Кабели силовые 3-х жильные 10 кВ с бумажной изоляцией

Кабели силовые 3-х жильные 10 кВ с бумажной изоляцией: конструкция, применение и эксплуатация

Силовые кабели на напряжение 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией и тремя жилами представляют собой классическое, проверенное временем решение для стационарной прокладки в электрических сетях среднего напряжения. Несмотря на активное развитие полимерных изоляционных материалов, кабели с бумажной изоляцией сохраняют свою актуальность в ряде ответственных применений благодаря ряду уникальных эксплуатационных характеристик. Данная статья детально рассматривает конструктивные особенности, материалы, области применения, правила монтажа и эксплуатации кабелей марок СБ (свинцовая оболочка) и СЦ (алюминиевая оболочка) на напряжение 10 кВ.

Конструкция кабеля 10 кВ с бумажной изоляцией

Конструкция трехжильного кабеля 10 кВ с бумажной изоляцией является многослойной и включает в себя ряд обязательных элементов, каждый из которых выполняет критически важную функцию.

1. Токопроводящая жила

Жилы изготавливаются из медной или алюминиевой проволоки, соответствуют классу гибкости 1 или 2 (по ГОСТ 22483). Для сечений до 240 мм² включительно жилы, как правило, круглые, однопроволочные или многопроволочные. Для больших сечений (300 мм² и выше) с целью компактизации конструкции и уменьшения диаметра кабеля жилы выполняются секторной или сегментной формы. Это позволяет оптимально заполнить внутреннее пространство под общей оболочкой.

2. Фазная изоляция

Основным изоляционным материалом является кабельная бумага высокой плотности и чистоты, наложенная на жилу по технологии поясной или ролевой изоляции. Бумажная лента наматывается в несколько слоев с перекрытием. Толщина изоляции строго нормирована и зависит от номинального напряжения. Для 10 кВ толщина фазной изоляции составляет несколько миллиметров. После наложения бумажной изоляции жилы скручиваются (с заполнителями для сохранения круглой формы) в единый сердечник.

3. Пропитка изоляции

Сухая бумажная изоляция обладает недостаточными диэлектрическими свойствами для среднего напряжения. Поэтому собранный сердечник подвергается глубокой вакуумизации с последующей пропиткой вязким или маловязким пропиточным составом. Традиционно используется маслоканифольный состав или синтетические нестекающие пропитки. Пропитка заполняет поры в бумаге, значительно повышая электрическую прочность, теплопроводность и стойкость к частичным разрядам.

4. Поясная изоляция

Поверх скрученных и уже изолированных фазных жил дополнительно накладываются слои бумажной ленты – поясная изоляция. Она служит для укрепления сердечника и является дополнительным барьером между жилами и металлической оболочкой.

5. Металлическая оболочка

Это герметизирующий и механически защитный элемент, предохраняющий пропитанную бумажную изоляцию от проникновения влаги и воздуха. Существует два основных типа:

• Свинцовая оболочка (марка СБ): Обладает высокой коррозионной стойкостью, пластичностью, но значительным весом. Применяется в условиях агрессивных сред.
• Алюминиевая оболочка (марка СЦ): Легче и прочнее на разрыв, но требует защиты от электрохимической коррозии и специальных методов монтажа из-за меньшей гибкости.

6. Защитные покровы

Металлическая оболочка защищается от внешних воздействий рядом покровов:

• Подушка (прокладка): Битумизированная бумажная лента или крепированная бумага, наложенная поверх оболочки для предотвращения ее повреждения бронелентами и защиты от коррозии.
• Броня: Две стальные ленты, наложенные с перекрытием. Защищает кабель от механических повреждений (давление грунта, случайные раскопки).
• Наружный защитный шланг (покров): Волокнистые материалы (пропитанная кабельная пряжа, стеклопряжа) или полимерные материалы (полиэтилен, поливинилхлорид), наложенные поверх брони. Защищает броню от коррозии и обеспечивает необходимую стойкость к внешним условиям.

Основные технические характеристики и параметры

Кабели с бумажной изоляцией 10 кВ регламентируются стандартами ГОСТ 18410-73 (с алюминиевыми жилами) и другими межгосударственными стандартами. Ключевые параметры представлены в таблицах.

Таблица 1. Номинальные сечения токопроводящих жил и масса кабелей 10 кВ

Сечение жилы, мм²	Примерная масса кабеля СБ, кг/км	Примерная масса кабеля СЦ, кг/км	Допустимый длительный ток (Iдл) для кабеля в земле, А*
3×16	~3500	~2500	105
3×25	~4200	~3000	135
3×35	~4800	~3400	165
3×50	~5600	~3900	200
3×70	~6500	~4500	245
3×95	~7500	~5200	295
3×120	~8500	~5900	340
3×150	~9700	~6700	390
3×185	~11000	~7600	440
3×240	~13000	~9000	510

• Значения Iдл приведены ориентировочно для прокладки в земле (траншее) при температуре грунта +15°C, глубине прокладки 0.7-1.0 м и удельном тепловом сопротивлении грунта 1.2 К·м/Вт. Точные значения определяются по ПУЭ и расчетным методом с учетом всех условий прокладки.

