Кабели бронированные самонесущие
Кабели бронированные самонесущие: конструкция, применение и технические аспекты
Бронированные самонесущие кабели представляют собой класс силовых кабелей, объединяющий в себе механическую защиту от внешних воздействий и возможность подвеса на опорных конструкциях без использования дополнительного несущего троса или канатной подвески. Их основное назначение – передача и распределение электроэнергии в сетях среднего и высокого напряжения (как правило, от 6 до 35 кВ, существуют конструкции и на более высокие напряжения) в условиях, требующих повышенной механической прочности и надежности. Ключевые области применения включают воздушные линии электропередачи (ВЛ), переходы через инженерные сооружения и водные преграды, прокладку в грунтах с повышенной опасностью механических повреждений, а также питание удаленных промышленных объектов.
Конструктивные особенности и состав элементов
Конструкция бронированного самонесущего кабеля является многослойной и включает в себя несколько обязательных компонентов, каждый из которых выполняет строго определенную функцию.
- Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия или меди, может быть однопроволочной (для небольших сечений) или многопроволочной. Форма жилы чаще всего секторная или круглая. Для кабелей на напряжение 10 кВ и выше жилы имеют экран в виде полупроводящего слоя, выравнивающего распределение электрического поля.
- Изоляция: Основным материалом является сшитый полиэтилен (XLPE), обладающий высокими диэлектрическими и температурными характеристиками (длительно допустимая температура жилы +90°C). Реже, для специфических задач, может применяться этиленпропиленовая резина (EPR).
- Экран по изоляции: Выполняется из электропроводящего материала (полупроводящий сшитый полиэтилен, экструдированный или в виде ленты) и предназначен для отвода тангенциальных составляющих электрического поля. Поверх экрана накладывается медная проволока или лента, выполняющая функцию заземляющего экрана и проводника для токов короткого замыкания.
- Поясная изоляция: Слой изоляционного материала (чаще всего ПВХ или полиэтилен), накладываемый поверх скрученных изолированных жил для формирования круглой формы кабеля и дополнительной защиты.
- Броня: Является определяющим элементом. Выполняется из стальных оцинкованных проволок (проволочная броня) или стальных оцинкованных лент (ленточная броня). Проволочная броня обеспечивает высокое сопротивление растягивающим усилиям, что критически важно для самонесущих кабелей, прокладываемых по воздуху. Ленточная броня в большей степени защищает от механических воздействий при прокладке в земле (давление, удары). В самонесущих конструкциях практически всегда применяется проволочная броня.
- Наружная оболочка: Защищает броню от коррозии и агрессивных воздействий окружающей среды. Материал – полиэтилен (PE) высокой плотности, обладающий стойкостью к ультрафиолету и атмосферным осадкам, или реже – ПВХ. Для кабелей, прокладываемых в земле, оболочка может иметь дополнительные защитные функции.
- Встроенный силовой элемент (несущий трос): В некоторых конструкциях, особенно для больших пролетов или высоких напряжений, внутри кабеля, в его центре или по центру скрутки, может быть интегрирован отдельный элемент из стальных или алюминиевых сплавов, принимающий на себя основную механическую нагрузку. Однако классический бронированный самонесущий кабель использует в качестве несущего элемента саму броню из стальных проволок.
- По номинальному напряжению: 6, 10, 20, 35 кВ. Существуют разработки на 110 кВ и выше.
- По материалу жилы: А – алюминий, отсутствие буквы в начале маркировки (или Cu) – медь.
- По типу изоляции: Пв – изоляция из сшитого полиэтилена (по ГОСТ 31996-2012).
- По типу наружной оболочки: Шв (шланг защитный из ПВХ) или Шп (шланг защитный из полиэтилена). Для самонесущих кабелей, эксплуатируемых на открытом воздухе, предпочтителен полиэтилен (Шп).
- По наличию несущего элемента: Иногда в маркировку добавляют «С» – самонесущий.
- Высокая механическая надежность: Броня защищает от случайных повреждений, вандализма, падения деревьев, натяжения в пролетах.
- Стойкость к растяжению: Возможность прокладки по воздуху на значительные пролеты без провисания и обрыва.
- Многофункциональность: Один и тот же кабель может быть использован для воздушной и подземной (в траншее) прокладки, что упрощает логистику и проектирование.
- Отсутствие необходимости в отдельном несущем тросе: Упрощает конструкцию подвеса, снижает ветровую и ледовую нагрузку на опоры.
- Коррозионная стойкость: Оцинкованная броня и полиэтиленовая оболочка обеспечивают длительный срок службы в агрессивных атмосферных условиях.
- Снижение потерь при передаче энергии: По сравнению с воздушными линиями (ВЛ) с неизолированными проводами, благодаря наличию экрана и изоляции, уменьшаются потери на корону и утечку.
- Высокая стоимость: Значительно дороже как голых проводов ВЛ, так и обычных силовых кабелей без брони.
- Большая масса и габариты: Требуют применения более прочных опор и специального оборудования для монтажа (натяжители, ролики).
- Сложность монтажа концевых муфт: Необходимость разделки брони и ее заземления, что увеличивает трудоемкость монтажных работ.
- Индуктивное сопротивление: Из-за наличия стальной брони (ферромагнитного материала) индуктивное сопротивление такого кабеля выше, чем у кабеля с алюминиевой броней или без нее, что может влиять на уровень токов КЗ и потери напряжения.
- Воздушные линии электропередачи 6-35 кВ: В стесненных условиях (проходы вдоль дорог, в лесных массивах), в районах с сложными климатическими условиями (гололед, сильный ветер), для ввода на территории промышленных предприятий.
