Силовые кабели с бумажной изоляцией: особенности, характеристики и требования

Силовые кабели с бумажной изоляцией являются важнейшим элементом электрических сетей. От их надежности и долговечности зависит бесперебойное снабжение электроэнергией потребителей в жилых, административных и промышленных зданиях. Давайте разберемся в основных характеристиках и требованиях к этим кабелям.

1. Область применения силовых кабелей с бумажной изоляцией

Силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией широко используются в электрических сетях на напряжение от 1 до 35 кВ для передачи и распределения электроэнергии к стационарным потребителям.

Основные области применения:

• Городские распределительные сети
• Электроснабжение промышленных предприятий
• Электрификация жилых массивов и административных зданий
• Линии метрополитена и городского электротранспорта
• Кабельные магистрали между подстанциями

Прокладка таких кабелей возможна открыто по эстакадам, в кабельной канализации, коллекторах, тоннелях, траншеях. Кабели могут использоваться во взрывоопасных зонах и пожароопасных помещениях.

2. Конструкция и составные элементы кабелей с бумажной изоляцией

Конструкция силового кабеля с бумажной изоляцией включает следующие основные элементы:

• Токопроводящая жила
• Бумажная изоляция жил
• Пропиточный состав
• Поясная изоляция
• Экран
• Металлическая оболочка
• Защитный покров

Рассмотрим назначение каждого элемента подробнее.

Токопроводящая жила

Жила выполняется из алюминия или меди и служит для передачи электрического тока. Применяются как однопроводные, так и многопроволочные жилы сечением от 6 до 500 мм2.

Бумажная изоляция жил

Каждая жила покрывается слоями кабельной бумаги, пропитанной специальным составом. Обеспечивает электрическую изоляцию жил друг от друга и от оболочки.

Пропиточный состав

Проникает в структуру бумажной изоляции, повышая ее электрическую прочность и снижая воздействие влаги. Изготавливается на основе масел, канифолей, полимеров.

Поясная изоляция

Дополнительный слой бумажной изоляции, наложенный поверх изолированных жил. Увеличивает электрическую прочность кабеля.

Экран

Слой электропроводящего материала (фольга, лента, оплетка), который выравнивает напряженность электрического поля внутри кабеля.

Металлическая оболочка

Выполняется из свинца, алюминия, стали. Защищает внутренние элементы кабеля от внешних воздействий и предотвращает попадание влаги в изоляцию.

Защитный покров

Наружный слой, защищающий кабель от механических повреждений, коррозии, растягивающих усилий. Выполняется из пластмасс, резины, металлической брони.

3. Типы проводников в силовых кабелях с бумажной изоляцией

Для изготовления токопроводящих жил в силовых кабелях с бумажной изоляцией применяются:

• Медные однопроволочные жилы сечением 16-50 мм2
• Медные многопроволочные жилы сечением выше 50 мм2
• Алюминиевые однопроволочные жилы
• Алюминиевые уплотненные многопроволочные жилы сечением 70-240 мм2

Медные многопроволочные жилы обеспечивают более высокую гибкость кабеля по сравнению с алюминиевыми. Однако алюминий позволяет снизить вес кабельной продукции.

4. Особенности бумажной изоляции силовых кабелей

Для изоляции в силовых кабелях используется кабельная бумага на основе сульфатной целлюлозы толщиной 80-170 мкм. Она накладывается на каждую жилу в виде спиральных лент с перекрытием.

Такая бумажная изоляция обладает рядом важных свойств:

• Высокая электрическая прочность
• Стойкость к истиранию и механическим нагрузкам
• Термостойкость
• Гидрофобность после пропитки

Однако у бумажной изоляции есть и недостатки:

• Повышенная гигроскопичность
• Опасность старения при длительной эксплуатации

Поэтому бумажную изоляцию пропитывают специальными составами и помещают в герметичную оболочку.

