Кабели алюминиевые с бумажной изоляцией алюминиевой оболочкой

Кабели алюминиевые с бумажной изоляцией и алюминиевой оболочкой: конструкция, применение и эксплуатация

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией в алюминиевой оболочке представляют собой классическое решение для передачи и распределения электроэнергии в сетях высокого и среднего напряжения. Несмотря на появление полимерных изоляционных материалов, данная кабельная продукция сохраняет свою актуальность благодаря ряду уникальных эксплуатационных характеристик, проверенных десятилетиями использования в энергосистемах.

Область применения и классификация

Кабели данного типа предназначены для стационарной прокладки в электрических сетях на номинальное переменное напряжение 1, 6, 10, 20, 35 кВ частотой 50 Гц. Основные сферы применения включают в себя:

• Магистральные линии электропередачи в земле (траншеях) и кабельных каналах.
• Распределительные сети в городской инфраструктуре.
• Вводы на территории промышленных предприятий и крупных объектов.
• Прокладка в условиях повышенной пожароопасности, где требуется нераспространение горения.

Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам:

• По роду тока: переменное напряжение до 35 кВ, постоянное напряжение (при специальном исполнении).
• По материалу жилы: алюминиевая (А), однопроволочная или многопроволочная.
• По типу изоляции: бумажная пропитанная (обозначается в марке кабеля буквой «Б»).
• По материалу оболочки: алюминиевая (А).
• По наличию защитного покрова: голые (без брони, для прокладки в кабельных сооружениях), бронированные стальными лентами (Б) или оцинкованными проволоками (К).
• По виду пропитки: вязкая нестекающая пропитка (для трасс с большими перепадами уровней), обычная маслоканифольная пропитка.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия марки А5, А5Е или А7 по ГОСТ 22483. Для сечений до 240 мм² включительно жила может быть однопроволочной (одножильной). Для сечений от 300 мм² и выше, а также для кабелей, предназначенных для прокладки в условиях возможных смещений грунта или вибраций, жилы выполняются многопроволочными (скрученными из отдельных проволок). Класс гибкости обычно соответствует 1 или 2. Жилы имеют круглую форму. В трехжильных кабелях на напряжение до 6 кВ жилы могут быть секторной или сегментной формы для уменьшения общего диаметра и экономии материалов.

2. Фазная изоляция

Выполняется из кабельной бумаги (крепированной или гладкой) толщиной 80-160 мкм, наложенной на жилу в несколько слоев (от 10 до 20 и более слоев в зависимости от напряжения) по спирали с перекрытием. Бумажная лента пропитывается специальным составом на основе минерального масла и канифоли. После пропитки диэлектрические свойства изоляции значительно повышаются. Толщина изоляции нормирована и зависит от номинального напряжения кабеля.

3. Поясная изоляция

Поверх изолированных фазных жил, скрученных вместе с заполнением промежутков бумажным жгутом или жгутом из сульфатной бумаги, также накладывается поясная изоляция из бумажных лент. Ее функция – дополнительное выравнивание электрического поля и механическая защита фазной изоляции.

4. Оболочка

Алюминиевая оболочка (марка А5, А6, А7) служит для создания герметичного барьера, защищающего бумажную изоляцию от проникновения влаги и воздуха, а также для предотвращения стекания пропиточного состава. Оболочка выполняется методом прессования (горячего выдавливания) и имеет значительную механическую прочность. Толщина оболочки стандартизирована и зависит от диаметра кабеля под оболочкой.

5. Защитные покровы (броня и наружный покров)

Для защиты алюминиевой оболочки от коррозии и механических повреждений на нее накладываются защитные покровы. Конструкция зависит от типа кабеля:

• Кабели без брони (например, ААБл): Поверх оболочки накладывается подушка из битума и слоя пластиката ПВХ, затем защитный покров в виде поливинилхлоридного шланга или аналогичного материала.
• Бронированные кабели (например, ААБ, ААБ2г): Поверх оболочки наносится битумный состав, затем подушка из битумированной джуто-пеньковой пряжи или крепированной бумаги. Далее накладывается броня из двух стальных оцинкованных лент (ААБ) или оцинкованных стальных проволок (ААК). Поверх брони наносится наружный покров из битумированного джута или волокнистых материалов с обмазкой для защиты брони от коррозии. В современных исполнениях (индекс «2г» – «двойной гидроизоляции») применяются экструдированные полимерные шланги поверх брони.

