Профили внутренние для кабельных линий: конструкция, назначение, применение и монтаж

Внутренний профиль (также известный как разделительный профиль, сепаратор, сердечник) является ключевым конструктивным элементом силовых кабелей среднего и высокого напряжения с бумажной и полимерной изоляцией, а также некоторых кабелей связи. Его основная функция – формирование и фиксация положения изолированных жил в кабеле, создание механической стабильности конструкции, обеспечение необходимых межфазных расстояний и формирование каналов для заполнения или вентиляции. От корректного выбора и качества профиля напрямую зависят электрические характеристики, надежность и долговечность кабельной линии.

Конструктивные типы внутренних профилей

Внутренние профили классифицируются по материалу изготовления, форме и функциональному назначению.

1. По материалу изготовления:

• Бумажные (прессованные, скрученные): Применяются в кабелях с бумажной пропитанной изоляцией (МН, СИП). Изготавливаются из кабельной бумаги, скрученной в жгут или прессованной. Обладают высокой гигроскопичностью, требуют тщательной герметизации оболочки.
• Полимерные (ПВХ, ПЭ, ПП): Наиболее распространены в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Профили из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) или полипропилена (ПП) обеспечивают стабильность формы, химическую инертность, низкую диэлектрическую проницаемость. ПВХ-профили используются в кабелях низкого напряжения и контрольных.
• Металлические (алюминиевые, свинцовые, стальные): Используются как экран-профиль в кабелях высокого напряжения для создания равномерного электрического поля, механической защиты, а также в качестве несущего элемента в самонесущих изолированных проводах (СИП).
• Комбинированные: Например, бумажно-полимерные или профили с интегрированными металлическими элементами (проволокой) для усиления.

2. По форме поперечного сечения:

• Спиральные (винтовые): Представляют собой жгут, наложенный по спирали между жилами. Характерны для старых конструкций кабелей с бумажной изоляцией.
• Сплошные (прессованные) профили: Имеют заданную форму (чаще всего треугольную или трилистника) и изготавливаются методом экструзии (для полимеров) или прессования (для бумаги). Обеспечивают максимальную жесткость конструкции.
• Полые (трубчатые, лепестковые): Создают четко выраженные камеры для заполнения компаундом или для циркуляции масла/газа в кабелях с избыточным давлением.
• Ленточные (разделительные ленты): Наматываются поверх скрученных жил. Выполняют скорее разделительную, чем формирующую функцию.

Функциональное назначение и требования

Основные функции внутренних профилей:

• Механическая стабилизация: Предотвращение смещения жил относительно друг друга и центра кабеля при изгибах, вибрациях, температурных деформациях. Это критически важно для сохранения электрической симметрии и целостности изоляции.
• Формирование геометрии: Создание и поддержание оптимальной треугольной или секторной конфигурации скрутки жил, что минимизирует диаметр кабеля и расход материалов.
• Создание каналов заполнения: В трехжильных кабелях с поясной изоляцией (например, с бумажно-масляной изоляцией) профиль формирует замкнутые сектора, которые заполняются пропитывающим составом или маслом под давлением.
• Обеспечение вентиляции и осушки: В кабелях с газовым наполнением (азот) или с системой осушки профиль создает каналы для циркуляции среды.
• Электрическая функция: В кабелях на напряжение 110 кВ и выше с изоляцией из сшитого полиэтилена внутренний полупроводящий профиль (экран-профиль) служит для выравнивания электрического поля у центра кабеля, предотвращая локальные перенапряжения и частичные разряды. Он находится в непосредственном контакте с полупроводящим экраном жил.
• Защита от радиального давления: При тепловом расшичении изоляции жил профиль воспринимает радиальное давление, предотвращая деформацию и возможное повреждение внешних элементов конструкции (металлического экрана, оболочки).

Ключевые требования к внутренним профилям:

• Диэлектрическая проницаемость, близкая к таковой у основной изоляции, для минимизации искажений электрического поля.
• Высокая термостойкость (для СПЭ-кабелей – не менее 90°C в длительном режиме и 250°C в режиме КЗ).
• Механическая прочность на сжатие и растяжение.
• Химическая совместимость с материалами изоляции и заполняющими составами (отсутствие миграции пластификаторов, химических реакций).
• Гладкая поверхность для предотвращения повреждения полупроводящих экранов или изоляции при монтаже.
• Гигроскопичность (для бумажных профилей) – должна соответствовать норме для обеспечения глубокой вакуум-сушки.

Применение в кабелях различного типа и напряжения

Выбор типа профиля жестко регламентирован стандартами и определяется конструкцией кабеля.

