Кабели силовые 20 кВ с бумажной изоляцией бронированные: конструкция, применение и эксплуатация

Кабели силовые на напряжение 20 кВ с бумажной пропитанной изоляцией и броней представляют собой классическое, проверенное временем решение для стационарной прокладки в электрических сетях среднего напряжения. Несмотря на появление полимерных аналогов, данные кабели сохраняют свою актуальность в ряде ответственных применений благодаря уникальному сочетанию электрофизических и эксплуатационных характеристик. Их конструкция регламентируется исторически сложившимися стандартами, такими как ГОСТ 18410-73 (и его более поздние редакции), а также международными нормами.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция бронированного кабеля 20 кВ с бумажной изоляцией является многослойной и включает в себя несколько обязательных элементов, каждый из которых выполняет строго определенную функцию.

• Токопроводящая жила. Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Может быть однопроволочной (секторной или круглой) для сечений до 16-25 мм² или многопроволочной (круглой) для больших сечений. Класс гибкости обычно 1 или 2. Сечения жил стандартизированы: 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 мм² и более.
• Фазная изоляция. Выполняется из кабельной бумаги (крепированной или ленточной) с высокой электрической прочностью, которая в несколько слоев накладывается на жилу методом концентрической обмотки. Толщина изоляции строго нормирована в зависимости от номинального напряжения. Для 20 кВ она составляет, как правило, 5.0-5.75 мм. Критически важным процессом является последующая пропитка бумажной изоляции вязким маслоканифольным или синтетическим (на основе полиизобутилена) составом. Это исключает воздушные включения, повышает электрическую прочность и улучшает теплоотвод.
• Поясная изоляция. После скрутки изолированных жил в сердечник на него также концентрически накладывается поясная изоляция из бумажных лент. Ее функция – выравнивание электрического поля в межфазном пространстве и дополнительная механическая защита.
• Экран на изоляции. На поясную изоляцию накладывается экран из электропроводящей бумаги или полупроводящей ленты. Он необходим для создания равномерного радиального электрического поля и предотвращения поверхностных разрядов.
• Металлическая оболочка. Является одним из ключевых элементов. Обычно выполняется из свинца (марки С), алюминия (А) или сплава свинца (например, сурьмянистого). Оболочка обеспечивает абсолютную герметичность, защищая пропитанную бумажную изоляцию от проникновения влаги и воздуха, а также служит нулевым (заземляемым) экраном для протекания токов утечки и емкостных токов. Для коррозионной стойкости может покрываться дополнительным защитным слоем.
• Защитные покровы и броня. Поверх оболочки накладывается подушка (прослойка) из битума, крепированной бумаги или пластиката ПВХ, которая предотвращает механическое повреждение оболочки броней. Далее следует слой брони. Для кабелей 20 кВ, предназначенных для прокладки в земле (траншеях), применяется преимущественно броня из двух стальных оцинкованных лент (обозначение «Б»). В условиях повышенных растягивающих нагрузок (например, на крутых склонах) может использоваться броня из круглых или плоских оцинкованных стальных проволок («К»). Поверх брони накладывается наружный защитный покров (джампер) из волокнистых материалов (пряжи), пропитанных битумом, или из поливинилхлоридного пластиката для защиты брони от коррозии.

Область применения и способы прокладки

Бронированные кабели с БПИ на 20 кВ предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках с номинальным переменным напряжением до 20 кВ частотой 50 Гц. Основные сферы применения:

• Магистральные линии в городских и промышленных кабельных сетях.
• Вводы на территории крупных промышленных предприятий, заводов, нефтехимических комплексов.
• Питающие линии для мощного оборудования (насосные станции, вентиляторные установки, компрессоры).
• Прокладка в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, в том числе с наличием блуждающих токов.
• Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам и в галереях.
• Участки с риском механических повреждений (например, при пересечении дорог).

Прокладка в воздухе по конструкциям возможна, но требует учета отсутствия растягивающих нагрузок и дополнительной защиты от солнечного излучения.

Ключевые технические характеристики и параметры

Эксплуатационные параметры кабелей данного типа определяются их конструкцией и материалами.

Параметр	Значение / Описание	Примечание
Номинальное напряжение, U0/U, кВ	20/20	Для сетей с изолированной нейтралью или компенсированной нейтралью, где U=U0
Максимальное рабочее напряжение, Umax, кВ	24	Допустимое длительное напряжение
Испытательное напряжение переменным током, кВ	50	Продолжительность испытания 10 мин.
Температура жилы при длительной эксплуатации, °C	+80	Допустимая длительная температура
Температура жилы в режиме перегрузки, °C	+90	Допустимая температура не более 8 ч в сутки
Температура жилы в аварийном режиме (до 5 сек), °C	+250	При коротком замыкании
Минимальный радиус изгиба при прокладке	≥ 25 Dнар (для брони из лент) ≥ 15 Dнар (для брони из проволок)	Dнар – наружный диаметр кабеля

Сравнительные преимущества и недостатки

По сравнению с современными кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), кабели с БПИ имеют ряд специфических особенностей.

