Кабели силовые 10 кВ с бумажной изоляцией

Кабели силовые 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией: конструкция, применение и эксплуатация

Кабели силовые на напряжение 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией представляют собой классический тип кабельной продукции, который на протяжении десятилетий составляет основу кабельных сетей среднего напряжения. Несмотря на активное развитие полимерных изоляционных материалов, данные кабели сохраняют свою актуальность в ряде ответственных применений благодаря ряду уникальных эксплуатационных характеристик.

Конструкция кабеля 10 кВ с бумажной изоляцией

Конструкция кабеля является многослойной и строго регламентирована ГОСТ 18410-73 «Кабели силовые с бумажной изоляцией». Каждый элемент выполняет критически важную функцию.

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной (марка СБ) или алюминиевой (марка АСБ) проволоки. Жилы могут быть однопроволочными (секторной или круглой формы) или многопроволочными (круглой формы), что обеспечивает гибкость кабеля большого сечения.
• Фазная изоляция: На токопроводящую жилу спирально накладываются ленты кабельной бумаги, пропитанной вязким маслоканифольным или синтетическим составом. Толщина изоляции строго нормирована в зависимости от номинального напряжения. Для 10 кВ используется изоляция толщиной 3.0 мм (медь) или 3.5 мм (алюминий).
• Поясная изоляция: После скрутки изолированных жил в сердечник, на него также накладываются несколько слоев бумажных лент, выравнивающих поверхность и обеспечивающих дополнительную электрическую прочность.
• Заполнители: Пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из бумажных или кабельной пряжи для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
• Экран: Поверх поясной изоляции накладывается экран из электропроводящей бумаги или полупроводящей ленты. Его функция – выравнивание электрического поля и предотвращение возникновения частичных разрядов.
• Металлическая оболочка: Герметичная оболочка, защищающая изоляцию от проникновения влаги и воздуха. Выполняется из свинца (марки СБ, АСБ), алюминия (марки СБГ, АСБГ) или гофрированной стали (марки СБП, АСБП). Свинцовая оболочка обладает высокой коррозионной стойкостью и пластичностью, алюминиевая – меньшим весом и механической прочностью, стальная – максимальной стойкостью к механическим повреждениям.
• Защитные покровы: Включают подушку (битумный состав, крепированная бумага, ПЭТ лента), броню и наружный покров. Броня выполняется из стальных лент (тип «Б») или оцинкованных стальных проволок (тип «К»). Наружный покров – джут, пропитанный битумом, или поливинилхлоридный шланг (для кабелей в алюминиевой или стальной оболочке).

Классификация и маркировка

Маркировка кабелей формируется согласно ГОСТ и отражает ключевые конструктивные особенности.

• А – алюминиевая жила (отсутствие буквы означает медную жилу).
• СБ – кабель с бумажной пропитанной изоляцией и свинцовой оболочкой.
• СБГ – то же, с алюминиевой оболочкой («Г» – голый, без защитных покровов).
• СБП – с алюминиевой оболочкой и защитным покровом («П» – покров).
• О – отдельная оболочка на каждой жиле (одножильные кабели).
• Б – броня из стальных лент.
• К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок.
• Шв – наружный покров в виде поливинилхлоридного шланга.
• Шп – наружный покров в виде полиэтиленового шланга.

Пример: АСБ-10 кВ 3х120 – кабель с алюминиевой жилой, бумажной изоляцией, свинцовой оболочкой, броней из стальных лент, наружным покровом из джута, на напряжение 10 кВ, трехжильный, сечением 120 мм².

Технические и эксплуатационные характеристики

Эксплуатация кабелей с бумажной изоляцией имеет специфические ограничения и требования, обусловленные свойствами пропитанной бумаги.

• Допустимая температура нагрева жил:
  • В длительном режиме: +80°C
  • При коротком замыкании (не более 4 сек): +200°C (медь), +200°C (алюминий)
  • При перегрузке: +90°C (для кабелей до 10 кВ)
• Углы изгиба: Минимально допустимый радиус изгиба при прокладке составляет не менее 25 наружных диаметров для многожильных кабелей в свинцовой оболочке и 15 диаметров – в алюминиевой.
• Разность уровней: Существенное ограничение – допустимая разность уровней по трассе прокладки. Для кабелей с вязкой пропиткой она ограничена 15-25 метрами (в зависимости от напряжения и конструкции) для предотвращения стекания пропиточного состава в нижние точки. Для устранения этого недостатка применяются кабели с обедненно-пропитанной изоляцией (марки АСБО, СБО) или кабели с изоляцией, пропитанной нестекающим составом (на основе полиизобутилена), которые могут прокладываться на любую разность уровней.
• Электрические характеристики: Бумажная изоляция обладает высокой диэлектрической прочностью (14-16 МВ/м) и стабильной тангенсом угла диэлектрических потерь (tg δ) в широком диапазоне температур.