5. Виды пропиточных составов для бумажной изоляции

Для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей используются следующие основные составы:

• Маслоканифольный состав на основе минеральных масел и канифоли. Обычно применяется в кабелях на напряжение до 10 кВ. Имеет хорошую вязкость, но может стекать на вертикальных участках.
• Полиизобутиленовый состав с добавлением церезина. Используется в кабелях на напряжение 20-35 кВ. Отличается высокой вязкостью и нестекаемостью.
• Синтетический состав на основе полимеров. Применяется в специальных кабелях, стойких к агрессивным средам.

Правильно подобранный состав повышает электрическую прочность изоляции и защищает ее от влаги при эксплуатации кабеля.

6. Требования к толщине изоляции в зависимости от напряжения

Толщина бумажной фазной изоляции силовых кабелей зависит от их рабочего напряжения и рассчитывается по определенным нормам.

Например, для кабелей на 1 кВ она составляет 0,75-0,95 мм, на 3 кВ - 1,35 мм, на 6 кВ - 2,0 мм, на 10 кВ - 2,75 мм.

Для кабелей 20-35 кВ толщина фазной изоляции может достигать 6-9 мм в зависимости от сечения жил.

Увеличение толщины изоляции позволяет выдерживать более высокое напряжение между жилами и оболочкой кабеля.

7. Кабели с нестекающей пропиткой - особенности и сфера применения

Для прокладки кабельных линий на крутонаклонных участках трассы применяются силовые кабели с нестекающей пропиткой, например марки ЦААБШв.

В таких кабелях используются специальные пропиточные составы на основе полиизобутилена, которые не стекают под действием силы тяжести.

По сравнению с обычными кабелями, у них несколько больше толщина изоляции. Кабели с нестекающей пропиткой выпускаются на напряжение 6, 10 и 35 кВ.

Они позволяют исключить опасность повреждения изоляции при перепадах высоты и облегчают монтаж кабельных линий в гористой местности.

8. Типы защитных покровов силовых кабелей с бумажной изоляцией

Для защиты от внешних воздействий силовые кабели снабжаются различными видами защитных покровов:

• ПВХ-пластикат - гибкий, долговечный, устойчив к истиранию.
• Резиновый шланг - эластичный, стойкий к маслам и озону.
• Броня из стальных лент - надежная защита от механических повреждений.
• Герметичная оплетка из латуни - защита от проникновения влаги.

Выбор конкретного типа защитного покрова зависит от условий прокладки и эксплуатации кабеля.

9. Особенности конструкции силовых кабелей на напряжение 20 и 35 кВ

Силовые кабели на 20-35 кВ имеют как одножильное, так и трехжильное исполнение. Жилы в них круглые, с изоляцией толщиной 6-9 мм в зависимости от сечения.

В одножильных кабелях каждая жила помещена в отдельную свинцовую или алюминиевую оболочку. В трехжильных исполнении изолированные жилы скручиваются между собой.

Для выравнивания электрического поля используется экран из полупроводящей бумаги, который накладывается поверх изоляции каждой жилы.

10. Маркировка силовых кабелей с бумажной изоляцией

Маркировка силовых кабелей содержит информацию о конструкции, напряжении и области применения. Рассмотрим ее на примере марки ААБл-10 3x240.

• ААБл с алюминиевыми жилами, бумажной изоляцией и алюминиевой оболочкой.
• 10 - номинальное напряжение 10 кВ
• 3x240 - кабель трехжильный с сечением каждой жилы 240 мм2

Таким образом, полное название данного кабеля - "Кабель силовой с алюминиевыми жилами, с бумажной пропитанной изоляцией, с алюминиевой оболочкой, трехжильный, с медными жилами сечением 240 мм2 каждая, на напряжение 10 кВ".

Маркировка позволяет быстро определить основные характеристики кабеля.

11. Достоинства и недостатки бумажно-пропитанной изоляции

К достоинствам бумажно-пропитанной изоляции силовых кабелей можно отнести:

• Высокую электрическую прочность
• Стойкость к истиранию и механическим нагрузкам
• Термостойкость
• Долговечность при соблюдении правил монтажа и эксплуатации (30 лет и более)

К недостаткам относятся:

• Повышенная гигроскопичность
• Опасность старения изоляции
• Сложность ремонта в случае повреждения

Поэтому при выборе кабеля нужно тщательно учитывать условия его прокладки и эксплуатации.

