Кабели с бумажной изоляцией представляют собой исторически сложившийся и долгое время доминирующий класс кабельной продукции для передачи электроэнергии на высокое и сверхвысокое напряжение. Несмотря на активное вытеснение современными аналогами с пластмассовой изоляцией, они до сих пор находятся в эксплуатации и в некоторых нишевых применениях остаются актуальными.
1. Конструкция и принцип действия
Конструкция такого кабеля представляет собой сложную многослойную систему, где каждый элемент выполняет критически важную функцию.
1. Токопроводящая жила
- Материал: Медь или алюминий.
- Строение: Однопроволочная (для малых сечений) или многопроволочная (для больших сечений и гибкости). Часто имеет сегментную (секторную) форму для экономии материалов и уменьшения общего диаметра.
2. Фазная (поясная) изоляция
- Материал: Кабельная бумага, пропитанная вязким масло-канифольным составом.
- Технология наложения: Бумажные ленты наматываются на жилу в несколько слоев (до 20 и более) с перекрытием. Толщина изоляции строго регламентирована и зависит от номинального напряжения кабеля.
- Принцип действия: Промасленная бумага обладает высокими диэлектрическими свойствами. Пропитка вытесняет воздух, предотвращая возникновение частичных разрядов, и отводит тепло от жилы.
3. Заполнитель
- Пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из бумаги или кабельной пряжей для придания кабелю круглой формы.
4. Оболочка
- Материал: Свинец (С), алюминий (А) или, реже, свинцовый сплав.
- Назначение:
- Герметизация — защита пропитанной бумажной изоляции от контакта с воздухом и влагой, что приводит к потере диэлектрических свойств.
- Защита от механических повреждений.
5. Защитные покровы (броня)
- Подушка под броню: Слой битума и крепированной бумаги, защищающий оболочку от коррозии и повреждения броней.
- Броня: Две стальные оцинкованные ленты (Б) или круглые стальные оцинкованные проволоки (К).
- Наружный защитный покров: Покров из битума, джута или ПВХ-шланга для защиты брони от коррозии.
2. Системы пропитки и давления
Это ключевое отличие, определяющее надежность кабеля на высокое напряжение.
- Кабели с вязкой пропиткой (МН — Маслонаполненные): Используется густой, нестекающий пропиточный состав. Рабочее напряжение — до 35-110 кВ. При нагреве состав расширяется, а при остывании сжимается, что может привести к образованию пустот (влагопоглащению) и пробою.
- Кабели низкого давления (МН — Маслонаполненные): Имеют центральный масляный канал. Поддерживается избыточное давление масла (0,5-3 атм), которое компенсирует тепловое расширение и сжатие изоляции, предотвращая образование пустот. Рабочее напряжение — 110-500 кВ.
- Кабели высокого давления (ВМ — Высокого давления): Оболочка кабеля помещается в стальную трубу, заполненную маслом под высоким давлением (до 15 атм). Это позволяет работать с напряжениями свыше 500 кВ.
3. Маркировка и расшифровка
Отечественная маркировка таких кабелей сложна и информативна.
Пример: АСБл — 1 — 10 — 3х120
- А — Алюминиевая жила (отсутствие буквы — медь).
- С — Свинцовая оболочка.
- Б — Броня из двух стальных лент.
- л — Под броней есть подушка, содержащая лавсановую ленту.
- 1 — Негорючий наружный покров.
- 10 — Номинальное напряжение, кВ.
- 3х120 — Три жилы сечением 120 мм² каждая.
Другие распространенные марки:
- СБ — Свинцовая оболочка, Броня.
- ААБл — Алюминиевая жила, Алюминиевая оболочка, Броня с подушкой.
- ОСБ — Однофазный, Свинцовая оболочка, Броня (для очень высоких напряжений).
4. Преимущества и недостатки
Преимущества:
- Проверенная временем надежность: Десятилетия успешной эксплуатации по всему миру.
- Высокая термостойкость: Длительно допустимая температура жилы +80°C, кратковременно до +90°C.
- Отличные диэлектрические характеристики: Высокая электрическая прочность пропитанной бумаги.
- Долгий срок службы: При правильной эксплуатации и обслуживании может достигать 40-50 лет и более.
- Эффективный теплоотвод: Масляная пропитка способствует отводу тепла от токоведущей жилы.
Недостатки:
- Трудоемкость монтажа и соединения: Требуется высокая квалификация персонала, специальные муфты (соединительные, концевые) и сложная технология монтажа для обеспечения герметичности.
- Ограниченная гибкость: Кабель жесткий, имеет большой радиус изгиба.
- Риск утечки масла: Нарушение герметичности оболочки приводит к подсосу влаги и выходу кабеля из строя.
- Пожароопасность: Бумага и пропиточный состав горючи.
- Сложность прокладки на вертикальных участках: Для кабелей с вязкой пропиткой требуется специальная арматура для предотвращения стекания состава.
- Экологические проблемы: Сложность утилизации, наличие свинца и масла.
5. Области применения
- Действующие кабельные линии 6-500 кВ: Несмотря на вытеснение, огромное количество таких кабелей до сих пор работает в городских сетях, на промышленных предприятиях и в энергосистемах.
- Магистральные линии электропередачи: Особенно кабели низкого и высокого давления для напряжений 110 кВ и выше.
- Подводные переходы: Бронированные кабели в свинцовой оболочке хорошо защищены от воды и механических воздействий.
6. Сравнение с современными аналогами (СПЭ-кабелями)
| Параметр | Кабель с бумажной изоляцией | Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) |
|---|---|---|
| Монтаж | Сложный, требует герметизации | Относительно простой |
| Термостойкость | +80°C (длит.) | +90°C (длит.) |
| Экологичность | Низкая (свинец, масло) | Высокая |
| Влагопоглощение | Критично, требует герметичной оболочки | Не критично, негигроскопичен |
| Пожароопасность | Горюч | Трудногорюч, с пониженным дымовыделением |
| Срок службы | 40-50 лет | 30-40 лет (прогнозируемый) |
| Стоимость | Выше (из-за металлоемкости) | Ниже |
7. Особенности монтажа и эксплуатации
- Транспортировка и хранение: Концы кабеля должны быть герметично запаяны. Барабаны должны храниться в закрытых помещениях.
- Прокладка: Требуется строгое соблюдение минимального радиуса изгиба. Запрещены резкие рывки и удары.
- Монтаж муфт: Это самый ответственный этап. Требуется:
- Специальная разделка конца кабеля («ступеньки» изоляции).
- Обеспечение абсолютной чистоты и сухости изоляции.
- Использование специальных заливочных или термоусаживаемых муфт, восстанавливающих герметичность и электрическое поле.
- Мониторинг: Для кабелей низкого и высокого давления необходим постоянный контроль давления масла.
Заключение
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией — это легендарная, проверенная временем технология, заложившая основу развития высоковольтной кабельной энергетики. Их надежность и долговечность не вызывают сомнений, что объясняет наличие огромного парка таких кабелей в действующих сетях.
Однако их век подходит к концу. Современным и перспективным стандартом стали кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), которые лишены многих врожденных недостатков бумажно-масляных систем. Они проще в монтаже, безопаснее и дешевле.
Таким образом, кабели с бумажной изоляцией сегодня — это в большей степени объекты для эксплуатации, реконструкции и постепенной замены, чем продукт для новых проектов. Знание их устройства и особенностей необходимо для обслуживания существующей инфраструктуры, но для строительства новых линий выбор однозначно делается в пользу современных полимерных технологий.
Комментарии