Маслонаполненные кабели (МНК, OF Cables) с бумажно-масляной изоляцией в России остаются пока наиболее распространенными кабелями высокого напряжения. При этом чем выше класс номинального напряжения кабелей, тем больше удельный вес МНК среди всех кабелей высокого напряжения.
МНК в России и в странах СНГ применяются для электроснабжения городов и крупных потребителей энергии, для вывода мощности с тепловых станций и гидроэлектростанций, а также для передачи электроэнергии через труднопроходимые местности (водные пространст-ва, горные районы и др.).
Основные типы конструкций силовых МНК, выпускаемых по ГОСТ 16441-78 (производитель – завод «Камкабель») – кабели низкого давления (до 3-5 атм.) в свинцовой или алюминиевой оболочке на номинальное на-пряжение 110, 150 и 220 кВ (см. рис. 19) и кабели высокого давления (10-15 атм.) в стальном трубопроводе на номинальное напряжение 110, 220, 330, 380 и 500 кВ. Повышение давления масла приводит к увеличению электрической прочности бумажно-масляной изоляции и к возможности применения силовых МНК при более высокой рабочей напряженности электрического поля в изоляции кабелей (до 15 кВ/мм и более).
В МНК низкого давления для пропитки бумажной изоляции применяется маловязкое дегазированное масло (марки МН-3, МН-4 или их аналоги). При изготовлении кабелей сушка и пропитка изоляции производятся по технологии, исключающей появление воздушных и газовых включений в изоляции. В процессе монтажа и в эксплуатации масло в изоляции кабеля постоянно находится под избыточным давлением, которое автоматически поддерживается в заданных пределах, что исключает возможность образования газовых включений в изоляции даже при резком падении нагрузки. Давление масла поддерживается устанавливаемыми вдоль КЛ баками давления, которые принимают избыток масла при нагревании кабеля и отдают его при охлаждении. Рис. 19. Элементы конструкции маслонаполненных кабелей низкого давления.
Токопроводящие жилы кабеля сечением до 800 мм2 состоят из одного или нескольких повивов фасонных проволок. Внутренний повив жилы скручивается из z-образный проволок, образующих центральный маслопроводящий канал диаметром 12-14 мм, по которому происходит перемещение масла при изменении температуры нагрева кабеля. Жилы сечением 1000 мм2 и выше скручиваются из четырех или шести изолированных друг от друга сегментов для уменьшения сопротивления жилы переменному току за счет снижения влияния поверхностного эффекта и эффекта близости. Жилы изготавливаются из луженных медных проволок, которые являются слабым стимулятором старения масла.
Токопроводящая жила, а также изоляция кабелей высокого напряже-ния, экранируются полупроводящей бумагой для сглаживания поверхности жилы или оболочки. При этом масляные пленки между жилой и изоляцией, а также и между изоляцией и металлической оболочкой, обладающие меньшей электрической прочностью в сравнении с пропитанной бумагой, оказываются в зоне с нулевой напряженности электрического поля.
Экран по жиле имеет следующую конструкцию: три ленты бумаги марки КП-080 толщиной 0,08 мм или две ленты КП-120 толщиной 0,12 мм, одна лента двухцветной бумаги марки КПДУ-080, накладываемая полупроводящим слоем к жиле. Общая толщина экрана – 0,35 мм.
Экран по изоляции имеет следующую конструкцию: одна лента бумаги марки КПД-120 толщиной 0,12 мм, накладываемая изоляционным слоем к изоляции, одна лента бумаги КП-120, медная лента толщиной 0,1 мм, накладываемая с зазором 3–5 мм, прослоенная полупроводящей бумажной лентой марки КП-120. Общая толщина экрана – 0,45 мм.
Полупроводящие ленты экранов накладываются с зазором 0,5–2,0 мм, а двухслойные – с перекрытием 2–3 мм.
Изоляция жил выполняется из бумаги различной толщины и плотности (градирование изоляции), для чего применяются ленты кабельной бумаги (марки КВ, КВУ, КВМУ) толщиной 0,08 и 0,12 мм. При этом непосредственно у жилы слой изоляции выполняется из более тонкой уплотненной бумаги. Ленты кабельной бумаги накладываются на жилу с зазором 0,5–2,0 мм методом обмотки и пропитываются маловязким минеральным маслом МН-3 или МН-4 (или их аналогом).
Расчет толщины изоляции производится по напряжению промышленной частоты и по импульсному напряжению. Толщина изоляции для кабелей различных сечений жил равна 9,6–11 мм для кабелей 110 кВ и 18–20,8 мм для кабелей 220 кВ (рабочая напряженность – не более 8 кВ/мм).
Для защиты изоляции от увлажнения и от механических повреждений, а также для обеспечения работы под избыточным давлением поверх изоляции накладывается свинцовая или алюминиевая (гладкая или гофрированная) оболочка толщиной 2,5–4 мм.
