В. Д. Лебедев
I. ВВЕДЕНИЕ
Кабельное производство принадлежит к старейшим отраслям электротехнической промышленности; коммерческое производство телеграфных кабелей началось в Англии еще в 1851 г., а изготовление первых изолированных проводов относится к самому началу XIX столетия. Однако широкое развитие кабельной техники, и в особенности организованное и систематическое развитие исследовательских работ в этой области электротехники как у нас, так и за границей относится к значительно более позднему времени по сравнению с остальными ведущими отраслями электротехники. С таким развитием кабельная техника выступила только после окончания мировой войны. Долгое время кабельное производство отличалось особенным „секретничеством", тайны которого были доступны лишь немногим узким специалистам. Несмотря на то, что нормально доля выпуска кабельной промышленности составляет от 30 до 40% общего выпуска всей электропромышленности, она за границей не имеет своих дисциплин в технических высших учебных заведениях, если не считать отдельных, спорадически прочитанных кратких курсов при отдельных высших школах, например, курсы L. Emanuelli [14], Percy Dunsheath [13] и W. A. Del Mar [12]. У нас лишь в последнее время в очень немногих втузах организовано преподавание кабельных дисциплин, причем были даже выпуски инженеров по этой специальности. Однако нужно добавить, что наши электротехнические втузы, почти как правило, не имеют отдельных дисциплин, знакомящих учащихся с этой важнейшей отраслью электротехники. Не лучше обстоит дело и с литературой: кабельная техника имеет лишь обширную журнальную литературу, разбросанную в технических журналах всего мира, и очень скромную книжную литературу, почти целиком созданную лишь за последние 10 лет.
Техника производства силового кабеля развилась из техники производства кабеля слабого тока, а именно телеграфного кабеля, для которого ко времени возникновения потребности в силовом кабеле был накоплен громадный опытный и производственный материал. Телеграфный же кабель в свою очередь развился на базе канатного производства, откуда и самый термин „cable" — кабель, канат, трос. Старейший по возрасту специальный кабельный завод в Германии, Carlswerk, принадлежащий фирме Felten und Guilleaume A. G., был построен в 1874 г. для производства телеграфных кабелей; фирма к тому времени уже имела 20-летний опыт изготовления таких кабелей на своей канатной фабрике. Этот кабельный завод, особенно славящийся изготовлением подводных морских кабелей и имеющий в настоящее время громадные заслуги в области техники силового кабеля, начал выпуск силовых кабелей только в 1888 г., когда эти кабели уже не были новинкой.
Первые европейские силовые кабели имели изоляцию, которая была уже хорошо изучена по отношению к телеграфным кабелям, а именно гуттаперчевую, или же пропитанную джутовую изоляцию, которая для телеграфных кабелей удержалась у нас почти до самого конца 20-х годов. Венцом достижения времени первоначального развития силового кабеля был кабель на 2 000 В рабочего напряжения, проложенный в 1884 г. в Вене. Силовые кабели с пропитанной джутовой изоляцией имели в то время очень большое распространение; еще до сих пор в сетях Мосэнерго функционируют кабели с такой изоляцией на рабочее напряжение в 2 0000, проложенные в 1886— 1890 гг. Развитию этого типа кабелей помог изобретенный в 1879 г. Francois Вогелем в Швейцарии свинцовый пресс, этим изобретателем и были сделаны первые силовые кабели на 2 000 В для Вены.
Важным моментом в истории развития кабеля явилось изобретение в 1885 г. W. Siemens’oм бронирования кабеля ленточной броней, которое почти без изменений удержалось и до сих пор.
Кабели с пропитанной бумажной изоляцией, почти исключительно применяемые в настоящее время, впервые были изготовлены в 1890 г. Ferranti, работавшим у старейшей английской кабельной фирмы Callender’s Cable and Construction Co. Первые кабели Ferranti были построены на 10000 В рабочего напряжения и проложены между Лондоном и Дептфордом. Некоторые из этих кабелей находились в эксплуатации до 1924 г. Они состояли из двух концентрических жил, изолированных широкой бумагой с пропиткой канифольным маслом. Такой кабель вводился в свинцовую трубу длиной около 7 м и подвергался протяжке через очко с целью надлежащего обжатия; он не был гибким и зарывался прямо в грунт.
Напряжение в 10 000 В оставалось непревзойденным до 1908 г., когда в Англии (северо-восточный горный округ) в большом количестве были проложены трехфазные кабели на 20 кВ обычной теперь конструкции с поясной изоляцией. Опыт эксплуатации этих кабелей оказался вполне удачным. Почти в это же время кабели на 20 кВ были проложены у нас в Баку, где они работают и в настоящее время.
Следующей ступенью развития силового кабеля явились 30-кВ кабельное кольцо вокруг Берлина, выполненное фирмой AEG в 1910 г. в Берлине, и установка на 60 кВ тремя одножильными кабелями, выполненная фирмой Siemens u. Schuckert для электрической железной дороги Биттерфельд-Дессау. Мировой опыт с 30-кВ кабелями, в особенности в Англии, был, однако, не вполне удачен, хотя в основном кабельное кольцо вокруг Берлина до сих пор работает на первоначальных кабелях с поясной изоляцией. Неудачи послужили, однако, мощным толчком для развития исследований в области высоковольтного кабеля, которые завершились рядом блестящих достижений кабельной техники, в особенности в области кабеля высокого напряжения. У нас кабели на 30 кВ впервые были проложены заводом Севкабель в 1924—1926 гг. в виде 35-кВ кольца вокруг Ленинграда.
