Кабели силовые медные трехжильные с бумажной пропитанной изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты

Кабели силовые с медными жилами, бумажной пропитанной изоляцией и алюминиевой или свинцовой оболочкой представляют собой классическое и проверенное временем решение для передачи и распределения электроэнергии в сетях высокого и сверхвысокого напряжения. Несмотря на появление полимерных изоляционных материалов, данные кабели сохраняют свою актуальность для стационарной прокладки в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях и помещениях, особенно в условиях, требующих высокой надежности, долговечности и устойчивости к длительным перегрузкам.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля является многослойной и каждый слой выполняет строго определенную функцию. Основными элементами являются:

• Токопроводящая жила. Изготавливается из медной проволоки круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма жил применяется для уменьшения общего диаметра кабеля и экономии материалов оболочки. Жилы могут быть однопроволочными (для малых сечений) или многопроволочными (для больших сечений), соответствующие классам 1 и 2 по ГОСТ 22483.
• Фазная изоляция. Выполняется из кабельной бумаги ленточного типа, которая накладывается на жилу по спирали в несколько слоев. Бумага обладает высокой электрической прочностью и термостойкостью. Для обеспечения требуемой толщины изоляции в зависимости от номинального напряжения (6, 10, 20, 35 кВ и выше) используется различное количество слоев бумаги разной толщины.
• Заполнение межжильного пространства. Свободное пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из бумаги или кабельной пряжей. Это необходимо для придания кабелю округлой формы и механической стабильности.
• Поясная изоляция. Поверх скрученных изолированных жил также накладывается несколько слоев бумажных лент. Ее функция – дополнительное усиление электрической прочности и скрепление сердечника.
• Экран (оболочка) на жилу. На изоляцию каждой жилы может накладываться экран в виде полупроводящей бумаги или ленты. Он служит для выравнивания электрического поля и предотвращения возникновения частичных разрядов в воздушных включениях.
• Металлическая оболочка. Основная герметизирующая и механически защитная часть кабеля. Применяются два основных типа:
  • Свинцовая (С). Обладает высокой коррозионной стойкостью, пластичностью и герметичностью. Недостаток – значительный вес и чувствительность к вибрациям.
  • Алюминиевая (А). Более легкая и механически прочная, но требует специальных методов наложения и защиты от электрохимической коррозии.
• Защитные покровы. На металлическую оболочку последовательно наносятся:
  • Подушка (прокладка). Из битумизированной бумаги, крепированной бумаги или ПВХ-ленты для защиты оболочки от коррозии и повреждения броней.
  • Броня. Из стальных оцинкованных лент (Бл) или плоских проволок (Бп). Защищает кабель от механических повреждений (давление грунта, случайные удары).
  • Наружный защитный шланг. Изготавливается из волокнистых материалов (пряжа), пропитанных битумным составом, или из полимерных материалов (полиэтилен, ПВХ). Защищает броню от коррозии.

Система пропитки и классификация по режиму работы

Бумажная изоляция в обязательном порядке пропитывается вязким маслоканифольным или синтетическим составом. Это повышает электрическую прочность, устраняет воздушные включения и улучшает теплоотвод. В зависимости от вязкости пропитки и конструкции кабели делятся на три основных типа:

Классификация кабелей с бумажной изоляцией по типу пропитки

Тип кабеля	Вязкость пропитки	Конструктивная особенность	Допустимый уклон трассы	Основное применение
С нестекающей пропиткой (массой)	Высокая	Использование обедненной пропитки или добавление загустителей (полиизобутилен)	Не ограничен	Трассы со значительными перепадами высот (горная местность, высотные здания)
С вязкой пропиткой	Средняя	Стандартная пропитка маслоканифольным составом	Ограничен (как правило, не более 15-25 м по разности уровней)	Прокладка в земле на равнинных участках, в туннелях
Маслонаполненный (одно- или трехфазный)	Низкая (жидкое масло)	Наличие масляных каналов и поддержание избыточного давления масла специальными подпитывающими устройствами	Не ограничен (при условии поддержания давления)	Линии сверхвысокого напряжения (110 кВ и выше)

