Кабели силовые 4-х жильные 35 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты

Кабели силовые на напряжение 35 кВ с пластмассовой изоляцией и четырьмя жилами представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 35 кВ частотой 50 Гц. Основное их преимущество перед кабелями с бумажно-масляной изоляцией заключается в отсутствии необходимости в сложной системе подпитки маслом, простоте монтажа и эксплуатации, а также в повышенной стойкости к механическим воздействиям и перепадам температур.

Конструкция кабеля

Конструкция четырехжильного кабеля 35 кВ является многослойной и строго регламентированной. Каждый слой выполняет определенную электрическую и механическую функцию.

• Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия или меди, круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма жил применяется для уменьшения общего диаметра кабеля и экономии материалов изоляции и оболочки. Жилы могут быть однопроволочными (для небольших и средних сечений) или многопроволочными (для повышенной гибкости).
• Экран на жиле (полупроводящая экранная лента или экструдированный слой). Наносится поверх токопроводящей жилы. Его основная задача – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений на границе металла и изоляции, что предотвращает возникновение частичных разрядов – главной причины старения изоляции.
• Изоляция. Выполняется из сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE) или, реже, из полиэтилена высокой плотности (ПВП, HDPE). СПЭ является основным материалом благодаря своим выдающимся свойствам: высокая электрическая прочность (около 20 кВ/мм), термостойкость (длительно допустимая температура жилы +90°C), стойкость к тепловым ударам и химическая инертность. Толщина изоляции нормирована стандартами (например, ГОСТ 31996-2012 или МЭК 60502-2) и для 35 кВ составляет, как правило, 9-10.5 мм.
• Экран на изоляции (полупроводящей слой). Наносится поверх изоляции каждой жилы. Вместе с экраном на жиле он формирует цилиндрический конденсатор, ограничивая электрическое поле внутри изоляции.
• Нулевая жила. В четырехжильных кабелях на 35 кВ четвертая жила, как правило, является нулевой (нейтралью) и имеет уменьшенное сечение по сравнению с фазными (основными) жилами. Например, при сечении фазных жил 240 мм², сечение нулевой жилы может быть 120 мм². Конструкция ее изоляции и экранирования идентична фазным жилам.
• Поясная изоляция. В кабелях с отдельно экранированными жилами поверх скрученных изолированных жил может накладываться поясная изоляция из полупроводящего материала или крепированной бумаги.
• Общий экран (металлическая экранирующая оболочка). Обязательный элемент для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, гофрированной металлической оболочки или оплетки из медных проволок. Функции: защита от внешних электромагнитных помех, обеспечение симметрии электрического поля, создание пути для тока короткого замыкания и тока утечки.
• Дренажный проводник. Неизолированный медный проводник, контактирующий с металлическим экраном. Служит для заземления экрана и обеспечения удобного монтажа концевых и соединительных муфт.
• Внешняя оболочка. Защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, химических веществ и солнечного излучения. Изготавливается из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката или полиэтилена (PE). Полиэтиленовая оболочка (PE) обладает лучшими механическими и влагозащитными свойствами, ПВХ – повышенной стойкостью к распространению горения и лучшей гибкостью при низких температурах. Цвет оболочки, как правило, черный.

Области применения

Кабели данного типа применяются для прокладки в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, коллекторах, шахтах (за исключением взрывоопасных зон), по эстакадам и в помещениях. Они используются для:

• Создания питающих линий от подстанций 35/10(6) кВ к городским и промышленным распределительным пунктам.
• Питания крупных промышленных предприятий, насосных и компрессорных станций.
• Устройства вводов в здания мощных потребителей.
• Строительства распределительных сетей в условиях, где недопустимо использование маслонаполненных кабелей (экологические требования, сложный рельеф, риск механических повреждений).

Ключевые технические характеристики

Технические параметры регламентируются национальными (ГОСТ, ТУ) и международными (МЭК, HD) стандартами.

Таблица 1. Основные электрические параметры кабеля 35 кВ

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение, U0/U (Um)	20,5 / 35 кВ (40,5 кВ)
Длительно допустимая температура жилы	+90°C (для СПЭ-изоляции)
Максимальная температура при КЗ (до 5 с)	+250°C
Минимальная температура монтажа без предварительного прогрева	-20°C (для ПВХ оболочки), -30°C (для PE оболочки)
Допустимый радиус изгиба при монтаже	Не менее 15-20 наружных диаметров кабеля
Сопротивление изоляции	Не менее 100 МОм·км при +20°C
Испытательное переменное напряжение промышленной частоты	65 кВ (на переменном токе) в течение 1 часа после монтажа
Испытательное постоянное напряжение	84 кВ (на постоянном токе) в течение 15 мин.