Дальнейшим этапом развития послужило изобретение в 1913 г. кабелей с экранированными (металлизированными) жилами, так называемых Н-кабелей, названных так по начальной букве фамилии изобретателя М. Hdchstadter’a. Широкое развитие и применение этого кабеля относится уже к послевоенному времени. В начале 20-х годов его успешным конкурентом явился родственный ему по идее кабель с отдельно освинцованными жилами. Одновременно шла работа по созданию одножильных кабелей на напряжение около 100 кВ путем улучшения обычной бумажной изоляции, пропитанной вязким компаундом. Наиболее крупной установкой последнего рода является выполненная в 1924 г. в Кливленде (USA) кабельная прокладка на напряжение 114 кВ. Стремления к созданию кабеля на напряжение 100 кВ нашли свое завершение в изобретении L. Emanuelli так называемого маслом наполненного кабеля. Первый такой кабель на рабочее напряжение в 130 кВ был проложен фирмой Pirelli в Италии в 1923 г. на опытной линии. Классическими установками этого кабеля являются проложенные в 1926 г. 132-кВ кабельные сети в Нью-Йорке и в Чикаго. В настоящее время в Италии проложена опытная линия такого кабеля и на 220 кВ; как на .первую коммерческую установку подобного рода нужно указать на прокладку 54 km 220 кВ маслом наполненного кабеля в Париже (1935 г.). У нас под Ленинградом имеется установка маслом наполненным кабелем на 120 кВ, выполненная в 1932 г. заводом ,Севкабель".
Заграничная кабельная промышленность в настоящее время обладает колоссальной производственной мощью. Достаточно сказать, что в Германии около 40 кабельных заводов, из которых 12 являются очень крупными заводами, причем ведущие заводы имеют мощность, значительно превышающую мощность наших заводов. Мощность английской и американской кабельной промышленности значительно превосходит мощность германской. Развитие нашей кабельной промышленности далеко еще отстало от развития заграничной промышленности: мы обладаем только пятью кабельными заводами; задержка в развитии получилась благодаря задержке в создании основной сырьевой базы для кабельной промышленности, а именно добывающей промышленности цветных металлов.
Фиг. 1. Кривые роста выпуска силовых кабелей и кабельной продукции советских кабельных заводов.
Особенно важно для кабельной промышленности своевременное развитие производства меди, алюминия и свинца, ибо в себестоимости силового кабеля стоимость меди составляет около 50%, а свинца — около 20%. Иллюстрация роста нашей кабельной промышленности дана на фиг. 1, где кривая 1 изображает рост выпуска нашими кабельными заводами силовых кабелей в километрах, начиная с 1913 г., а кривая II — рост общего выпуска всех кабельных изделий этих же заводов в ценах 1926/27 г. Эти кривые отмечают сильное отставание роста производства силовых кабелей даже от роста общего выпуска кабельной промышленности. В результате этого отставания кабельная продукция с конца 20-х годов у нас в стране стала резко дефицитной.
Во всяком случае характер кривых фиг. 1 показывает на неизбежность в ближайшее время усиленного строительства в области кабельной промышленности.
Крупное значение, которое имеет высоковольтный кабель в электрических сетях, вызвало появление почти во всех странах национальных стандартов на силовые кабели, регулирующих как конструкцию, так и качество кабелей. Вопросы стандартизации высоковольтных кабелей стали играть большую роль и на международных конференциях по высокому напряжению, на которых ведется подготовка международного стандарта на эти изделия. Наиболее важными и разработанными национальными стандартами являются: нормы VDE (Союза германских электротехников), английский стандарт British Standard Specification №480—1933 и в особенности нормы американских осветительных компаний, которые в последнее время развились в американский национальный стандарт. Много слабее разработаны французские нормы Union des Sind'cats de l’felectrlcite. Серьезно разработан наш ОСТ 6260.
В ряде стран, в том числе и в СССР, для разрешения крупнейших задач в области техники высоковольтного кабеля ведутся интенсивные научные исследования; главную роль в этих исследованиях играют кабельные заводы, но в последнее время к ним привлекаются и научные учреждения, в особенности у нас и в Америке, и кроме того, крупнейшие организации по эксплуатации сетей также повели крупные работы по исследованию высоковольтных кабелей, здесь особенно следует упомянуть Берлинское о-во BEWAG и американские о-ва NELA и E1LA. До начала 20-х годов ведущую роль в исследованиях кабелей вела Германия, однако в настоящее время ее значительно обогнали Англия, Италия и в особенности Америка, которая в середине 20-х годов задалась целью обогнать Европу в части построения хорошего высоковольтного кабеля и выполнила эту задачу в относительно очень короткий срок. Задача эта разрешалась кооперированной работой заводов, научных учреждений, инженерных организаций и потребляющих компаний; в результате этой работы под технику высоковольтного кабеля была подведена солидная теоретическая база.