Металлические оболочки имеют упрочняющие и защитные покровы. Упрочняющие покровы в виде нескольких синтетических лент и двух лент из немагнитного материала накладываются только поверх свинцовой оболочки. Алюминиевые оболочки упрочняющих покровов не имеют, так как алюминий не текуч и его механическая прочность в 2–2,5 раза выше по сравнению со свинцом. Защитные покровы кабелей в свинцовой оболочке состоят из чередующих слоев битума, лент поливинилхлоридного пластиката, лент предварительно пропитанной кабельной бумаги, кабельной пряжи и мелового покрытия. Для механической защиты на свинцовую оболочку может накладываться броня из стальных проволок. В случае применения алюминиевой обо-лочки используются защитные покровы повышенной влагостойкости. По существу это сплошной шланг из полиэтилена или поливинилхлоридного пластиката.
Для присоединения кабеля к линиям электропередачи, трансформаторам или элементам распределительного устройства используются концевые муфты марки МКМН с конусными фарфоровыми изоляторами и подмоткой неконденсаторного типа или с цилиндрическими фарфоровыми изоляторами и подмоткой конденсаторного типа. Для присоединения кабеля к трансформаторам используются также кабельные вводы в трансформатор марки КТНДУ, представляющие собой концевую муфту, вводимую непосредственно в промежуточную камеру трансформатора, заполненную маслом. Для соединения строительных длин кабелей используются соединительные муфты марки МСМН, состоящие из трех основных узлов (соединение токопроводящих жил, усиливающая изоляция и корпус). Для соединения строительных длин кабелей и разделения масла в двух смежных секциях фазы КЛ ис-пользуются стопорные муфты марки МСТМН.
Кабели низкого давления предназначены для прокладки в кабельных каналах и туннелях (кабели марок МНС, МНСШв, МНАШв, МНАгШв), в земле, при условии, что кабель не подвержен растягивающим усилиям и защищен от механических повреждений (кабели марок МНСШв, МНАШву), а также под водой и в болотистой местности, где кабель подвергается растягивающим усилиям и где требуется его дополнительная защита (кабель марки МНСК).
Опыт эксплуатации МНК низкого давления составляет около 80 лет и свидетельствует об их достаточно высокой надежности. Удельная повреждаемость КЛ низкого давления на напряжение 110 и 220 кВ составляет примерно 0,02 на 100 км в год. При этом большинство отказов обусловлено механическими повреждениями.
КЛ высокого давления содержит три одножильных кабеля, затянутых в стальной трубопровод. Для пропитки бумажной изоляции МНК высокого давления и заполнения трубопровода применяется вязкое масло типа С-220 (или его аналог), которое обеспечивает большую импульсную прочность кабелей. Компенсация изменения объема масла в КЛ, а также поддержание избыточного давления в заданных пределах осуществляется с помощью автоматического подпитывающего устройства (АПУ), расположенного на одном из концов КЛ.
Токопроводящие жилы кабелей высокого давления имеют круглую форму (без центрального маслопроводящего канала) и скручиваются из луженых медных проволок. Жилы сечением более 700 мм2 скручиваются из четырех секторов, изолированных слоями полупроводящей бумаги.
Экран по жиле состоит из трех полупроводящих лент бумаги КП-080 толщиной 0,08 мм или двух лент КП-120 толщиной 0,12 мм; при этом одна лента из двухцветной бумаги марки КПДУ-080.
Экран по изоляции имеет следующую конструкцию: одна лента двухцветной бумаги марки КПД-120; одна лента полупроводящей бумаги КП-120 для кабелей 110–220 кВ или три ленты для кабелей 330–500 кВ; одна полупроводящая металлизированная перфорированная лента толщиной 0,14 мм; одна медная перфорированная лента толщиной 0,15 мм с прослойкой ленты полупроводящей бумаги толщиной 0,12 мм.
Изоляция жил также выполняется из бумаги различной толщины и плотности, для чего применяются ленты кабельной бумаги толщиной 0,08 и 0,12 мм для кабелей 110 кВ и толщиной 0,08, 0,12 и 0,17 мм для кабелей на напряжение 220 кВ и выше. Ленты бумаги накладываются на жилу с зазором 0,5–2,0 мм методом обмотки и пропитываются маслом C-220.
Толщина изоляции для кабелей различных сечений равна 9,6–12,4 мм для кабелей 110 кВ, 17,5–20,7 мм для кабелей 220 кВ (рабочая напряженность – не более 9 кВ/мм) и 30–31 мм для кабелей 500 кВ (рабочая напряженность – не более 15 кВ/мм).