Маркировка и обозначения

Марка кабеля формируется согласно ГОСТ 18410-73 и более поздних стандартов. Пример расшифровки марки ААБ2г-10 3х240:

• А – материал жилы: алюминий.
• А – материал оболочки: алюминий.
• Б – тип защитных покровов: броня из стальных лент.
• 2г – исполнение защитного покрова: «двойной гидроизоляции» (полимерный шланг).
• 10 – номинальное напряжение, кВ.
• 3х240 – количество и сечение основных жил, мм².

Другие распространенные марки: ААШв (алюминиевая жила, алюминиевая оболочка, броня из стальных оцинкованных проволок, поливинилхлоридный шланг), ААБл (алюминиевая жила, алюминиевая оболочка, броня из лент, без наружного покрова – «голый» для прокладки в кабельных сооружениях).

Технические характеристики и параметры

Электрические параметры

Основные электрические характеристики регламентируются ГОСТами и включают:

• Электрическое сопротивление жилы постоянному току при 20°C.
• Испытательное напряжение переменным током промышленной частоты после изготовления (например, для кабеля 10 кВ – 30 кВ в течение 10 минут).
• Емкость на единицу длины.
• Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) – ключевой показатель качества изоляции.

Таблица 1. Примерные данные по допустимому длительному току нагрузки для трехжильных кабелей 10 кВ, проложенных в земле (траншее)

Марка кабеля	Сечение жилы, мм²	Допустимый ток, А (при температуре земли +15°C)
ААБ2г, ААШв	3х50	165
	3х120	250
	3х240	365
	3х400	480

Механические и эксплуатационные параметры

• Минимальный радиус изгиба: При прокладке составляет 25-30 наружных диаметров кабеля для многожильных бронированных кабелей. Для одножильных кабелей с сечением жилы более 240 мм² – не менее 40 диаметров.
• Температурный режим: Допустимая температура нагрева жилы при длительной эксплуатации обычно составляет +80°C. При коротком замыкании (в течение не более 4 секунд) – до +200°C. Прокладка без предварительного подогрева допускается при температуре не ниже 0°C.
• Допустимые усилия тяжения: Регламентируются для различных сечений и способов прокладки. Например, для тяжения за жилы усилие не должно превышать 50 Н/мм² сечения для алюминиевых жил.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокая электрическая прочность и надежность: Бумажно-масляная изоляция обладает высокой стойкостью к частичным разрядам и старению при правильной эксплуатации.
• Длительный срок службы: При соблюдении условий прокладки и эксплуатации достигает 40-50 лет и более.
• Хорошая теплоотдача: Бумажная изоляция и пропиточный состав имеют удовлетворительную теплопроводность, что способствует эффективному отводу тепла от жилы.
• Устойчивость к внешним воздействиям: Алюминиевая оболочка и броня обеспечивают высокую механическую защиту и стойкость к грызунам.
• Относительно низкая стоимость: По сравнению с кабелями на напряжение 10-35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ).

Недостатки:

• Гигроскопичность изоляции: При повреждении оболочки бумажная изоляция быстро впитывает влагу, что приводит к резкому снижению электрической прочности и выходу кабеля из строя.
• Сложность монтажа: Необходимость тщательной герметизации концевых и соединительных муфт. Требуется специальное оборудование и квалификация персонала.
• Ограничения по трассе: Для кабелей с обычной пропиткой существуют жесткие ограничения по разности уровней на трассе из-за возможности стекания пропиточного состава.
• Пожароопасность: Бумага и пропиточный состав горючи, хотя в конструкции предусмотрены меры по нераспространению горения.
• Большие масса и габариты: По сравнению с полимерными аналогами аналогичного сечения и напряжения.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабелей с бумажной изоляцией требует строгого соблюдения технологических инструкций.

• Раскатка: Должна производиться с использованием роликов, не допуская механических повреждений оболочки и брони. Необходимо контролировать радиус изгиба.
• Подготовка концов: Перед установкой муфт производится ступенчатая разделка концов кабеля («елочка») с обязательной герметизацией среза изоляции для предотвращения утечки пропитки.
• Установка муфт: Применяются специальные соединительные и концевые муфты (стопорные, заполненные масло-битумным составом или компаундом). Критически важна качественная опрессовка гильз и герметизация всех элементов.
• Контроль изоляции: После монтажа обязательно измерение сопротивления изоляции мегомметром на 2500 В и проведение испытания повышенным напряжением выпрямленного тока.
• Эксплуатационный контроль: В процессе эксплуатации проводятся плановые измерения сопротивления изоляции, тангенса угла потерь, а также контроль температуры на критических участках.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: В чем принципиальная разница между кабелями ААБл и ААБ2г?