12. Требования к монтажу и эксплуатации силовых кабелей с бумажной изоляцией

Чтобы обеспечить надежную работу силовых кабелей с бумажной изоляцией, необходимо соблюдать следующие основные требования:

• Правильный подбор сечения кабеля в соответствии с нагрузкой
• Монтаж с соблюдением радиусов изгиба
• Наличие резерва по длине на компенсацию температурных деформаций
• Качественное заземление металлических оболочек и брони
• Герметичное соединение кабеля в муфтах
• Защита кабеля от механических воздействий
• Контроль температуры кабеля

Правильный монтаж и эксплуатация позволяют максимально использовать все преимущества силовых кабелей с бумажной изоляцией.

13. Выбор сечения и марки кабеля для конкретных условий применения

При выборе силового кабеля для конкретных условий необходимо учитывать:

• Номинальное напряжение сети
• Максимальный рабочий ток нагрузки
• Способ прокладки
• Наличие механических и химических воздействий
• Температурный режим
• Требования пожаро- и взрывобезопасности

На основе этих данных подбираются сечение жил, толщина изоляции, тип защитных покровов, обеспечивающие надежную работу кабеля в заданных условиях.

14. Перспективы применения силовых кабелей с бумажной изоляцией

Несмотря на активное внедрение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией сохраняют свои позиции в электросетях благодаря ряду преимуществ.

Их применение целесообразно в условиях воздействия высоких температур, агрессивных сред, механических нагрузок, ионизирующего излучения. Такие кабели широко используются на опасных производственных объектах, АЭС, в метрополитенах.

Дальнейшее развитие технологий позволит усовершенствовать бумажную изоляцию и снизить ее недостатки. Это обеспечит силовым кабелям с бумажной изоляцией долгую перспективу применения.

15. Способы монтажа силовых кабелей с бумажной изоляцией

Силовые кабели с бумажной изоляцией могут прокладываться следующими основными способами:

• Открыто - по стенам зданий, эстакадам, кабельным конструкциям.
• В кабельных сооружениях - туннелях, каналах, шахтах, этажах.
• Скрыто - в земле, в полостях строительных конструкций.
• Под водой - на дне водоемов, в речных переходах.

При выборе способа прокладки учитываются требования пожаро- и взрывобезопасности, удобства обслуживания, защиты от внешних воздействий.

16. Соединение и оконцевание силовых кабелей с бумажной изоляцией

Для соединения и оконцевания силовых кабелей с бумажной изоляцией применяют специальные муфты:

• Прямые концевые муфты
• Соединительные муфты
• Переходные муфты

Муфты герметизируют места соединений и скрепляют отдельные элементы кабеля. Качество монтажа муфт напрямую влияет на надежность кабельной линии.

17. Выбор сечения жил силового кабеля с бумажной изоляцией

Сечение токопроводящих жил силового кабеля выбирается исходя из:

• Величины нагрузочного тока
• Допустимой потери напряжения
• Допустимой температуры нагрева жил
• Условий охлаждения кабеля

Чем больше ток, тем больше должно быть сечение жил. Экономия на сечении приводит к перегреву кабеля и снижению его срока службы.

18. Защита силовых кабелей с бумажной изоляцией от перенапряжений

Для защиты силовых кабелей от грозовых и коммутационных перенапряжений применяют:

• Грозозащитные тросы
• Вентильные разрядники
• Ограничители перенапряжений
• Заземление экранов и оболочек

Защитные устройства должны быть подобраны в соответствии с номинальным напряжением сети и уровнем возможных перенапряжений.

19. Диагностика и ремонт силовых кабелей с бумажной изоляцией

Для контроля состояния силовых кабелей используют:

• Измерение сопротивления изоляции
• Испытания повышенным напряжением
• Определение мест повреждения

При обнаружении дефектов производится ремонт поврежденных участков кабеля с помощью муфт или замена поврежденных отрезков кабеля.