Кабели силовые 110 кВ с бумажной изоляцией без брони: конструкция, применение и особенности эксплуатации

Кабели силовые на напряжение 110 кВ с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ) без брони представляют собой классическое решение для передачи электроэнергии высокого напряжения. Несмотря на появление полимерных аналогов (XLPE), данная технология сохраняет свою актуальность в определенных сегментах энергетики благодаря проверенной надежности, высокой электрической прочности и стабильности характеристик в длительном режиме работы. Конструкция кабеля без брони предполагает его прокладку в защищенных от механических воздействий условиях, таких как кабельные каналы, тоннели, коллекторы или на эстакадах.

Конструктивное устройство кабеля 110 кВ БПИ без брони

Конструкция кабеля является многослойной и формируется в процессе последовательной сборки. Каждый слой выполняет строго определенную функцию.

• Токопроводящая жила. Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки, как правило, секторной или круглой формы. Для кабелей 110 кВ сечение жилы может достигать значительных величин (до 1200 мм² и более). Жила может быть однопроволочной (для меньших сечений) или многопроволочной, скрученной из отдельных проволок для обеспечения гибкости.
• Экранирующая обмотка жилы (полупроводящая бумага). Наносится непосредственно на токопроводящую жилу. Ее назначение – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений между жилой и основной изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов (коронного разряда) – основного деградирующего фактора для высоковольтной изоляции.
• Основная бумажная изоляция. Наносится методом концентрической обмотки множеством лент кабельной бумаги, пропитанной вязким маслоканифольным или синтетическим составом. Толщина изоляции строго нормирована и для 110 кВ составляет десятки миллиметров. Бумага обладает высокой электрической прочностью и теплопроводностью. Пропитка обеспечивает заполнение пор в бумаге, исключая ионизацию, и способствует отводу тепла от жилы.
• Экранирующая обмотка по изоляции (полупроводящая бумага). Аналогично экрану жилы, накладывается поверх основной изоляции для выравнивания электрического поля.
• Металлический экран (оболочка). Является ключевым элементом кабеля без брони. Обычно выполняется из гофрированной алюминиевой или медной ленты. Выполняет несколько функций: замыкает электрическое поле внутри кабеля (является нулевой эквипотенциальной поверхностью), служит для протекания токов короткого замыкания и является барьером для влаги. В кабелях без брони именно металлическая оболочка становится основным несущим и защитным элементом.
• Защитный покров (наружная оболочка). Наносится поверх металлической оболочки для ее защиты от коррозии и механических повреждений. Обычно состоит из битумного состава, полиэтилентерефталатной (ПЭТ) или поливинилхлоридной (ПВХ) ленты, поверх которой может накладываться экструдированный шланг из ПВХ или полиэтилена. Этот покров обеспечивает стойкость к воздействию влаги, масел и химических веществ.

Область применения и условия прокладки

Кабели 110 кВ БПИ без брони предназначены для стационарной прокладки в условиях, где исключены значительные растягивающие усилия и механические повреждения. Их основная сфера применения:

• Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах и на эстакадах.
• Монтаж внутри зданий и помещений распределительных устройств (ЗРУ, КРУ).
• Прокладка по несгораемым конструкциям и стенам.
• Использование в системах с односторонней подачей пропитки (в кабелях с осушенной изоляцией или с избыточным давлением масла).

Запрещена прокладка таких кабелей непосредственно в земле (траншеях) без дополнительных защитных конструкций (железобетонных лотков, кабельных блоков), так как отсутствие бронепокрова делает их уязвимыми к давлению грунта, ударам и проколам.

Ключевые технические характеристики и параметры

Параметры кабелей регламентируются национальными (ГОСТ 18410-73) и международными стандартами (МЭК 60141). Основные характеристики приведены в таблице.

Таблица 1. Основные технические параметры кабеля 110 кВ БПИ без брони

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение, U0/U (кВ)	64/110
Число жил	1 (одножильное исполнение является стандартным для ВН)
Материал жилы	Медь (Cu) или Алюминий (Al)
Сечение жилы (мм²)	От 70 до 1200 (стандартный ряд)
Толщина фазной изоляции (мм)	~20-25 (зависит от конструкции и производителя)
Испытательное напряжение переменным током, 15 мин. (кВ)	~160-200
Максимально допустимая температура жилы в длительном режиме (°C)	+80
Максимальная температура при КЗ (не более 4 сек) (°C)	+200 (для меди), +160 (для алюминия)
Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева (°C)	-0
Радиус изгиба при прокладке	Не менее 20-25 наружных диаметров кабеля

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

• Преимущества:
  • Высокая надежность и долгий срок службы (более 40 лет при соблюдении условий).
  • Меньшая чувствительность к локальным дефектам и водным древям благодаря объемной пропитанной изоляции.
  • Высокая перегрузочная способность и стойкость к тепловым ударам.
  • Хорошо изученное поведение в эксплуатации, отработанные технологии монтажа и соединения.
  • Относительно низкая стоимость самого кабеля (но часто более высокая общая стоимость системы с учетом монтажа и аксессуаров).
• Недостатки:
  • Сложность монтажа: необходимость использования специальных муфт и концевых заделок, требующих высокой квалификации персонала.
  • Ограничения по трассе: наличие перепадов уровней регламентировано из-за стекания пропитки.
  • Большая масса и внешний диаметр по сравнению с XLPE-кабелем того же напряжения.
  • Пожароопасность: бумажно-масляная изоляция горюча, требуется соблюдение противопожарных мер.
  • Необходимость в системах подпитки маслом (для кабелей с избыточным давлением) или контроля состояния изоляции.