Таблица 2. Электрические испытательные напряжения

Вид испытания	Напряжение, кВ	Продолжительность	Примечание
Испытание переменным напряжением промышленной частоты после изготовления	30	10 мин.	На заводе-изготовителе
Приемо-сдаточные испытания после монтажа	24 (6U0)	10 мин.	U0 = 6 кВ (фазное напряжение)
Эксплуатационные испытания в процессе эксплуатации	18 (4.5U0)	5 мин.	Проводятся периодически согласно нормам

Области применения и особенности прокладки

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией 10 кВ традиционно применяются для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках:

• Магистральные линии в сетях 6-10 кВ городов и промышленных предприятий.
• Вводы на подстанции и ГРУ.
• Питание мощных электроприемников (насосы, вентиляторы, компрессоры).
• Прокладка в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, каналах), по эстакадам и в производственных помещениях.
• Прокладка в земле (траншеях) при отсутствии агрессивных сред, блуждающих токов и значительных механических нагрузок, кроме усилий, связанных с давлением грунта.

Особенности монтажа:

• При прокладке необходимо соблюдать минимально допустимые радиусы изгиба: для кабелей с многопроволочными жилами – 15 наружных диаметров, с однопроволочными – 25 наружных диаметров.
• Монтаж должен производиться при положительных температурах без предварительного подогрева (как правило, не ниже 0°C). При отрицательных температурах требуется подогрев в тепляках.
• Особое внимание уделяется герметизации концевых и соединительных муфт. Нарушение герметичности приводит к подсосу влаги и воздуха в изоляцию, что вызывает ее старение и пробой.
• Кабели с бумажной изоляцией требуют соблюдения перепадов уровней по трассе прокладки. Для кабелей с вязкой пропиткой допустимый перепад уровней ограничен (обычно 15-25 м), чтобы предотвратить стекание пропиточного состава. Для кабелей с нестекающей пропиткой (типа МНС) это ограничение снимается.

Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ)

Преимущества кабелей с бумажной изоляцией:

• Высокая термическая и электрическая стабильность при длительной работе и перегрузках.
• Отличная стойкость к частичным разрядам и электрическому старению.
• Высокая надежность и большой опыт эксплуатации (более 100 лет).
• Меньшая чувствительность к локальным дефектам из-за многослойности изоляции.
• Хорошая ремонтопригодность в полевых условиях.

Недостатки кабелей с бумажной изоляцией:

• Большая масса и габариты по сравнению с кабелями на аналогичное напряжение с изоляцией из СПЭ.
• Сложность монтажа, необходимость квалифицированной установки герметичных муфт и концевых заделок.
• Ограничения по перепадам уровней (для вязкой пропитки).
• Пожароопасность при наличии наружных покровов из горючих волокнистых материалов (современные исполнения имеют негорючие покровы).
• Необходимость периодических эксплуатационных испытаний повышенным напряжением.
• Требовательность к условиям хранения (риск попадания влаги).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Почему до сих пор применяют бумажную изоляцию, если есть современные полимерные материалы?

Бумажная пропитанная изоляция обладает уникальным сочетанием свойств: высокая теплопроводность, стойкость к развитию деревьев старения, предсказуемое поведение при перегрузках и длительный подтвержденный ресурс (50 лет и более). В ответственных магистральных линиях, особенно с высокой нагрузкой и в условиях повышенных температур, это часто определяющий фактор. Кроме того, существует огромный парк уже проложенных кабелей, требующих ремонта и совместимого оборудования.

Вопрос 2: Как отличить кабель с нестекающей пропиткой (МНС) от кабеля с обычной пропиткой?

Кабель с нестекающей пропиткой (массой типа МНС) имеет в маркировке дополнительную букву «н» (например, СБн). Визуально при вскрытии оболочки масса будет более густой, воскообразной. Основное эксплуатационное отличие – отсутствие ограничений по перепаду уровней при прокладке, что делает его более универсальным.

Вопрос 3: Каковы основные причины выхода из строя кабелей с бумажной изоляцией?

Основные причины:

• Нарушение герметичности оболочки и муфт, приводящее к увлажнению изоляции.
• Механические повреждения брони и оболочки при раскопках.
• Коррозия металлической оболочки в агрессивных грунтах или при воздействии блуждающих токов.
• Термическое старение изоляции из-за длительных перегрузок.
• Ошибки при монтаже концевых заделок и соединительных муфт.

Вопрос 4: Как часто и каким образом проводятся эксплуатационные испытания таких кабелей?

Согласно ПТЭЭП и отраслевым нормам, кабельные линии 6-10 кВ с бумажной изоляцией должны подвергаться профилактическим испытаниям повышенным напряжением переменного тока. Периодичность – 1 раз в 2-3 года для линий, находящихся в эксплуатации более 15 лет, и 1 раз в 4 года для линий до 15 лет. Испытательное напряжение составляет 18 кВ (4.5U₀) продолжительностью 5 минут для кабелей 10 кВ. Цель – выявление развивающихся дефектов изоляции.

Вопрос 5: Можно ли прокладывать кабель СБ или СЦ в одном лотке/тоннеле с кабелями на напряжение до 1 кВ?

Да, такая прокладка допускается правилами, но с соблюдением условий. Кабели на напряжение выше 1 кВ (10 кВ) и ниже 1 кВ рекомендуется размещать в разных горизонтальных рядах лотков или эстакад с разделительными перегородками. При вертикальной прокладке кабели высшего напряжения, как правило, располагают выше кабелей низшего напряжения. Это делается для снижения риска механического повреждения и влияния в аварийных ситуациях.

Заключение

Силовые трехжильные кабели 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией остаются важным элементом инфраструктуры среднего напряжения. Их выбор оправдан для стационарной прокладки в условиях, требующих высокой надежности, длительного ресурса и устойчивости к тепловым воздействиям. Успешная эксплуатация на протяжении десятилетий возможна только при строгом соблюдении правил монтажа, квалифицированной установке муфт, регулярном проведении профилактических испытаний и диагностики. Понимание конструкции, принципов работы и «слабых мест» данного типа кабелей позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании, монтаже и обслуживании кабельных линий.