Номенклатура и маркировка

Маркировка кабелей с бумажной изоляцией осуществляется буквами и цифрами согласно ГОСТ 18410-73 и другим отраслевым стандартам. Основные обозначения:

• А – алюминиевая оболочка. Отсутствие буквы «А» обычно означает свинцовую оболочку.
• С – свинцовая оболочка. Указывается явно или подразумевается.
• Б – броня из стальных лент.
• Бн – броня из стальных лент с негорючим наружным шлангом.
• Шв – наружный защитный шланг из поливинилхлорида.
• Шп – наружный защитный шланг из полиэтилена.
• О – отдельная оболочка на каждой жиле. (Для кабелей на напряжение 35 кВ и выше).
• Ц – негорючий наружный покров.

Пример маркировки: СБлШв 3х240/25-10 кВ. Расшифровка: Кабель с свинцовой оболочкой (С), с броней из стальных лент (Бл), с наружным шлангом из ПВХ (Шв). 3 жилы сечением 240 мм², с нулевой жилой сечением 25 мм² (при наличии). Номинальное напряжение 10 кВ.

Области применения и условия эксплуатации

Кабели с бумажной пропитанной изоляцией предназначены для стационарной прокладки в электрических сетях с изолированной или заземленной нейтралью на переменное напряжение 1, 6, 10, 20, 35 кВ и выше частотой 50 Гц. Основные сферы применения:

• Магистральные линии в городских кабельных сетях.
• Вводы и распределительные сети на промышленных предприятиях.
• Питающие линии для мощного оборудования (насосы, вентиляторы, компрессоры).
• Прокладка в земле (траншеях) при условии отсутствия блуждающих токов и агрессивности грунтов.
• Прокладка в кабельных туннелях, коллекторах, по эстакадам и в помещениях.

Важные условия эксплуатации: Температура окружающей среды при прокладке в земле: от -15°С до +25°С (для кабелей в свинцовой оболочке) и от -20°С для кабелей в алюминиевой оболочке. Допустимая температура нагрева жил в длительном режиме: +80°С. При коротком замыкании: +200-250°С (в зависимости от конструкции).

Сравнительные преимущества и недостатки

Сравнение кабелей с бумажной изоляцией и кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ)

Критерий	Кабель с бумажной пропитанной изоляцией	Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ)
Допустимая температура нагрева	+80°C (длит.), +200-250°C (КЗ)	+90°C (длит.), +250°C (КЗ)
Стойкость к перегрузкам	Очень высокая благодаря высокой теплоемкости и термостойкости бумаги	Высокая, но ограниченная риском необратимого теплового расширения
Чувствительность к влаге	Критична. Нарушение герметичности оболочки ведет к резкому снижению электрической прочности и выходу из строя.	Низкая. Влагопоглощение изоляции минимально.
Монтаж и соединение	Сложный, трудоемкий процесс, требующий квалификации. Необходима разделка концов с ступенчатым срезом изоляции, установка концевых муфт (концевых заделок) и соединительных муфт для сращивания.	Относительно более простой. Требуется снятие изоляции и монтаж муфт, но без ступенчатой разделки.
Радиус изгиба	Большой (15-25 наружных диаметров кабеля)	Меньший (10-15 наружных диаметров кабеля)
Экологичность	Применение свинца и пропиточных составов требует специальных мер при утилизации.	Более экологичен при производстве и утилизации.
Срок службы	40-50 лет и более при соблюдении условий эксплуатации и монтажа.	Заявленный срок более 30 лет, требует подтверждения на практике.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабелей с бумажной изоляцией требует строгого соблюдения технологических инструкций. Ключевые этапы:

• Транспортировка и хранение: Барабаны должны храниться в закрытых помещениях или под навесом, в вертикальном положении. Запрещены сбрасывания и удары.
• Прокладка: Температура кабеля при прокладке без предварительного подогрева должна быть не ниже 0°C для кабелей в свинцовой оболочке и не ниже -20°C для кабелей в алюминиевой оболочке. При более низких температурах требуется подогрев в тепляках.
• Радиус изгиба: Должен строго соблюдаться согласно техническим условиям (обычно не менее 25 диаметров для многожильных кабелей на напряжение до 10 кВ и не менее 25-30 диаметров для кабелей 20-35 кВ).
• Монтаж муфт: Является наиболее ответственной операцией. Включает:
  • Ступенчатую разделку концов кабеля для выравнивания градиента электрического поля.
  • Тщательную герметизацию места соединения жил и изоляции.
  • Восстановление металлической оболочки, брони и защитных покровов.
  • Для кабелей на 35 кВ и выше часто требуется заполнение муфт маслом или специальным компаундом.
• Испытания после монтажа: Обязательным этапом является проведение высоковольтных испытаний выпрямленным напряжением (постоянным током) для проверки состояния изоляции и качества монтажа муфт.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем главное преимущество бумажной изоляции перед современной полимерной?

Главное преимущество – исключительная стойкость к длительным и повторяющимся тепловым перегрузкам. Бумажная изоляция, пропитанная маслом, обладает высокой теплоемкостью и не подвержена необратимому тепловому старению в той же степени, что некоторые полимеры. Это обеспечивает прогнозируемый и длительный срок службы в тяжелых эксплуатационных режимах.

Почему при прокладке в земле важно учитывать уклон трассы для кабелей с вязкой пропиткой?

При наличии значительного уклона (более допустимого) пропиточный состав под воздействием температуры и гравитации может стекать в нижнюю часть трассы. Это приводит к осушению изоляции в верхних точках, возникновению воздушных включений (возгоранию), резкому снижению электрической прочности и пробою. В нижних точках может создаться избыточное давление, приводящее к раздутию оболочки.

Как определить, что герметичность оболочки кабеля нарушена?

Косвенными признаками являются видимые вмятины, разрывы, следы коррозии на оболочке. При нарушении герметичности в бумажную изоляцию начинает проникать влага. При проведении высоковольтных испытаний постоянным током может наблюдаться нестабильность тока утечки, его рост, а также пробой при относительно низких напряжениях. Для точной диагностики используются методы локализации повреждений (импульсные рефлектометры, акустические детекторы).

Можно ли соединять кабели с бумажной изоляцией и кабели с изоляцией из СПЭ?

Да, такое соединение технически возможно с использованием специальных переходных муфт. Однако это решение требует тщательного инженерного расчета, так как соединяются кабели с разными диэлектрическими характеристиками, разной емкостью и допустимыми температурами. Монтаж должен выполняться высококвалифицированным персоналом.

Каковы основные причины старения и выхода из строя таких кабелей?

• Электротермическое старение: Постепенная деградация бумаги под длительным воздействием температуры и электрического поля.
• Нарушение герметичности оболочки: Коррозия, механические повреждения, вибрации приводят к увлажнению изоляции.
• Дефекты монтажа: Некачественная установка муфт и концевых заделок – наиболее частая причина отказов.
• Внешние воздействия: Повреждения брони при раскопках, воздействие блуждающих токов, химическая агрессия грунтов.

Существуют ли экологические альтернативы свинцовой оболочке?

Да, основная альтернатива – алюминиевая оболочка (А), которая широко применяется. Также ведутся разработки и применение оболочек из медных или полимерно-алюминиевых композитных лент, обеспечивающих полную герметизацию (так называемые «гладкие оболочки»). Однако свинец, благодаря своей идеальной пластичности и коррозионной стойкости, до сих пор остается материалом для ответственных участков сетей.