Таблица 1. Сравнительные данные кабелей 10 кВ с разными оболочками

Параметр	СБ (свинец)	АСБГ (алюминий)	АСБП (сталь гофр.)
Стойкость к коррозии	Высокая	Средняя (требует защиты)	Высокая (покров Шв/Шп)
Механическая прочность	Низкая	Средняя	Очень высокая
Вес	Максимальный	Средний	Средний/Высокий
Гибкость	Хорошая	Удовлетворительная	Удовлетворительная
Стоимость	Высокая	Ниже, чем у СБ	Конкурентная

Области применения и особенности монтажа

Кабели с бумажной изоляцией 10 кВ традиционно применяются для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках:

• В качестве магистральных и распределительных линий в сетях 6-10 кВ.
• Для питания мощных потребителей на промышленных предприятиях.
• Для прокладки в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, шахтах (при отсутствии блуждающих токов).
• В условиях, где важна высокая надежность и стойкость к термическим перегрузкам.

Особенности монтажа: Монтаж требует высокой квалификации персонала. Ключевые этапы: раскатка с контролем радиуса изгиба, заделка концевых муфт (концевых разделок) и соединение отрезков с помощью соединительных муфт. Заделка муфт – критически важная операция, включающая ступенчатую разделку изоляции, монтаж изоляционных конусов, заполнение полости муфты заливочным компаундом (массой МП-1) для обеспечения герметичности и восстановления изоляционных свойств. Для кабелей в алюминиевой оболочке применяются эпоксидные заливочные составы.

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

Таблица 2. Сравнение с кабелями 10 кВ с изоляцией из СПЭ

Критерий	Кабель с бумажной изоляцией	Кабель с изоляцией из СПЭ
Срок службы	40-50 лет и более (доказанный опыт)	Заявлено 30-40 лет (меньше статистики)
Стойкость к перегрузкам	Очень высокая	Высокая, но ограниченная температурой +90°C
Чувствительность к частичным разрядам	Низкая (пропитка заполняет микрополости)	Высокая (разрушение начинается с микрополостей)
Требования к монтажу	Высокие, нужна квалификация для монтажа муфт	Проще, но критична чистота и технологичность
Разность уровней	Ограничена (кроме нестекающих пропиток)	Не ограничена
Экологичность	Ниже (использование свинца, масляных пропиток)	Выше
Токовая нагрузка	Немного ниже из-за большего теплового сопротивления изоляции	Выше на 10-15% при прочих равных

Диагностика и мониторинг состояния

Для оценки состояния изоляции бумажно-пропитанных кабелей применяется комплекс методов:

• Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2.5-5 кВ.
• Измерение абсорбционных коэффициентов (коэффициент абсорбции, поляризационный индекс).
• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и его зависимости от напряжения. Рост tg δ указывает на старение изоляции и увлажнение.
• Испытание повышенным выпрямленным напряжением (например, 60 кВ для кабеля 10 кВ). Является стресс-тестом, выявляющим сосредоточенные дефекты.
• Анализ газов, растворенных в пропитке (для маслонаполненных кабелей).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: В чем главное преимущество бумажной изоляции перед современной полимерной?

Главное преимущество – исключительная стойкость к локальным перегревам и тепловым старением, а также низкая чувствительность к частичным разрядам в силу гомогенной структуры пропитанной бумажной массы. Это обеспечивает предсказуемый и длительный срок службы в условиях циклических нагрузок.

Вопрос 2: Почему для кабелей с бумажной изоляцией так критична разность уровней?

Традиционные вязкие маслоканифольные пропитки при длительном вертикальном положении кабеля имеют тенденцию к стеканию в нижние точки. Это приводит к обеднению изоляции в верхних точках, снижению электрической прочности, возникновению частичных разрядов и, как следствие, к пробою. Проблема решается использованием специальных нестекающих пропиток.

Вопрос 3: Можно ли соединять кабель с бумажной изоляцией с кабелем с изоляцией из СПЭ?

Да, это технически возможно с использованием специальных переходных соединительных муфт. Однако такая практика нежелательна для постоянной эксплуатации, так как создает точку с разными диэлектрическими и термическими характеристиками, усложняет диагностику и требует высочайшей квалификации монтажников. Предпочтительна прокладка однородных линий.

Вопрос 4: Как определить увлажнение изоляции бумажного кабеля?

Основной косвенный признак – снижение сопротивления изоляции и рост тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) при проведении высоковольтных измерений. Прямым признаком является пониженное давление в сигнальных устройствах на муфтах (для кабелей с избыточным давлением масла) или обнаружение воды в контрольных пробниках концевых муфт.

Вопрос 5: Оправдано ли сегодня применение кабелей с бумажной изоляцией в новых проектах?

Применение оправдано в специфических случаях: при модернизации существующих сетей, где уже эксплуатируются такие кабели; в проектах с высокими требованиями к циклической токовой нагрузке и стойкости к перегрузкам; в условиях, где требуется максимальная надежность, подтвержденная многолетней статистикой, и где ограничение по разности уровней не является критичным. В большинстве же новых проектов доминируют кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена как более технологичные и менее затратные в монтаже.

Вопрос 6: Как правильно хранить кабели с бумажной изоляцией до монтажа?

Кабельные барабаны должны храниться в закрытых сухих помещениях или под навесом, защищающим от прямых осадков и солнечного излучения. Барабаны следует укладывать горизонтально. Запрещено хранение на открытом грунте. Перед монтажом кабеля, хранившегося при отрицательных температурах, необходимо выдержать его в теплом помещении (не ниже 0°C) не менее 24 часов для прогрева пропитки.