- Переходы через инженерные сооружения: Через железные и автомобильные дороги, реки, овраги, где требуется повышенная механическая прочность и надежность.
- Питание удаленных объектов: Буровые установки, карьеры, горно-обогатительные комбинаты, где трасса может комбинировать воздушные и подземные участки.
- Сейсмически активные районы: Где требуется устойчивость линий к механическим деформациям.
Классификация и маркировка
Бронированные самонесущие кабели классифицируются по нескольким ключевым параметрам, которые отражаются в их маркировке согласно ГОСТ, ТУ или международным стандартам (МЭК).
По типу брони: К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок.
Пример маркировки: АПвПу-10 1х120/35-10 – Кабель с алюминиевой жилой (А), изоляцией из сшитого полиэтилена (Пв), в полиэтиленовой оболочке поверх брони (Пу), на напряжение 10 кВ, одножильный, сечение жилы 120 мм², сечение экрана по меди 35 мм², с несущей способностью, рассчитанной на пролет 10 метров.
Технические и механические характеристики
Эксплуатация бронированных самонесущих кабелей предъявляет высокие требования к их электрическим и, что особенно важно, механическим параметрам.
| Параметр | Единица измерения | Значение |
|---|---|---|
| Длительно допустимая температура жилы | °C | +90 |
| Максимальная температура при КЗ (до 5 сек) | °C | +250 |
| Минимальная температура монтажа без предварительного подогрева | °C | -20 |
| Сопротивление изоляции при +20°C | МОм·км | Не менее 1000 |
| Испытательное переменное напряжение промышленной частоты после монтажа | кВ / время | 16 / 15 мин. |
| Параметр | Единица измерения | Значение |
|---|---|---|
| Максимально допустимое растягивающее усилие (ДРУ) | кН | 40-60 (зависит от конструкции) |
| Рекомендуемое тяговое усилие при монтаже | кН | Не более 80% от ДРУ |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | мм | 15-20 x наружный диаметр кабеля |
| Расчетный пролет при заданном стреле провеса | м | 50, 70, 100, 150 (определяется проектом) |
| Масса кабеля | кг/км | ~3500-4500 |
Расчет механической прочности является обязательным этапом проектирования линии. Он включает в себя определение нагрузки от собственного веса кабеля, гололедных и ветровых нагрузок для конкретного климатического района, выбор допустимой стрелы провеса и, как следствие, определение максимальной длины пролета между опорами. Несущая способность обеспечивается стальными проволоками брони, сечение и количество которых рассчитываются под конкретные условия монтажа.
Преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными решениями
Преимущества:
Недостатки:
Области применения и особенности монтажа
Бронированные самонесущие кабели применяются в следующих ключевых сферах:
Особенности монтажа: Монтаж осуществляется на железобетонные или металлические опоры с использованием специальной арматуры: натяжных и поддерживающих зажимов, рассчитанных на конкретный диаметр и механическую нагрузку кабеля. Броня кабеля в конечных точках должна быть надежно заземлена. При прокладке в земле необходимо обеспечить песчаную подушку и защиту сверху плитами или сигнальной лентой, несмотря на наличие брони, чтобы избежать точечных продавливающих нагрузок от острых камней.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие самонесущего бронированного кабеля от кабеля в несущем тросе?
В кабеле в несущем тросе (типа СИП) механическую нагрузку несет отдельный элемент – стальной трос, вокруг которого скручены изолированные фазные жилы. В бронированном самонесущем кабеле несущим элементом является сама броня из стальных проволок, которая интегрирована в общую конструкцию и одновременно выполняет защитную функцию.
Можно ли использовать бронированный самонесущий кабель для прокладки в земле?
Да, это одно из его прямых назначений. Конструкция с проволочной или ленточной броней и наружной полиэтиленовой оболочкой предназначена для прокладки в траншеях. Однако при проектировании необходимо учитывать коррозионную активность грунта и возможные блуждающие токи.
Как правильно выбрать сечение жилы и механическую прочность кабеля?
Сечение жилы выбирается по стандартной методике: по допустимому току нагрузки, потерям напряжения и току короткого замыкания. Механическая прочность (требуемое ДРУ) определяется расчетом для конкретных условий трассы: длины пролетов, климатического района (ветер, гололед), высоты опор. Эти расчеты должны выполнять проектные организации.
Требуется ли заземление брони, и если да, то как его выполнить?
Да, броня подлежит обязательному заземлению с двух концов кабельной линии для обеспечения электробезопасности и отвода токов короткого замыкания. Заземление выполняется с помощью концевых муфт, в которых предусмотрены специальные контакты для подсоединения заземляющего проводника к броне и экрану.
Каков типичный срок службы такого кабеля?
Заявленный срок службы кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена и броней из оцинкованной стали при соблюдении условий эксплуатации и монтажа составляет не менее 30-40 лет.
Какой материал оболочки предпочтительнее для воздушной прокладки: ПВХ или Полиэтилен?
Для воздушной прокладки безусловно предпочтительна оболочка из полиэтилена (PE), особенно черного цвета, стабилизированного к воздействию ультрафиолетового излучения. ПВХ на открытом воздухе со временем теряет пластификаторы, «дубеет» и трескается.
Заключение
Бронированные самонесущие кабели являются высокотехнологичным и надежным решением для создания силовых линий в сложных условиях, сочетающих необходимость передачи электроэнергии на среднем и высоком напряжении с требованиями повышенной механической прочности и универсальности способа прокладки. Их применение требует тщательного проектного расчета как электрических, так и механических параметров, а также соблюдения специфических правил монтажа и заземления. Несмотря на высокую первоначальную стоимость, их использование часто оказывается экономически оправданным за счет снижения эксплуатационных расходов, повышения надежности и долговечности линии.