Таблица 2. Примеры сечений жил и массо-габаритных показателей (алюминиевые жилы, СПЭ-изоляция, оболочка ПВХ)

Сечение фазных жил, мм²	Сечение нулевой жилы, мм²	Приблизительный наружный диаметр, мм	Приблизительная масса 1 км кабеля, кг	Допустимый длительный ток нагрузки (в земле)*, А
3×50+1×25	25	65-70	3500-4000	170-180
3×95+1×50	50	75-80	4500-5000	235-250
3×150+1×70	70	85-90	6000-6500	295-310
3×240+1×120	120	95-105	8000-9000	380-400

• Значения приведены ориентировочно для прокладки в земле (траншее) при температуре грунта +20°C, глубине заложения 0.7-1 м и удельном тепловом сопротивлении грунта 1.0 К·м/Вт. Точные значения определяются расчетом в соответствии с ПУЭ и зависят от конкретных условий прокладки.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабелей 35 кВ требует соблюдения строгих правил. Перед прокладкой необходимо проверить целостность оболочки и изоляции (мегомметром на 2.5-5 кВ). Радиус изгиба должен строго соблюдаться во избежание повреждения изоляции и экранов. При прокладке в земле кабель укладывается на подготовленную песчаную подушку, защищается сигнальной лентой или плитами, а траншея засыпается мягким грунтом без камней. Обязательным является правильное заземление металлических экранов с двух сторон. В концевой муфте экраны разделяются и заземляются, что позволяет использовать устройства защиты от однофазных замыканий на землю по току нулевой последовательности. При эксплуатации необходим периодический контроль температуры кабеля, состояния трассы и муфт, а также измерение сопротивления изоляции и тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) для оценки старения изоляции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) от кабеля с бумажно-масляной изоляцией?

Кабель с СПЭ-изоляцией не содержит масла, что исключает риск утечек и необходимость в системах подпитки и давления масла. Он легче, обладает большей допустимой температурой жилы (+90°C против +70-80°C), допускает большие перегрузки и вертикальную прокладку без ограничений. Монтаж и обслуживание проще и чище. Однако он более чувствителен к качеству монтажа муфт и требует абсолютной чистоты при заделке.

Почему в кабеле 35 кВ используется именно четыре жилы, а не три?

Четвертая жила выполняет функцию нулевого (нейтрального) рабочего проводника в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью. Она необходима для проведения тока несимметрии и тока однофазного короткого замыкания на землю. В трехжильных кабелях эта функция возлагается на металлический экран или оболочку, что не всегда допустимо по току КЗ и требует специальных расчетов.

Как правильно выбрать сечение нулевой жилы?

Сечение нулевой жилы нормируется стандартами и, как правило, составляет 25-50% от сечения фазной жилы. Для кабелей 35 кВ распространены комбинации: 3×120+1×70, 3×150+1×70, 3×240+1×120. Окончательный выбор должен быть подтвержден расчетом тока однофазного КЗ и проверкой на термическую стойкость.

Обязательно ли заземлять экраны с двух сторон, и что будет, если этого не сделать?

Заземление экранов с двух сторон является обязательным требованием ПУЭ для кабелей на напряжение выше 1 кВ. При одностороннем заземлении незаземленный экран окажется под опасным потенциалом (наводимое напряжение может достигать десятков процентов от фазного), что создает угрозу для персонала и приводит к повышенным потерям и старению изоляции из-за циркулирующих токов. Двустороннее заземление выравнивает потенциал и обеспечивает путь для тока КЗ на землю, необходимый для корректной работы релейной защиты.

Каковы основные причины выхода из строя таких кабелей?

Основные причины: дефекты монтажа соединительных и концевых муфт (нарушение герметичности, загрязнение, неправильная фазировка), механические повреждения оболочки при раскопках, старение изоляции из-за длительного воздействия повышенных температур или частичных разрядов, коррозия металлического экрана при попадании влаги через поврежденную оболочку.

Можно ли прокладывать кабель 35 кВ в одном лотке с кабелями низкого напряжения?

ПУЭ (п. 2.1.16) допускает совместную прокладку, но при условии, что кабели выше 1 кВ будут отделены от кабелей ниже 1 кВ несгораемой перегородкой или проложены в разных отсеках лотка/короба. Это требование связано с необходимостью защиты низковольтных цепей от наведенных помех и повышения безопасности при повреждении кабеля 35 кВ.

Заключение

Четырехжильные силовые кабели 35 кВ с пластмассовой (СПЭ) изоляцией являются надежным, технологичным и экономически обоснованным решением для строительства и модернизации распределительных сетей среднего напряжения. Их широкое внедрение обусловлено превосходными электрофизическими характеристиками изоляции, удобством монтажа и эксплуатации, а также снижением эксплуатационных затрат. Корректный выбор сечения, соблюдение нормативов прокладки и заземления, а также качественный монтаж аксессуаров являются залогом многолетней и безаварийной службы кабельной линии.