. Экологические риски: Утечка масла при повреждении оболочки загрязняет почву и грунтовые воды.
5. Высокая стоимость: Дорогие материалы (свинец, медь) и сложная конструкция.
6. Необходимость постоянного мониторинга (особенно для маслонаполненных систем).

5. Области применения

• Стационарная прокладка в земле (траншеях), туннелях, кабельных коллекторах.
• Магистральные линии электропередачи 35–500 кВ.
• Вводы мощных трансформаторов и другого электрооборудования на подстанциях.
• Питание крупных промышленных предприятий.

6. Современное состояние и перспективы

Кабели с бумажно-масляной изоляцией сегодня активно вытесняются кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), которые не требуют сложной системы поддержания давления масла, проще в монтаже и экологически безопаснее.

Однако бумажно-масляные кабели не сдают позиций в нише:

• Сверхвысоких напряжений (220 кВ и выше), где технологии СПЭ еще развиваются.
• Реконструкции и ремонта существующих линий, где замена на новый тип кабеля экономически нецелесообразна.
• Объектов с высокими требованиями к долговечности и проверенной надежностью.

Заключение

Кабели с бумажно-масляной изоляцией — это «золотой фонд» высоковольтной кабельной энергетики. Они представляют собой вершину инженерной мысли прошлого века и продолжают надежно работать по всему миру. Их конструкция, основанная на простом, но эффективном принципе масляной пропитки бумаги, доказала свою состоятельность в самых тяжелых условиях.

Несмотря на активное наступление полимерных технологий, эти кабели еще долгие годы будут оставаться в строю, особенно на магистральных линиях, обеспечивая энергетическую безопасность целых регионов. Их эксплуатация требует глубоких знаний и ответственного подхода, что делает специалистов в этой области настоящими хранителями классических традиций электротехники.