Кабели силовые на напряжение 30 кВ с пластмассовой изоляцией сечением 120 мм²: конструкция, применение, стандарты

Силовые кабели на напряжение 30 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) или поливинилхлорида (ПВХ) и сечением токопроводящей жилы 120 мм² являются ключевым элементом современных распределительных сетей среднего класса напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ и 30 кВ частотой 50 Гц. Данная статья детально рассматривает конструктивные особенности, технические характеристики, области применения и нормативную базу для данного типа кабельной продукции.

Конструкция кабеля 30 кВ 120 мм²

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Стандартная компоновка для одножильного и трехжильного кабеля имеет отличия.

1. Токопроводящая жила

Жила сечением 120 мм² изготавливается в соответствии с ГОСТ 22483 или IEC 60228. Как правило, используется класс гибкости 1 (однопроволочная) или класс 2 (многопроволочная). Материал – алюминий (А) или медь (Cu). Для сечения 120 мм²:

• Алюминиевая жила: Наиболее распространенный вариант для магистральных линий благодаря экономичности и меньшему весу. Сопротивление постоянному току при 20°C не более 0.253 Ом/км.
• Медная жила: Применяется при повышенных требованиях к токовой нагрузке, в условиях ограниченного сечения трасс или в ответственных объектах. Сопротивление постоянному току при 20°C не более 0.153 Ом/км.

2. Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из СПЭ)

Обязательный элемент для выравнивания электрического поля вокруг жилы. Представляет собой экструдированный слой полупроводящего сшитого полиэтилена, накладываемый поверх жилы. Устраняет микронеровности и предотвращает возникновение локальных перенапряжений в изоляции.

3. Изоляция

Основной диэлектрический барьер. Для напряжения 30 кВ применяются два основных типа полимерной изоляции:

• Сшитый полиэтилен (XLPE, СПЭ): Является современным стандартом. Получается путем вулканизации полиэтилена, что придает материалу высокую термостойкость (допустимая температура жилы +90°C в длительном режиме), отличные диэлектрические и механические свойства. Толщина изоляции нормируется стандартами (например, для 30 кВ – typically 8.0-9.0 мм).
• Поливинилхлорид (PVC, ПВХ): Применяется реже для данного уровня напряжения. Имеет более низкую допустимую рабочую температуру (+70°C) и худшие диэлектрические потери по сравнению с СПЭ, но отличается высокой стойкостью к распространению пламени и меньшей стоимостью.

4. Экран по изоляции

Выполнен в виде полупроводящего слоя (экструдированная полупроводящая лента или полимер), поверх которого наложена медная экранирующая оболочка. Экран служит для:

• Создания равнопотенциальной поверхности вокруг изоляции.
• Отвода токов утечки и емкостных токов.
• Защиты от внешних электромагнитных помех.
• Обеспечения безопасности при касании в случае пробоя изоляции (отвод тока короткого замыкания на землю).

Экранирующая оболочка может быть выполнена в виде медных проволок, наложенных спирально или продольно, или в виде медной ленты. Для сечения 120 мм² минимальное сечение экрана нормируется (например, 25 мм² по ГОСТ 31996).

5. Разделительный слой

Изоляционная лента или обмотка, накладываемая поверх экрана для защиты от взаимодействия с металлической броней или внешней оболочкой.

6. Броня (при наличии)

Защищает кабель от механических повреждений (растяжения, удары, грызуны). Для кабелей 30 кВ обычно применяется:

• Броня из стальных оцинкованных проволок (тип КлГ).
• Броня из стальных оцинкованных лент (тип Бл).

Наличие и тип брони указываются в марке кабеля.

7. Внешняя оболочка

Защищает все внутренние элементы от воздействия влаги, агрессивных сред, ультрафиолета. Изготавливается из поливинилхлоридного пластиката (PVC) или полиэтилена (PE). Оболочка может иметь различные свойства: обычное исполнение, стойкое к распространению горения (нг), безгалогенное, с низким дымовыделением (LS).

Маркировка и типы кабелей

В России распространены кабели, соответствующие ГОСТ 31996-2012 (аналоги IEC 60502). Примеры марок для напряжения 30 кВ, 120 мм²:

• АПвП 1х120/35-30: А – алюминиевая жила, Пв – изоляция из сшитого полиэтилена, П – наружная оболочка из полиэтилена. Одножильный.
• АПвПу 1х120/35-30: «у» – усиленная оболочка. Одножильный.
• АПвВг 3х120-30: А – алюминиевая жила, Пв – изоляция из СПЭ, В – оболочка из ПВХ, г – герметизация (гидрофобный заполнитель в жилах). Трехжильный с поясной изоляцией и общим экраном.
• ПвПг 1х120/35-30: П – медная жила (отсутствие «А»), Пв – изоляция из СПЭ, П – оболочка из полиэтилена, г – герметизация. Одножильный.
• АПвБбШп 3х120-30: А – алюминий, Пв – СПЭ, Б – броня из стальных лент, б – без подушки, Шп – защитный шланг из полиэтилена. Трехжильный бронированный.

