Кабели силовые 220 кВ сечение 300 мм с бумажной изоляцией

Кабели силовые 220 кВ с бумажной изоляцией и сечением жилы 300 мм²: конструкция, применение и эксплуатация

Силовые кабели на напряжение 220 кВ с бумажной пропитанной изоляцией и сечением токопроводящей жилы 300 мм² представляют собой высоконадежное и проверенное временем решение для создания магистральных линий электропередачи в сетях высокого и сверхвысокого напряжения. Несмотря на развитие полимерных изоляционных технологий, кабели с бумажно-масляной изоляцией остаются востребованными для ответственных объектов благодаря своей исключительной электрической прочности, долговечности и стабильности параметров в тяжелых режимах работы.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция кабеля 220 кВ сечением 300 мм² является многослойной и сложной, каждый элемент которой выполняет критически важную функцию.

Токопроводящая жила

Жила сечением 300 мм² изготавливается, как правило, из медной или алюминиевой проволоки. Для данного сечения и класса напряжения чаще применяется медная жила, что обусловлено ее лучшей электропроводностью и механической прочностью, что важно для кабелей большой единичной длины и массы.

• Материал: Медь марки ММ (мягкая) по ГОСТ 859-2001 или алюминий марки А5, А7, А8Е по ГОСТ 13843-78.
• Форма: Круглая, секторная или сегментная. Для однофазных кабелей высокого напряжения обычно применяется круглая форма, обеспечивающая равномерность электрического поля.
• Строение: Многопроволочная, уплотненная. Состоит из множества проволок, скрученных в несколько слоев, что обеспечивает гибкость.

Экраны жилы

Для выравнивания электрического поля на поверхности жилы и предотвращения локальных перенапряжений накладываются полупроводящие экраны.

• Внутренний экран (полупроводящая оболочка): Выполняется в виде ленты из бумаги, пропитанной полупроводящим составом, или накладывается экструзией из полупроводящего материала. Обеспечивает плавный переход потенциала с проводника на изоляцию.

Бумажная изоляция и пропитка

Это ключевой элемент кабеля. Изоляция формируется путем многослойной концентрической намотки на жилу лент кабельной бумаги высокой плотности и чистоты.

• Толщина изоляции: Для кабеля 220 кВ суммарная толщина бумажной изоляции составляет порядка 18-22 мм, в зависимости от конкретной конструкции и стандарта.
• Пропитка: После намотки бумажная изоляция вакуумируется и пропитывается вязким или маловязким изоляционным составом (маслом). Часто используется масса на основе минерального масла, иногда с добавками для улучшения вязкостно-температурных свойств. Пропитка заполняет все поры в бумаге, резко повышая электрическую прочность и отводя тепло.

Экраны изоляции и металлическая оболочка

• Внешний экран (полупроводящий слой): Накладывается поверх изоляции аналогично внутреннему экрану для выравнивания поля.
• Металлическая оболочка: Поверх экранов накладывается герметичная оболочка, обычно из свинца (С), алюминия (А) или гофрированной стали. Для 220 кВ традиционно применяется свинцовая оболочка (марка кабеля – АСБ, если жила алюминиевая, или СБ, если медная). Она защищает изоляцию от увлажнения и механических повреждений, а также служит путем для тока в режиме КЗ.

Защитные покровы

Предназначены для защиты металлической оболочки от коррозии и механических воздействий при прокладке.

• Подушка: Битумный состав, крепированная бумага или полимерная лента, наложенные под броню для предотвращения повреждения оболочки.
• Броня: Из стальных оцинкованных лент (Бл) или проволок (Бн). Для кабелей 220 кВ, особенно при прокладке в земле, применяется броня из стальных оцинкованных проволок, обеспечивающая защиту от растягивающих усилий и механических воздействий.
• Наружный покров: Волокнистые материалы (пропитанная кабельная пряжа, стеклопряжа) или полимерный шланг (ПвШ, ПвБШ) для защиты брони от коррозии.