На экран по изоляции накладываются (с шагом 100–300 мм) не менее двух полукруглых проволок скольжения из немагнитного материала (медные луженные или бронзовые проволоки) размером 2,5?5 мм, предохраняющие его и изоляцию от повреждения при затягивании кабеля в трубопровод.
МНК высокого давления выпускаются двух марок: МВДТ – маслонаполненный кабель в свинцовой оболочке, снимаемой на месте прокладки при протягивании кабеля в трубопровод, и МВДТк – маслонаполненный кабель, доставляемый к месту прокладки в контейнере с маслом.
Для сооружения КЛ в России применяются в основном стальные катаные трубы с наружным диаметром 219 или 273 мм и толщиной стенки 10 мм. Стальной трубопровод является надежной защитой кабелей от механических повреждений.
Для присоединения кабеля к линиям электропередачи, трансформаторам или элементам распределительного устройства используются концевые муфты марки КМВДТ и кабельные вводы в трансформатор. Для соединения строительных длин кабелей используются соединительные муфты марки СМВДТ. Для соединения строительных длин кабелей в месте перехода от магистрального трубопровода к трубам разветвления, идущим к концевым муфтам или кабельным вводам в трансформаторы используются соединительно-развет-вительные муфты марки СРМВДТ. Для разводки фаз кабеля из трубопровода к концевым муфтам используются разветвительные муфты марки РМВДТ.
МНК высокого давления в стальном трубопроводе могут проклады-ваться в туннелях, в земле и под водой. Так, например, для вывода мощно-сти от Усть-Илимской ГЭС в 1975–1979 г.г. было сооружено 7 КЛ 500 кВ высокого давления длиной 1030–1100 м (проложены в двух туннелях), рассчитанных на передачу мощности 630 МВА по каждой КЛ. На Нижнекамской ГЭС в 1979–1983 г.г. было сооружено 4 КЛ 500 кВ длиной 420–840 м (проложены в двух туннелях), рассчитанных на передачу мощности до 400 МВА по каждой КЛ. На всех этих линиях использовался маслонаполненный кабель высокого давления (МВДТ) с сечением медной жилы 625 мм2 и толщиной изоляции 30 мм.
Отказы маслонаполненных КЛ высокого давления на номинальное напряжение 110-500 кВ носят единичный характер и обусловлены, в основном, предшествующими механическими повреждениями.
За рубежом к настоящему времени реализованы конструкции МНК на номинальное напряжение до 800 кВ включительно с сечением медной жилы до 2500 мм2 большой пропускной способности (до 2000 МВА и выше) для воздушной, подземной и подводной прокладки.
Одним из ведущих зарубежных производителей МНК высокого и сверхвысокого напряжения является корпорация Sumitomo Electric (Япония). Корпорацией Sumitomo Electric впервые были разработаны кабели с комбинированной изоляцией из кабельной целлюлозной бумаги и полипропиленовой пленки, пропитываемой кабельным маслом или специальной синтетической жидкостью (PPLP OF Cables). Ком-бинированная бумажно-пленочная изоляция PPLP (см. рис. 20) по сравнению с бумажной изоляцией имеет более высокую электрическую прочность при переменном и импульсном напряжении (соответственно, на 29 и 43 %), а также более низкие диэлектрические потери (фактор потерь tg в 4 раза меньше). 
Рис. 20. Бумажно-пленочная изоляция PPLP.
В 1989 г. корпорацией Sumitomo Electric был изготовлен кабель на напряжение 500 кВ с изоляцией типа РРLP для линии Honshu–Shikoku, проложенной по мосту (сечение жилы кабеля – 2500 мм2, толщина изоляции кабеля – 25 мм). Длина линии–15,3 км, пропускная способность – 1200 МВА. В 1993 г. впервые был изготовлен кабель на напряжение 800 кВ с изоляцией типа РРLP (см. рис. 21) с пропускной способностью 2000 МВА (сечение жилы кабеля –2000 мм2, толщина изоляции кабеля – 30 мм). Опытный образец кабеля 800 кВ успешно прошел длительные стендовые испытания в Канаде. В перспективе пропускная способность МНК с PPLP изоляцией может быть увеличена до 3000 МВА при использовании напряжения 1100 кВ (при повышении давления масла в кабеле до 1 МПа).
Рис. 21. МНК низкого давления с PPLP-изоляциейна напряжение 800 кВ.
Среди других производителей МНК на напряжение 110 кВ и выше можно выделить крупнейших производителей кабельной продукции в Европе – компании NEXANS и Pirelli. Эти компании, например, участвовали в реализации в 1997 г. проекта кабельного перехода через Гибралтарский пролив. Длина подводного участка КЛ 400 кВ составляет 26 км, пропускная способность КЛ – 700 МВт. Для целей связи, управления и защиты были проложены также две подводные оптоволоконные линии, связанные с помощью бандажа на силовых кабелях.