Основные технические характеристики

Электрические параметры (для кабеля с изоляцией из СПЭ, ГОСТ 31996)

Параметр	Значение для 30 кВ	Примечание
Номинальное напряжение U0/U (Um), кВ	18/30 (36)	U0 – напряжение между жилой и землей, U – между жилами
Максимальная рабочая температура жилы, °C	90	Длительный режим
Температура при КЗ (макс.), °C	250	Длительность не более 5 сек
Допустимый ток нагрузки (Iдоп)	~280-320 А (для 1 кабеля в земле)	Зависит от условий прокладки, температуры грунта, числа кабелей в траншее
Емкость, мкФ/км	~0.25-0.30	Приблизительное значение
Индуктивное сопротивление, Ом/км	~0.15-0.18	Приблизительное значение

Механические и климатические параметры

• Минимальный радиус изгиба при монтаже: Обычно 15-20 наружных диаметров кабеля (для одножильных кабелей с экраном – до 25 диаметров).
• Диапазон температур монтажа: Не ниже -20°C (для исполнения УХЛ и ХЛ – не ниже -40°C) без предварительного прогрева.
• Допустимая температура эксплуатации: От -50°C до +50°C для окружающей среды.
• Стойкость к короткому замыканию: Способность выдерживать термическое воздействие тока КЗ, величина которого зависит от начальной температуры, материала жилы и времени отключения.

Области применения

Кабели 30 кВ 120 мм² применяются для создания кабельных линий электропередачи в следующих сферах:

• Городские и промышленные распределительные сети (районные и квартальные подстанции, вводы в здания).
• Питание крупных промышленных предприятий, насосных станций, объектов ЖКХ.
• Кабельные вставки в воздушные линии (КВЛ).
• Прокладка в кабельных коллекторах, туннелях, по эстакадам, в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений, если кабель небронированный.
• Объекты генерации (подключение вспомогательных систем электростанций).

Выбор между одножильным и трехжильным исполнением зависит от схемы сети, способа прокладки и экономических соображений. Одножильные кабели требуют специальных мер по компенсации индуктивных потерь в экранах при параллельной прокладке.

Нормативная база и стандарты

• ГОСТ 31996-2012: Основной стандарт в РФ на кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 1 кВ до 30 кВ.
• IEC 60502-2: Международный стандарт для кабелей на напряжение от 6 кВ до 30 кВ.
• ПУЭ (Глава 2.3, 7-е изд.): Правила устройства электроустановок, регламентирующие выбор, прокладку и монтаж кабельных линий.
• СП 76.13330.2016: Свод правил по проектированию и монтажу электроустановок.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем ключевое отличие кабеля с изоляцией из СПЭ от кабеля с ПВХ-изоляцией для 30 кВ?

СПЭ-изоляция имеет более высокую рабочую температуру (90°C против 70°C), меньшие диэлектрические потери, большую стойкость к тепловым перегрузкам и токам КЗ, а также лучшие влагостойкие характеристики. Кабели с ПВХ-изоляцией для 30 кВ применяются ограниченно, в основном, из-за требований по нераспространению горения в специфичных условиях.

2. Как правильно выбрать между алюминиевым и медным кабелем 120 мм² на 30 кВ?

Выбор основан на технико-экономическом расчете. Алюминиевый кабель легче и значительно дешевле, что делает его предпочтительным для протяженных магистральных линий. Медный кабель имеет меньшее электрическое сопротивление, более высокую стойкость к механическим нагрузкам (для гибких исполнений) и меньший диаметр при одинаковом сечении, что важно при ограниченном пространстве в кабельных сооружениях. При равном сечении медный кабель может пропускать больший ток.

3. Обязательно ли использовать кабель с броней для прокладки в земле?

Согласно ПУЭ (п. 2.3.83), прокладка кабелей без брони в земле (траншее) допускается только при условии защиты их от механических повреждений кирпичом, бетонными плитами или сигнальной лентой. На участках с повышенным риском повреждения (например, в городских условиях, при пересечении дорог, в каменистых грунтах) настоятельно рекомендуется применять бронированные кабели (типы Бл, Кл).

4. Как рассчитывается допустимый ток нагрузки для кабеля 30 кВ 120 мм²?

Расчет I_доп – сложный процесс, учитывающий способ прокладки (в земле, в воздухе, в трубе), температуру окружающей среды или грунта, количество работающих параллельно кабелей, удельное тепловое сопротивление грунта, наличие тепловой изоляции. Исходные данные приведены в ГОСТ 31996 (Приложение Б) или в отраслевых справочниках. Для точного определения необходимо выполнять теплотехнический расчет или использовать специализированное ПО.

5. Что означает маркировка «г» в обозначении кабеля (например, АПвВг)?

Буква «г» указывает на герметизацию. В кабелях на среднее напряжение это обычно означает заполнение межжильного пространства (для многожильных кабелей) или наличие гидрофобного заполнителя под оболочкой, который препятствует продольному распространению влаги в случае повреждения внешней оболочки. Это повышает надежность и срок службы линии.

6. Каков типовой срок службы такого кабеля?

Номинальный срок службы кабелей 30 кВ с изоляцией из СПЭ, произведенных в соответствии с ГОСТ, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может быть значительно больше при соблюдении условий прокладки, монтажа, эксплуатационных токовых нагрузок и отсутствии внешних повреждений.

Заключение

Силовой кабель 30 кВ сечением 120 мм² с пластмассовой изоляцией, в особенности на основе сшитого полиэтилена, представляет собой высокотехнологичное изделие, обеспечивающее надежную и эффективную передачу электроэнергии в сетях среднего напряжения. Правильный выбор марки кабеля (с учетом материала жилы, типа изоляции, наличия брони и защитной оболочки), а также строгое соблюдение правил монтажа и эксплуатации, регламентированных ПУЭ и другими нормативными документами, являются залогом долговечной и безопасной работы кабельной линии на протяжении всего ее жизненного цикла.