Таблица 1: Применение внутренних профилей в зависимости от типа кабеля

Тип кабеля / Напряжение	Тип изоляции	Тип внутреннего профиля	Назначение профиля в данной конструкции
Силовой, 1-10 кВ	СПЭ, ПВХ, БПИ	Полимерный сплошной (ПЭНП, ПП), бумажный прессованный	Формирование и фиксация жил, заполнение межжильного пространства.
Силовой, 35-110 кВ	СПЭ	Полупроводящий полимерный экран-профиль (сплошной или полый)	Выравнивание электрического поля, механическая стабилизация, создание канала для возможной вентиляции.
Силовой, 110-500 кВ	Бумажно-масляная (МН)	Полый бумажный профиль сложной формы (трилистник)	Формирование независимых масляных каналов для каждой жилы, обеспечение циркуляции масла под давлением.
СИП (Самонесущий изолированный провод)	ПЭ или СПЭ	Алюминиевый или стальной профиль/жгут (нулевая несущая жила)	Несущий элемент для подвески, механическая опора для изолированных фазных жил.
Кабели связи	ПЭ, ПП, воздушно-полиэтиленовая	Полимерный профиль-сепаратор (звездочка, двойная стенка)	Разделение пар/четверок, стабилизация электрических параметров (емкости, индуктивности), защита от взаимных наводок.

Особенности монтажа и соединения кабелей с внутренними профилями

Наличие внутреннего профиля накладывает специфические требования на технологию монтажа муфт и концевых заделок.

• Подготовка конца кабеля: Профиль удаляется на длину, необходимую для разделки жил. Важно производить резку аккуратно, без повреждения экранов и изоляции жил. Для металлических профилей в СИП требуется специальный инструмент.
• Восстановление электрической целостности экрана-профиля: В кабелях высокого напряжения с полупроводящим экран-профилем в муфте его электрическая связь должна быть восстановлена с помощью проводящих лент, наполнителей или специальных контактных элементов. Это обеспечивает непрерывность экранирующей системы.
• Герметизация: В кабелях с заполнением (масло, гель) полости, образованные профилем, должны быть тщательно заполнены компаундом муфты для предотвращения образования воздушных включений.
• Учет усадки: При термоусадке компонентов муфты необходимо учитывать наличие жесткого профиля, который может препятствовать равномерной усадке. Требуется соблюдение рекомендованной последовательности операций.

Контроль качества и диагностика

Дефекты внутреннего профиля могут привести к серьезным отказам.

• Входной контроль: Проверка геометрических размеров, материала (плотность, диэлектрические характеристики), механической прочности.
• Неразрушающий контроль в готовом кабеле: Рентгенография позволяет визуализировать положение профиля и жил, выявить смещения или обрывы. Измерение электрической емкости и тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) косвенно указывает на качество заполнения межжильного пространства и отсутствие воздушных полостей, связанных с дефектами профиля.
• Анализ после отказа: При вскрытии кабеля после пробоя осматривается состояние профиля: признаки электрического трекинга на полупроводящем профиле, деформации, смещения, загрязнения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается внутренний профиль от внешнего?

Внутренний профиль располагается внутри кабеля, между изолированными жилами, и служит для их разделения и фиксации. Внешний профиль (рифленый, гофрированный) обычно формируется на внешней полимерной оболочке кабеля и служит для повышения его механической стойкости к сдавливанию, облегчения изгиба или для улучшения теплоотвода.

Можно ли заменить бумажный профиль на полимерный при ремонте кабеля БПИ?

Нет, это недопустимо. Бумажный профиль является частью системы бумажно-масляной изоляции и пропитывается тем же составом. Замена его на полимерный материал с другими диэлектрическими и адгезионными свойствами приведет к нарушению однородности изоляции, ухудшению теплоотвода и, как следствие, к локальным перегревам и пробою.

Почему в кабелях 110 кВ и выше с изоляцией из СПЭ используется именно полупроводящий профиль?

При высоких напряжениях электрическое поле в центре кабеля (в области между жилами) может иметь неоднородности из-за микронеровностей на экранах жил. Полупроводящий материал (сопротивление ~10^3-10^5 Ом*м) выравнивает потенциал в этой зоне, «сглаживая» поле, и предотвращает возникновение частичных разрядов, которые разрушают изоляцию.

Как наличие профиля влияет на допустимый ток нагрузки кабеля?

Влияние двоякое. С одной стороны, профиль, особенно сплошной, может несколько ухудшать теплоотвод от жил к внешней среде, выступая как тепловой барьер. С другой стороны, в кабелях с заполнением профиль способствует более эффективному отводу тепла за счет создания каналов для циркуляции теплоотводящей среды (масла). В современных СПЭ-кабелях используются материалы с оптимальной теплопроводностью, и влияние профиля на токовую нагрузку учтено в стандартных расчетах.

Что указывает на дефект внутреннего профиля при диагностике кабельной линии?

Косвенными признаками могут быть: нестабильность или аномально высокие значения tg δ при измерениях на разных фазах, повышенная неравномерность емкостей фаз, наличие частичных разрядов, зафиксированных системой онлайн-мониторинга. Прямым подтверждением служит рентгеновский снимок участка кабеля.

Существуют ли кабели без внутреннего профиля?

Да. Однофазные кабели, а также некоторые трехфазные кабели низкого напряжения с поясной изоляцией (где жилы имеют секторную форму и плотно прилегают друг к другу) могут изготавливаться без отдельного профиля. Его функцию выполняет сама форма жил и поясная изоляция. Однако в абсолютном большинстве трехжильных кабелей среднего и высокого напряжения профиль является обязательным элементом.