Особенности монтажа и установки

Монтаж кабелей 110 кВ БПИ без брони является критически важным этапом. Прокладка должна осуществляться с соблюдением минимально допустимого радиуса изгиба. При протяжке кабеля в каналах используются ролики с большим радиусом и специальные смазки, исключающие повреждение наружного покрова. Особое внимание уделяется подготовке концов кабеля для установки соединительных и концевых муфт. Процесс включает ступенчатую зачистку изоляции, монтаж изоляционного конуса, установку электрода и восстановление экрана. Герметичность муфт должна быть абсолютной для предотвращения подсоса воздуха и влаги в бумажную изоляцию. Для кабелей с вязкой пропиткой важно учитывать допустимый перепад уровней по трассе, указанный в технической документации производителя.

Эксплуатация, диагностика и обслуживание

Эксплуатация кабельных линий 110 кВ с бумажной изоляцией требует системного подхода. Основные мероприятия включают:

• Визуальный осмотр трасс, муфт и концевых заделок на предмет повреждений покрова, коррозии оболочки, подтеков пропиточного состава.
• Контроль температуры кабеля и муфт с помощью тепловизоров или контактных датчиков для выявления перегрузок или плохих контактов.
• Электрические измерения и диагностика:
  • Измерение сопротивления изоляции (мегаомметром на 2.5-5 кВ).
  • Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и его зависимости от напряжения. Рост tg δ указывает на старение изоляции или увлажнение.
  • Частичный разрядный контроль для выявления локальных дефектов.
• Для кабелей с подпиткой маслом – контроль давления и расхода масла в системе подпитки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается кабель без брони от бронированного?

Бронированный кабель имеет дополнительные защитные покровы из стальных лент (ленточная броня) или оцинкованных проволок (проволочная броня) поверх герметизирующей оболочки. Эти покровы защищают кабель от механических повреждений (удары, давление грунта, грызуны) и позволяют прокладывать его непосредственно в земле. Кабель без брони такой защиты не имеет, его металлическая оболочка (чаще алюминиевая) не рассчитана на значительные механические нагрузки, поэтому требует защищенных условий прокладки.

Можно ли прокладывать кабель БПИ 110 кВ без брони в земле?

Прямая прокладка в траншее не рекомендуется и, как правило, запрещена нормами. Допускается прокладка в земле только при условии размещения кабеля внутри дополнительных защитных конструкций: в асбоцементных, полиэтиленовых или железобетонных блоках, либо в толстостенных полиэтиленовых или ПВХ трубах (гофротрубах), обеспечивающих механическую защиту. Предпочтительным решением для подземной трассы является использование бронированного кабеля.

Каковы основные риски при повреждении наружного покрова кабеля без брони?

Повреждение наружного ПВХ/ПЭ шланга приводит к оголению металлической (алюминиевой) оболочки. Это создает риск ее электрохимической коррозии под воздействием блуждающих токов или в агрессивной среде (во влажных туннелях). Коррозия оболочки может привести к ее разгерметизации, последующему проникновению влаги в бумажную изоляцию, резкому снижению электрической прочности и пробою кабеля.

Какой срок службы у такого кабеля и от чего он зависит?

Номинальный расчетный срок службы составляет 40-50 лет. Фактический срок зависит от соблюдения условий прокладки и эксплуатации: отсутствия перегрузок по току, стабильности напряжения, качества монтажа муфт, поддержания герметичности, отсутствия вибраций и механических воздействий, а также от регулярности и качества диагностических мероприятий.

Почему для соединения необходимы специальные муфты, а не обычная скрутка?

Напряжение 110 кВ предъявляет исключительно высокие требования к однородности электрического поля. Любой резкий излом или неоднородность приводят к локальной концентрации напряженности поля, возникновению частичных разрядов и быстрому разрушению изоляции. Соединительная муфта представляет собой сложное инженерное устройство, внутри которого воссоздается непрерывность токопроводящей жилы, экранов и изоляции с плавным градиентом электрического поля, идентичным полю в самом кабеле.

Выводы

Кабели силовые 110 кВ с бумажной пропитанной изоляцией без брони остаются востребованным техническим решением для стационарной прокладки внутри сооружений и в защищенных кабельных сооружениях. Их выбор оправдан приоритетом долговременной надежности в стабильных условиях, наличием квалифицированных монтажных служб и при работе с существующей инфраструктурой, рассчитанной на данный тип кабеля. Ключевыми для успешной эксплуатации являются строгое соблюдение правил монтажа, обеспечение целостности защитного покрова и реализация программы планово-предупредительных диагностических испытаний.