Кабели алюминиевые силовые 3-х жильные с бумажной изоляцией

Кабели алюминиевые силовые 3-х жильные с бумажной изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты

Кабели силовые с алюминиевыми жилами, бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой или алюминиевой оболочкой представляют собой классическое решение для передачи и распределения электрической энергии на средние и высокие напряжения. Несмотря на появление современных полимерных изоляционных материалов, данные кабели сохраняют свою актуальность в ряде ответственных и специфических областей энергетики благодаря ряду неоспоримых эксплуатационных преимуществ.

Область применения и нормативная база

Трехжильные кабели с бумажной изоляцией традиционно применяются для стационарной прокладки в электрических сетях на напряжение от 1 кВ до 35 кВ включительно, а также на более высокие напряжения (до 500 кВ в специальном исполнении). Типичные сферы использования:

• Магистральные линии в городских кабельных сетях 6-10 кВ.
• Вводы и распределительные устройства на промышленных предприятиях.
• Прокладка в земле (траншеях), кабельных каналах, тоннелях, коллекторах при условии защиты от механических повреждений.
• Прокладка в условиях повышенной пожароопасности, где требуется нераспространение горения.
• Установки с высокими требованиями к долговечности и стабильности параметров изоляции.

Основным нормативным документом, регламентирующим конструкцию и технические требования в РФ, является ГОСТ 18410-73 «Кабели силовые с бумажной изоляцией. Общие технические условия», а также серия более специфических стандартов (ГОСТ 7006-72, ГОСТ 18409-73 и др.).

Конструктивные элементы кабеля

Конструкция трехжильного кабеля с бумажной изоляцией является многослойной и включает в себя несколько обязательных элементов.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия марки АВЕ или А97 по ГОСТ 22483. Жилы могут быть однопроволочными (сечением до 16-25 мм²) или многопроволочными (круглыми или секторной/сегментной формы). Использование секторных жил позволяет оптимизировать заполнение внутреннего пространства кабеля, уменьшить его общий диаметр и массу. Для кабелей на напряжение 6 кВ и выше жилы могут иметь экран из полупроводящей бумаги или ленты для выравнивания электрического поля.

2. Фазная изоляция

Выполняется из кабельной бумаги высокой плотности (около 0,12 мм), наложенной по спирали в несколько слоев (от 4 до 12 и более в зависимости от номинального напряжения). Бумажная лента пропитывается вязким маслоканифольным или синтетическим (полиизобутилен, алкилбензол) составом. Пропитка обеспечивает высокую электрическую прочность, отводит тепло от жил и заполняет воздушные включения.

3. Заполнение межжильного пространства

Свободное пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из бумаги или кабельной пряжей. Это обеспечивает механическую стабильность конструкции и каналы для пропитки.

4. Поясная изоляция

Поверх скрученных изолированных жил накладывается общий поясной слой из бумажных лент. Его толщина также нормируется в зависимости от напряжения.

5. Металлическая оболочка

Предназначена для защиты изоляции от проникновения влаги и воздуха, а также для сохранения пропиточного состава внутри кабеля. Применяются два основных типа:

• Свинцовая оболочка (С): Изготавливается из свинцового сплава (чаще с добавками сурьмы, олова, меди). Обладает высокой коррозионной стойкостью, гибкостью и герметичностью. Недостаток — значительная масса и чувствительность к вибрациям.
• Алюминиевая оболочка (А): Более легкая и механически прочная, обладает лучшими антивибрационными характеристиками. Требует защиты от электрохимической коррозии. В последние десятилетия является предпочтительным вариантом.

6. Защитные покровы

В зависимости от условий прокладки поверх металлической оболочки накладываются:

• Подушка: Слой из битума, крепированной бумаги или ПЭТ-ленты для защиты оболочки от коррозии и повреждения броней.
• Броня: Две стальные ленты (Б) или круглые оцинкованные проволоки (К). Защищает кабель от механических повреждений.
• Наружный защитный шланг: Покров из волокнистых материалов (пряжа, пропитанная битумом) или полимерных материалов (полиэтилен, поливинилхлорид) для защиты брони от коррозии.

Маркировка и расшифровка обозначений

Марка кабеля формируется по буквенной системе, отражающей его конструкцию. Пример расшифровки марки АСБл 3х120-10:

• А — алюминиевая жила.
• С — свинцовая оболочка.
• Б — броня из двух стальных лент.
• л — под броней имеется подушка, в состав которой входит лавсановая лента.
• 3х120 — три жилы сечением 120 мм² каждая.
• 10 — номинальное напряжение 10 кВ.

Другие распространенные марки: ААБл (алюминиевая жила, алюминиевая оболочка, броня, лавсан), ААШв (алюминиевая жила, алюминиевая оболочка, броня из шланга ПВХ), СБ (свинцовая оболочка, броня без подушки).

Технические характеристики и выбор сечения

Ключевые параметры для выбора и эксплуатации кабеля включают номинальное напряжение, допустимый длительный ток нагрузки, потери, условия прокладки. Ниже приведена таблица с примерными данными для кабелей на 10 кВ.

Таблица 1. Характеристики кабелей ААБл на 10 кВ

Сечение жилы, мм²	Наружный диаметр, мм	Масса 1 км, кг	Допустимый длительный ток нагрузки (в земле), А	Сопротивление жилы при 20°C, Ом/км
3х50	55-60	3500-4000	165-175	0.641
3х95	65-70	5000-5500	230-245	0.337
3х150	75-80	6500-7200	290-310	0.214
3х240	85-90	8500-9500	365-390	0.133

Выбор сечения осуществляется по следующим критериям в соответствии с ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок):

1. По допустимому длительному току нагрузки (нагреву).
2. По потере напряжения.
3. По экономической плотности тока (для сетей выше 1000 В).
4. По термической стойкости к токам короткого замыкания.
5. По механической прочности (для кабелей выше 35 кВ).