Преимущества:

• Высокая электрическая прочность и стабильность параметров изоляции в течение всего срока службы (40 лет и более).
• Отличная стойкость к тепловым перегрузкам благодаря высокой температурной стабильности пропиточной массы.
• Высокая стойкость к распространению водяных деревьев (актуально для старых линий).
• Надежная герметизация свинцовой оболочкой, исключающая продольное распространение влаги.
• Хорошая ремонтопригодность в полевых условиях силами обученных кабельщиков.
• Меньшая чувствительность к локальным дефектам из-за концентрической многослойной структуры изоляции.

Недостатки:

• Большая масса и габариты по сравнению с полимерными кабелями аналогичного сечения и напряжения.
• Строгие ограничения по разности уровней прокладки из-за возможности стекания пропиточной массы (для кабелей с вязкой пропиткой).
• Сложность и высокая трудоемкость монтажа концевой и соединительной муфт, требующие высокой квалификации персонала.
• Пожароопасность при нарушении герметичности оболочки и доступе кислорода к пропитанной бумаге.
• Необходимость специальных мероприятий по заземлению металлической оболочки на участках с односторонним питанием для снижения потерь.
• Требовательность к условиям хранения (необходимость поддержания давления масла в концевых заглушках для кабелей с нестекающей пропиткой).

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж бронированных кабелей с БПИ требует соблюдения строгих правил. Перед прокладкой обязателен контроль герметичности оболочки и измерение сопротивления изоляции. При прокладке в траншеях необходимо устройство песчаной подушки и засыпки, а также защита кирпичом или плитами в местах с риском механических повреждений. Радиусы изгиба должны строго соблюдаться во избежание смятия изоляции и оболочки. При подвесной прокладке требуются специальные поддерживающие конструкции, рассчитанные на большой вес кабеля.

Особое внимание уделяется монтажу кабельной арматуры. Концевые муфты (типа КНЭ, КНБ) и соединительные муфты (типа СС) должны обеспечивать полную герметизацию разреза кабеля, восстановление экрана и изоляции. Процесс включает разделку кабеля с ступенчатой зачисткой изоляции, установку изоляционных деталей (конусов, гильз), заполнение полости муфты компаундом (заливочной массой) или использование муфт сухой конструкции. Некачественный монтаж арматуры – основная причина отказов.

В процессе эксплуатации обязателен периодический контроль: визуальный осмотр трасс, измерение сопротивления изоляции, испытание повышенным напряжением выпрямленного тока согласно нормам ПТЭЭП. Для кабелей с нестекающей пропиткой важен мониторинг давления в концевых заглушках.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями с вязкой и нестекающей пропиткой?

Кабели с вязкой (маслоканифольной) пропиткой имеют ограничение по разности уровней прокладки (обычно не более 15-25 м), так как при нагреве пропиточный состав может стекать в нижнюю точку, что приводит к осушению изоляции в верхней части и снижению ее электрической прочности. Кабели с нестекающей пропиткой на основе полиизобутилена или аналогичных веществ лишены этого недостатка и могут прокладываться на любую разность уровней, что делает их более универсальными.

Как правильно выбрать тип брони для прокладки в земле?

Для большинства случаев прокладки в траншеях, где основная нагрузка – это давление грунта и случайные механические воздействия, применяется броня из двух стальных оцинкованных лент (Б). В скальных грунтах, на участках с риском просадок или растягивающих нагрузок (переходы через водоемы, крутые склоны) предпочтительнее броня из стальных оцинкованных проволок (К), которая обладает более высокой механической прочностью на разрыв.

Каковы особенности заземления металлической оболочки и брони?

Свинцовая или алюминиевая оболочка и стальная броня должны быть заземлены на обоих концах кабельной линии для безопасности и отвода токов утечки. В длинных линиях (обычно более 1 км) для снижения потерь и предотвращения коррозии от блуждающих токов может применяться поперечное соединение оболочек и изолирование их от земли (система с поперечным соединением). Выбор схемы заземления требует специального расчета.

Почему для соединения и оконцевания кабелей БПИ до сих пор часто используют свинцовые муфты?

Свинцовые муфты (рубашки) обеспечивают идеальную герметизацию и совместимость материалов с основной свинцовой оболочкой кабеля. Они пластичны, устойчивы к коррозии и надежно работают в течение десятилетий. Несмотря на трудоемкость пайки/сварки, они остаются стандартом для ответственных линий. Альтернативой являются эпоксидные или литые чугунные муфты, а также современные термоусаживаемые комплекты, специально разработанные для БПИ.

Как определить необходимость замены старого кабеля БПИ?

Решение принимается на основе комплексной диагностики: анализ истории отказов, измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и его зависимости от напряжения, испытание повышенным напряжением выпрямленного тока, контроль сопротивления изоляции. Резкий рост tg δ, пробои при испытаниях, многочисленные повреждения оболочки и брони, а также хронические перегрузки являются вескими основаниями для планирования замены участка линии.

Заключение

Бронированные кабели 20 кВ с бумажной пропитанной изоляцией остаются важным элементом инфраструктуры среднего напряжения, особенно в условиях, требующих высокой надежности, стойкости к перегрузкам и долговечности. Их эксплуатация требует глубоких знаний конструкции, строгого соблюдения правил монтажа и обслуживания. Выбор в пользу кабелей БПИ сегодня часто обусловлен необходимостью модернизации или ремонта существующих сетей, где их применение технологически и экономически обосновано. Понимание их особенностей позволяет эксплуатировать такие линии с максимальной эффективностью и безопасностью.