Кабели силовые с бумажной изоляцией

Кабели силовые с бумажной изоляцией: конструкция, свойства, применение

Силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ) представляют собой класс кабельной продукции, предназначенный для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. Несмотря на появление современных полимерных изоляционных материалов, кабели БПИ остаются незаменимыми для работы в высоковольтных сетях (напряжением 110 кВ и выше) благодаря уникальному сочетанию электрофизических характеристик, надежности и длительному сроку службы в условиях грамотной эксплуатации.

Конструкция силового кабеля с бумажной изоляцией

Конструкция кабеля БПИ является многослойной и включает в себя ряд обязательных элементов, каждый из которых выполняет критически важную функцию.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из меди или алюминия. Может быть однопроволочной (секторной или круглой) для сечений до 16-25 мм² или многопроволочной для больших сечений. Форма жилы (секторная или сегментная) применяется для оптимизации заполнения и уменьшения общего диаметра кабеля.

2. Фазная бумажная изоляция

Наносится на токопроводящую жилу методом непрерывной концентрической обмотки лентами кабельной бумаги. Бумага производится из сульфатной целлюлозы без добавления примесей, имеет высокую электрическую прочность и малую толщину (обычно от 80 до 150 мкм). Ключевой параметр – степень пропитки.

3. Пропитка изоляции

Обмотанная бумагой жила пропитывается вязким маслоканифольным или синтетическим (на основе полиизобутилена) составом. Пропитка заполняет все поры и воздушные промежутки в бумаге, резко повышая электрическую прочность изоляции и улучшая ее теплопроводность. Различают кабели с вязкой пропиткой (до 35 кВ) и кабели с осушенной или газонаполненной изоляцией (выше 35 кВ).

4. Поясная изоляция

Поверх скрученных изолированных жил накладывается общий слой бумажной изоляции, выравнивающий электрическое поле.

5. Оболочка

Защищает изоляцию от воздействия влаги, воздуха и механических повреждений. Основные типы:

• Свинцовая (С): Классический вариант, обеспечивает абсолютную герметичность, стойкость к коррозии, гибкость. Недостатки: большой вес, усталость металла при вибрациях.
• Алюминиевая (А): Более легкая и механически прочная, чем свинцовая. Требует защиты от электрохимической коррозии. Широко применяется в современных кабелях.
• Латунная: Используется в специальных кабелях, например, для нефтедобывающих установок.

6. Защитные покровы

Включают подушку (битумный состав, крепированная бумага, ПЭТФ-лента), броню (две стальные ленты или оцинкованные проволоки) и наружный защитный шланг (битумный состав, поливинилхлоридный пластикат, полиэтилен). Защищают оболочку от коррозии, механических и химических воздействий.

Классификация и маркировка

Маркировка кабелей БПИ осуществляется по ГОСТ 18410-73 и более поздним стандартам. Система обозначений буквенная.

Буква в марке	Значение	Пример марки
А	Алюминиевая жила (отсутствие – медь)	СБлШв, АСБ2лГ, ЦСП, ОСБ
СБ	Бумажная изоляция, свинцовая оболочка
АСБ	Бумажная изоляция, алюминиевая оболочка
л	Ленты лавсановые в подушке под броню
2л	Двойная лавсановая лента вместо подушки
Г	Отсутствие защитного покрова («голый»)
Шв	Защитный шланг из поливинилхлорида
Шп	Защитный шланг из полиэтилена
К	Броня из круглых оцинкованных проволок
Б	Броня из двух стальных лент
Ц	Бумажная изоляция, пропитанная нестекающим составом
О	Отдельная оболочка на каждой фазе (одножильные кабели)

Области применения и условия эксплуатации

Кабели БПИ предназначены для эксплуатации в стационарном положении. Основные сферы применения:

• Магистральные линии электропередачи напряжением 6-500 кВ.
• Распределительные сети в городах и на промышленных предприятиях.
• Прокладка в земле (траншеях), кабельных каналах, тоннелях, коллекторах, шахтах (при отсутствии блуждающих токов).
• Вертикальная и наклонная прокладка (для кабелей с нестекающей пропиткой – ЦСП, ЦАСП).
• В условиях повышенной пожароопасности (кабели в алюминиевой оболочке без горючих наружных покровов).

Важное ограничение: Кабели с вязкой пропиткой (СБ, АСБ) не допускается прокладывать на трассах с существенным перепадом уровней из-за возможного стекания пропиточного состава. Это приводит к снижению электрической прочности в верхней части и повышению давления в нижней, что чревато разрывом оболочки.