Основные электрические и эксплуатационные параметры (для кабеля 300 мм², 220 кВ)

Таблица 1. Характеристики кабеля 220 кВ сечением 300 мм²

Параметр	Значение / Описание	Примечание
Номинальное напряжение, U0/U (Um)	127 / 220 кВ (252 кВ)	U0 – напряжение между жилой и землей, U – между жилами, Um – максимальное рабочее
Сечение токопроводящей жилы	300 мм²	Фактическая площадь может иметь номинальное отклонение
Допустимый длительный ток в земле (грунт +15°С, тепл. сопр. 1.0 К·м/Вт)	~ 500 – 550 А	Зависит от конкретных условий прокладки (глубина, температура грунта, количество кабелей в траншее)
Допустимый длительный ток в воздухе (+25°С)	~ 600 – 650 А	Зависит от способа прокладки (в лотке, на воздухе, расстояние между кабелями)
Индуктивное сопротивление (XL)	~ 0.15 – 0.18 Ом/км	Зависит от расстояния между фазами и конструкции экранов
Емкостной ток (IC)	~ 10 – 15 А/км	Значительная емкость требует применения дугогасящих реакторов или продольной компенсации на длинных линиях
Сопротивление жилы постоянному току при +20°C (Rпост)	~ 0.0601 Ом/км (для меди) ~ 0.100 Ом/км (для алюминия)	Рассчитано по удельному сопротивлению
Испытательное напряжение промышленной частоты	~ 320 – 340 кВ (в течение 15-30 мин.)	Для приемо-сдаточных испытаний после монтажа
Вес кабеля	~ 15 000 – 20 000 кг/км	Зависит от толщины изоляции, типа оболочки и брони

Области применения и способы прокладки

Кабели 220 кВ сечением 300 мм² применяются для передачи больших мощностей на значительные расстояния в условиях, где строительство ВЛЭП невозможно или нецелесообразно.

• Подводные переходы через реки, озера, морские проливы.
• Вводы в крупные энергоузлы, подстанции и распределительные устройства (ГРЭС, ТЭЦ, узловые подстанции) в условиях стесненной городской застройки.
• Прокладка в агрессивных грунтах или районах с высокой вероятностью гололеда, ураганов, где воздушные линии ненадежны.
• Создание кольцевых сетей для повышения надежности электроснабжения мегаполисов и промышленных районов.

Способы прокладки: В траншеях (с песчаной подушкой и защитой кирпичом или плитами), в кабельных коллекторах и туннелях, по эстакадам, в кабельных каналах. Для прокладки требуются специальные механизмы для раскатки из-за большой массы кабеля.

Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабельных линий 220 кВ требует высокой квалификации персонала и использования специального оборудования.

• Раскатка: Осуществляется с помощью лебедок и роликов, не допускающих перегибов ниже минимально допустимого радиуса (обычно 15-25 наружных диаметров кабеля).
• Соединение жил: Выполняется с помощью соединительных муфт (соединительных, ответвительных). Концы жил обжимаются в медных или алюминиевых гильзах с помощью гидравлических прессов.
• Восстановление изоляции: В месте соединения жил формируется новая изоляционная конструкция, по электрическим характеристикам идентичная основной. Для кабелей с бумажной изоляцией используются свинцовые соединительные муфты, внутри которых восстанавливается бумажно-масляная изоляция, и вся конструкция герметично запаивается.
• Концевые заделки: Устанавливаются для плавного вывода электрического поля из кабеля и подключения к открытой части распределительного устройства (шинному выводу, разъединителю). Применяются концевые муфты (концевая разделка) открытого типа (для сухих помещений) или мачтового типа (для перехода на ВЛЭП).
• Вакуумирование и подпитка: После монтажа муфт кабельная линия подвергается длительному вакуумированию для удаления воздуха и влаги, после чего заполняется (подпитывается) маслом или изоляционной жидкостью из специальных подпиточных tanks, поддерживающих постоянное избыточное давление в линии.