Ответ: Основное отличие – в конструкции защитного покрова. ААБл («голый») имеет поверх брони лишь покров из волокнистых материалов или ПВХ-пластиката без усиленной гидроизоляции. Он предназначен для прокладки в сухих и сырых кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, каналах), где нет риска механических повреждений и агрессивного воздействия грунта. ААБ2г имеет поверх брони экструдированный полимерный шланг (обычно из полиэтилена), что обеспечивает «двойную гидроизоляцию» и высокую стойкость к агрессивным грунтам и блуждающим токам. Он предназначен для прокладки непосредственно в земле (траншее).

Вопрос 2: Можно ли использовать кабель с обычной пропиткой на трассе с большим перепадом уровней?

Ответ: Нет, это недопустимо. При перепаде высот более 15-25 метров (точное значение зависит от напряжения и конструкции) для кабелей с вязкой пропиткой и более 5-15 метров для кабелей с обычной пропиткой возникает риск стекания пропиточного состава в нижнюю часть трассы. Это приводит к осушению изоляции в верхней части, резкому снижению ее электрической прочности, повышению диэлектрических потерь и перегреву, а также к повышению давления в оболочке в нижней части и ее возможному разрыву. Для таких трасс необходимо применять кабели с нестекающей пропиткой (обозначаются индексом «н» в марке, например, ЦААБн) или использовать стопорные муфты.

Вопрос 3: Как определить, что бумажная изоляция кабеля увлажнена?

Ответ: Основные признаки увлажнения:

• Снижение сопротивления изоляции, измеренного мегомметром, ниже нормируемых значений (например, менее 100 МОм для кабелей 10 кВ).
• Увеличение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) при проведении высоковольтных испытаний, особенно заметный рост при ступенчатом повышении напряжения.
• Нестабильность характеристик при повторных измерениях.
• Визуально, при вскрытии концевой муфты – наличие влаги, потемнение бумажных лент, потеря их механической прочности.

Вопрос 4: Каковы основные причины выхода из строя кабелей данного типа?

Ответ: Статистика отказов указывает на следующие основные причины:

• Дефекты монтажа концевых и соединительных муфт (плохая герметизация, ошибки при разделке) – до 60% отказов.
• Механические повреждения оболочки и брони при прокладке или последующих земляных работах с последующим увлажнением изоляции.
• Коррозия алюминиевой оболочки из-за повреждения защитных покровов и воздействия агрессивных сред или блуждающих токов.
• Старение изоляции при длительной перегрузке по току.
• Термомеханические повреждения из-за неучтенных перемещений грунта или вибраций.

Вопрос 5: Является ли алюминиевая оболочка достаточным экраном для кабелей на 6-10 кВ?

Ответ: Да, алюминиевая оболочка в кабелях с бумажной изоляцией выполняет функцию не только герметизирующего, но и экранирующего элемента. Она заземляется на концах линии и в соединительных муфтах, что обеспечивает симметрирование электрического поля вокруг жил, защиту от внешних электромагнитных влияний и безопасность для обслуживающего персонала. Для трехжильных кабелей на напряжение до 10 кВ отдельный экранирующий слой поверх фазной изоляции, как правило, не применяется. На напряжения 20 кВ и выше поверх фазной изоляции может накладываться полупроводящая бумага или лента для выравнивания поля.

Заключение

Кабели с алюминиевой жилой, бумажной пропитанной изоляцией и алюминиевой оболочкой остаются важным элементом кабельных сетей среднего и высокого напряжения. Их выбор оправдан для стационарной прокладки в стандартных условиях, особенно при ограниченном бюджете проекта и наличии квалифицированного персонала для монтажа и обслуживания. Ключевыми факторами надежной эксплуатации являются строгое соблюдение правил прокладки, качественный монтаж муфт и регулярный профилактический контроль состояния изоляции. При проектировании новых линий необходимо тщательно взвешивать преимущества и недостатки данной технологии по сравнению с современными кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена, учитывая особенности конкретной трассы, условия эксплуатации и долгосрочные затраты на обслуживание.