Изоляционная бумага для кабелей сверхвысокого напряжения

Вот скажу сразу — многие думают, что раз речь о сверхвысоком напряжении, то главное — это просто толстый слой изоляции. На деле всё куда тоньше, в прямом смысле. Работая с материалами, особенно с тем же изоляционным картоном для кабелей на 220 кВ и выше, понимаешь, что дело не в толщине, а в однородности структуры. Малейшая неоднородность, крошечное уплотнение или, наоборот, рыхлый участок — и всё, пробой почти гарантирован. У нас на объекте в прошлом году как раз была история с кабелем 330 кВ, где поставщик, не буду называть, сэкономил на калибровке бумагоделательной машины. Вроде бы параметры по плотности в норме, а при детальном анализе видно — волокна ложатся с едва уловимыми полосами. В лаборатории это может и пройти, но в поле, под длительной нагрузкой и тепловыми циклами, такие полосы становятся путями для частичных разрядов. Через восемь месяцев — локализованный пробой. Пришлось вырезать целую секцию.

Почему обычная бумага не подходит для СВН

Здесь часто путают электротехнический картон общего назначения и специализированную изоляционную бумагу для кабелей сверхвысокого напряжения. Разница — как между брезентом и мембранной тканью. Для СВН критична не просто электрическая прочность, а комплекс: низкая диэлектрическая проницаемость, минимальные тангенс дельта потерь, высочайшая чистота от ионных примесей и, что очень важно, стабильность этих параметров при пропитке маслом или компаундом. Бумага должна быть не просто сухой, а физически и химически подготовленной к полному и равномерному насыщению пропиточным средством. Если останутся микрополости — они станут очагами ионизации.

На нашем производстве, в ООО Шаоян Хунчэн Изоляционный Картон, для таких задач идёт глубокий контроль сырья. Мы используем длинноволокнистую целлюлозу, часто с добавлением синтетических волокон, но не любых — важно, чтобы они были совместимы по коэффициенту теплового расширения с целлюлозной основой. Иначе при нагреве кабеля в работе возникает микронапряжение внутри самого изоляционного слоя. Это не та проблема, которую увидишь при приёмочных испытаниях по ГОСТ, но она убивает ресурс лет за 15 вместо 40.

Ещё один нюанс — проклейка. Для кабельной бумаги СВН её либо минимизируют, либо используют специальные составы, которые не увеличивают tg δ после пропитки. Раньше пробовали брать хороший, казалось бы, картон с обычной гидрофобной проклейкой для трансформаторов — и получали рост потерь на 15% после заполнения кабеля маслом. Пришлось откатывать и менять всю партию. Теперь для каждой серии под конкретное напряжение и тип пропитки у нас идёт отдельная настройка состава.

Пропитка — где кроется половина проблем

Можно сделать идеальную бумагу, но испортить всё на этапе пропитки. Это, пожалуй, самый ?тёмный? процесс для тех, кто не в теме. Бумага наматывается на жилу с миллиметровыми зазорами — это будущие масляные каналы. Но если намотка слишком тугая, пропиточное масло не проходит насквозь, остаются сухие зоны. Слишком свободная — бумага может сместиться при монтаже или под термоциклированием. Опытный оператор глядит не только на шаблон, но и на звук разматывающейся бобины и даже на то, как бумага ложится на предыдущий слой. Это почти ремесло.

Мы для ключевых заказов всегда отправляем своего технолога на завод заказчика, чтобы согласовать параметры намотки и режимы сушки бумаги перед пропиткой. Бывает, что бумага поставляется с остаточной влажностью 2-3%, а для конкретного масла нужно не более 0.8%. Если сушить уже на кабельном заводе — можно пересушить, волокна станут ломкими. Всё это потом аукнется при изгибе кабеля на трассе. Однажды видел, как при укладке в тоннеле на изгибе послышался тихий хруст — это лопнули пересушенные слои изоляционного картона внутри. Кабель вроде бы прошёл высоковольтные испытания, но долгосрочную надёжность такая ситуация, конечно, убила.

Контроль качества: не только лаборатория, но и поле

Лабораторные испытания — это хорошо. Испытания на импульсное напряжение, измерение частичных разрядов, анализ тангенса дельта — всё это обязательно. Но есть параметры, которые в лаборатории не смоделируешь. Например, поведение бумаги в условиях продольного градиента влажности. Когда кабель лежит в траншее, один его участок может быть в сухом грунте, другой — в постоянно влажном. Влага мигрирует по кабелю, и если бумага имеет разную гигроскопичность по длине (из-за колебаний в процессе производства), то это создаёт зоны с разной диэлектрической проницаемостью. А это уже неоднородное электрическое поле и потенциальное место пробоя.

Поэтому мы на производстве, о котором можно подробнее узнать на https://www.syshongcheng.ru, внедрили выборочный контроль не просто образцов из каждой партии, а контроль по всей длине полотна при производстве. Используем сканирующие системы, которые следят за равномерностью плотности в реальном времени. Это дорого, но для классов напряжения от 500 кВ — необходимо. Потому что стоимость отказа в виде аварии на линии СВН несопоставима с затратами на такой контроль.

И ещё про полевой опыт. После монтажа кабеля хорошо бы делать не только стандартные испытания, но и термографию соединений и муфт. Часто проблема кроется не в бумаге, а в технологии монтажа муфты, где изоляция нарушена. Но если бумага была не идеальна, то именно в месте соединения её слабость проявится первой. У нас есть отчёт по одному из проектов в Сибири, где анализ после пробоя показал, что виновата не наша бумага, а нарушение технологии заливки муфты. Но сам факт, что пробой произошёл по границе раздела, заставил нас задуматься о краевых свойствах нашего материала и улучшить их.

Будущее и старые ?болячки?

Сейчас много говорят о полимерной изоляции для СВН. Но масло-бумажная изоляция, особенно для линий большой протяжённости и на высочайшие напряжения, пока вне конкуренции по надёжности и диагностируемости. Её будущее — в комбинированных материалах. Мы, в ООО Шаоян Хунчэн Изоляционный Картон, экспериментируем с нанесением тончайших полимерных покрытий на целлюлозные волокна или с созданием гибридных слоёв. Цель — снизить гигроскопичность и улучшить диэлектрические характеристики, не теряя главного преимущества бумаги — способности идеально пропитываться и ?самозалечивать? микроповреждения за счёт течения масла.

Но возвращаясь к текущим проблемам. Самая частая претензия от монтажников — это неконсистентность по толщине на разных бобинах. Да, допуск ±5% — это норма. Но когда одна партия ближе к -5%, а следующая к +5%, и их приходится стыковать на одной линии — это головная боль для инженеров. Мы решили это тем, что для проектов СВН маркируем бобины не только по партии, но и по усреднённой толщине в рамках партии, чтобы монтажники могли укладывать кабель участками с минимальным градиентом. Мелочь? Нет. Для кабелей сверхвысокого напряжения мелочей не бывает.

В итоге, что хочу сказать. Хорошая изоляционная бумага — это не товар из каталога с набором цифр. Это результат постоянного диалога между производителем материала, производителем кабеля и, в конечном счёте, эксплуатантом. Каждый километр проложенной линии — это обратная связь. И если где-то на глубине трёх метров под землёй, в кабеле на 750 кВ, лежит наш материал и десятилетиями работает без нареканий — вот это и есть главный показатель качества. Всё остальное — просто бумага.