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабелей с бумажной изоляцией имеет специфику, обусловленную свойствами пропитанной бумаги.

• Радиус изгиба: При прокладке минимально допустимый радиус изгиба нормируется. Для многожильных кабелей в свинцовой оболочке он составляет 15-25 наружных диаметров, в алюминиевой — 25-30.
• Разность уровней: Существует ограничение по допустимой разности уровней между верхней и нижней точками трассы (обычно 15-25 м для кабелей с вязкой пропиткой). При больших перепадах давления пропиточный состав может стекать в нижнюю часть, приводя к осушению изоляции в верхних точках и ее пробою. Для таких трасс применяют кабели с обедненной пропиткой или синтетическими заменителями.
• Концевые и соединительные муфты: Требуют высокой квалификации монтажников. Необходима тщательная ступенчатая зачистка изоляции («конус»), экранирование, герметизация. Используются чугунные, эпоксидные или современные термоусаживаемые муфты.
• Подготовка к включению: После прокладки кабели на напряжение 6 кВ и выше часто требуют сушки изоляции (например, током или горячим воздухом) для восстановления диэлектрических свойств, которые могли ухудшиться из-за гигроскопичности бумаги.

Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями с полимерной изоляцией

Преимущества:

• Высокая электрическая прочность и надежность в длительной эксплуатации (срок службы 40-50 лет и более).
• Отличные теплоотводящие свойства пропиточного состава и бумаги, что обеспечивает высокую допустимую токовую нагрузку.
• Устойчивость к тепловым перегрузкам и циклическим изменениям нагрузки.
• Низкие диэлектрические потери (tgδ) на переменном напряжении, особенно важно для сетей 110 кВ и выше.
• Высокая стойкость к распространению горения при групповой прокладке.

Недостатки:

• Гигроскопичность бумажной изоляции, требующая абсолютной герметичности оболочки и муфт.
• Сложность и трудоемкость монтажа, особенно концевых заделок.
• Большая масса и габариты по сравнению с XLPE-кабелями аналогичного напряжения и сечения.
• Ограничения по трассе прокладки (перепады уровней, радиусы изгиба).
• Необходимость контроля и обслуживания (например, измерение tgδ в процессе эксплуатации).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему до сих пор применяют бумажную изоляцию, если есть современные полимеры (XLPE)?

Бумажно-масляная изоляция обладает непревзойденной долговечностью и стабильностью параметров в условиях длительных (десятки лет) тепловых нагрузок и циклических изменений температуры. Для ответственных магистральных линий, реконструкции существующих сетей, а также в условиях повышенной пожароопасности ее надежность часто считается приоритетной.

2. Как определить, что кабель с бумажной изоляцией требует ремонта или замены?

Основные диагностические признаки: рост тока утечки и тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) при профилактических испытаниях повышенным напряжением; снижение сопротивления изоляции мегаомметром; локальный нагрев оболочки при тепловизионном обследовании; наличие свищей, коррозии или механических повреждений на оболочке.

3. Можно ли прокладывать кабель АСБ в воде?

Кабели со свинцовой оболочкой и усиленными защитными покровами (например, марки АСБ) могут прокладываться в водоемах при условии отсутствия динамических нагрузок. Однако для постоянной прокладки в агрессивных водах или с риском повреждения брони обычно применяют кабели с алюминиевой оболочкой и полиэтиленовым шлангом поверх брони (ААШп).

4. В чем разница между пропиткой маслом и нестекающим составом?

Маслоканифольная пропитка является вязкой, но при нагреве может стекать, что накладывает ограничения по разности уровней. Нестекающие (обедненные) пропиточные составы (типа МНС — маслонаполненная нестекающая) или синтетические заменители (полиизобутилен) лишены этого недостатка и позволяют прокладывать кабель на больших перепадах высот (до 100 м и более).

5. Как правильно хранить кабель с бумажной изоляцией до монтажа?

Кабель должен храниться на барабанах под навесом или в закрытом помещении, защищенном от прямых солнечных лучей и атмосферных осадков. Барабаны не должны лежать плашмя, их следует перекатывать каждые 3-6 месяцев для предотвращения стекания пропитки. Запрещено хранить кабель барабанами, установленными на торец.

6. Допустимо ли соединение алюминиевых жил таких кабелей с медными шинами или выводами оборудования?

Да, допустимо, но строго с применением специальных мер для предотвращения электрохимической коррозии. Необходимо использовать биметаллические (алюмомедные) наконечники, опрессованные или сваренные на жиле, которые затем болтовым соединением крепятся к медной шине. Место контакта рекомендуется покрывать токопроводящей пастой или кварцевазелиновой смазкой.

Заключение

Трехжильные силовые кабели с алюминиевыми жилами и бумажной пропитанной изоляцией остаются важным элементом энергетической инфраструктуры. Их выбор оправдан в проектах, где ключевыми критериями являются долговечность, устойчивость к тепловым нагрузкам, проверенная временем надежность и пожарная безопасность при групповой прокладке. Правильный подбор марки, сечения, соблюдение норм монтажа и эксплуатации позволяют обеспечить бесперебойную работу кабельных линий на протяжении многих десятилетий. При проектировании новых сетей необходим технико-экономический анализ, сравнивающий стоимость жизненного цикла бумажно-изолированных и сшито-полиэтиленовых кабелей, с учетом всех специфических условий трассы и требований заказчика.