Сравнительные характеристики с кабелями с полимерной изоляцией (XLPE)

Параметр	Кабель БПИ	Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE)
Максимальное рабочее напряжение, U0/U	До 500 кВ и выше	До 220-500 кВ (технологии развиваются)
Допустимая температура жилы	До 80°C (длит.)	До 90°C (длит.)
Токовая нагрузка	Ниже из-за худшей теплопроводности изоляции	Выше на 10-20% при том же сечении
Чувствительность к влаге	Крайне высокая, требуется абсолютная герметичность оболочки	Низкая, но требуется защита от водяных деревьев
Монтаж	Требует спецмуфт, термообработки, сложнее	Проще, муфтирование легче, допустимы меньшие радиусы изгиба
Эксплуатация	Требует мониторинга давления масла (для МНК), контроля коррозии оболочки	Практически не требует обслуживания
Срок службы	40-50 лет и более (при соблюдении условий)	Более 30 лет (статистика набирается)
Стоимость	Выше, особенно для высоковольтных исполнений	Ниже для напряжений до 35 кВ, сравнима или выше на 110-220 кВ

Монтаж и соединение

Монтаж кабельных линий БПИ – ответственная операция, требующая высокой квалификации персонала. Основные этапы:

• Раскатка: Осуществляется с соблюдением минимально допустимых радиусов изгиба (кратно диаметру кабеля). Запрещены резкие изгибы и механические повреждения оболочки.
• Подготовка концов: Поэтапная разделка кабеля с ступенчатой обрезкой изоляции («конус»).
• Монтаж соединительных муфт: Муфты (соединительные, стопорные, ответвительные) обеспечивают электрический контакт, восстанавливают изоляцию и герметичность линии. Для кабелей с вязкой пропиткой требуется подогрев и вакуумирование для удаления воздуха и восстановления пропитки.
• Монтаж концевых муфт (заделок): Концевые заделки (эпоксидные, навинчиваемые) обеспечивают переход от кабельной изоляции к открытой воздушной части (шинному выводу).
• Испытания: Обязательны испытания повышенным напряжением постоянного тока (для БПИ) и измерение сопротивления изоляции перед вводом в эксплуатацию.

Перспективы и тенденции

Несмотря на конкуренцию со стороны полимерных кабелей, кабели БПИ сохраняют свои позиции в сегменте сверхвысоких напряжений (220 кВ и выше) благодаря отработанной технологии и прогнозируемой долговечности. Основные направления развития:

• Совершенствование пропиточных составов (нестекающие, синтетические).
• Развитие технологий мониторинга состояния кабельных линий (системы контроля давления масла, частичных разрядов, температуры).
• Применение новых материалов для оболочек и защитных покровов, повышающих коррозионную стойкость и срок службы.

Таким образом, силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией остаются критически важным элементом энергетической инфраструктуры, обеспечивая надежную передачу больших мощностей на высокое и сверхвысокое напряжение. Их выбор обоснован в проектах, где приоритетом является проверенная временем надежность, долгий срок службы и работа в тяжелых эксплуатационных условиях.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему бумажная изоляция до сих пор используется, если есть современные полимеры?

Бумажно-масляная изоляция обладает исключительно высокой электрической прочностью, стабильностью характеристик во времени и отличной теплопроводностью (масло отводит тепло). Для напряжений 110 кВ и выше, особенно в условиях длительной и интенсивной нагрузки, эти параметры часто являются определяющими. Накопленный многолетний опыт эксплуатации (более 50 лет) также играет роль.

2. В чем главный недостаток кабелей БПИ?

Главный эксплуатационный недостаток – гигроскопичность бумажной изоляции. При нарушении герметичности свинцовой или алюминиевой оболочки влага проникает в изоляцию, резко снижая ее электрическую прочность и приводя к пробою. Поэтому контроль целостности оболочки и качество монтажа муфт – первостепенны.

3. Что такое кабель с нестекающей пропиткой (ЦСП)?

Это кабель, пропитанный специальным загущенным составом на основе церезина или полиизобутилена. Данный состав не стекает при нагреве, что позволяет прокладывать кабель на трассах с большим перепадом уровней (до 100 м и более для напряжений до 10 кВ). Маркируются такие кабели буквой «Ц» (ЦСП, ЦАСП).

4. Как определить необходимость использования бронированного кабеля?

Бронирование (ленточное Б или проволочное К) применяется при прокладке в земле (траншеях) для защиты от механических повреждений грунтом, камнями, при раскопках. При прокладке в кабельных каналах, туннелях, по эстакадам, где механические воздействия исключены, допустимо применение кабелей без брони (например, с маркировкой «Г» – голый).

5. Почему для испытания кабеля БПИ используют постоянный ток, а не переменный?

Испытание повышенным напряжением постоянного тока позволяет выявить сосредоточенные дефекты в изоляции (порезы, проколы, включения) без нанесения вреда самой бумажно-масляной изоляции. Испытание переменным током промышленной частоты создает большую емкостную нагрузку, требует громоздкого оборудования и может «добить» ослабленную, но еще работающую изоляцию, запустив процесс необратимого старения.

6. Каков реальный срок службы кабеля БПИ?

Номинальный срок службы, заложенный в стандартах, составляет 30 лет. Однако на практике при соблюдении условий прокладки, эксплуатации (непревышение токовых нагрузок) и своевременном обслуживании кабельные линии БПИ могут надежно работать 50 и более лет. Это подтверждается эксплуатацией многих магистральных линий, введенных в строй в середине XX века.

7. В чем разница между кабелями СБ и АСБ?

Разница в материале герметичной оболочки. СБ – оболочка свинцовая, АСБ – алюминиевая. Алюминиевая оболочка легче, прочнее на разрыв, но менее гибкая и требует защиты от электрокоррозии при прокладке в земле (для этого применяют кабели с полиэтиленовым шлангом Шп). Свинцовая оболочка более инертна химически и пластична.