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

Таблица 2. Сравнение с кабелями 220 кВ с изоляцией из СПЭ

Критерий	Кабель с бумажно-масляной изоляцией	Кабель с изоляцией из СПЭ
История применения	Очень длительная, отработанная технология, прогнозируемый ресурс > 40 лет.	Технология относительно новая (десятилетия), долговременная надежность в сетях 220 кВ все еще изучается.
Чувствительность к локальным дефектам	Меньшая. Бумажно-масляная изоляция более «прощающая» к точечным включениям.	Высокая. Дефект в изоляции из СПЭ может привести к развитию «водяного дерева» и пробою.
Токовая нагрузка	Выше при одинаковом сечении жилы благодаря лучшей теплопроводности масла по сравнению с полимером.	Обычно ниже на 10-15%.
Монтаж и соединение	Крайне сложный, длительный, требует высококвалифицированных кабельщиков и спецоборудования (вакуумные установки).	Относительно проще и быстрее, муфты монтируются механически.
Эксплуатация	Требует системы подпитки маслом и постоянного мониторинга давления. Риск утечек масла.	Не требует систем поддержания давления, практически не требует обслуживания.
Пожарная опасность	Выше (наличие большого количества горючего масла).	Ниже, но при горении выделяются ядовитые газы.
Радиус изгиба	Больше (менее гибкие).	Меньше (более гибкие).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему для кабеля 220 кВ выбрано именно сечение 300 мм²?

Сечение 300 мм² является экономически и технически оптимальным для многих проектов. Оно обеспечивает передачу значительной мощности (порядка 200 МВА на одну цепь) при разумных значениях потерь и тока короткого замыкания. Меньшие сечения могут не справляться с нагрузкой по току, а большие – резко увеличивают стоимость кабеля, сложность монтажа и создают проблемы с отводом тепла.

2. Каков главный недостаток бумажно-масляных кабелей 220 кВ?

Главный эксплуатационный недостаток – необходимость в сложной системе подпитки маслом (маслоподпиточные устройства, сигнализация давления) для поддержания избыточного давления в изоляции и компенсации температурных изменений объема масла. Разгерметизация оболочки ведет к увлажнению изоляции и выходу кабеля из строя.

3. Как осуществляется диагностика состояния такого кабеля в процессе эксплуатации?

Применяется комплекс методов:

• Постоянный мониторинг: Давления в системе подпитки.
• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ): Позволяет оценить степень старения бумажной изоляции и ее увлажнение.
• Частичный разряд (ЧР) диагностика: Локализация источников частичных разрядов, свидетельствующих о дефектах изоляции.
• Анализ газа в масле (DGA): Для кабелей с масляным наполнением также эффективен: появление газов (водород, ацетилен, метан) сигнализирует о тепловых или разрядных процессах внутри изоляции.

4. Какая максимальная длина строительной длины может быть у такого кабеля?

Максимальная длина барабана ограничена его массой и габаритами. Для кабеля 220 кВ сечением 300 мм² строительная длина обычно составляет от 300 до 700 метров. Более длинные отрезки требуют сварки оболочки и специальных условий транспортировки и монтажа.

5. Можно ли проложить такой кабель вертикально?

Да, но с существенными ограничениями. При вертикальной прокладке возникает значительный перепад гидростатического давления масла/пропитки по длине кабеля. Это требует применения специальных конструкций кабеля с обедненной пропиткой или использования кабелей с отдельно подводимым давлением масла (кабели типа HPOF – High Pressure Oil Filled) и специальных концевых муфт, рассчитанных на такие условия. Обычные кабели с вязкой пропиткой для вертикальной прокладки не рекомендуются.

6. Что означает маркировка «АСБУ 220 кВ 1х300»?

Расшифровка маркировки по ГОСТ или ТУ:

• А – алюминиевая жила (отсутствие буквы – медь).
• С – свинцовая оболочка.
• Б – броня из стальных оцинкованных лент (если «Бн» – броня из проволок).
• У – наружный покров из полимерного шланга (если «Г» – голый, без защитного покрова поверх брони).
• 220 кВ – номинальное междуфазное напряжение.
• 1х300 – одна жила сечением 300 мм² (кабель однофазный).

Таким образом, это однофазный кабель с алюминиевой жилой, свинцовой оболочкой, броней из стальных лент и полимерным шлангом поверх брони.