Кабель ПвПу2гж 20 кВ 150 мм²: полный технический анализ и область применения
Кабель ПвПу2гж 20 кВ с сечением токопроводящей жилы 150 мм² представляет собой силовой кабель высокого напряжения, предназначенный для стационарной прокладки в электрических сетях на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его конструкция и материалы обеспечивают высокую надежность, долговечность и безопасность при эксплуатации в сложных условиях. Расшифровка маркировки по ГОСТ 18410-73 и последующим стандартам следующая: П – изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ), в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ), Пу – усиленная защитная оболочка (при наличии буквы «у»), 2г – герметизация жилы гидрофобной лентой, ж – наличие экрана из медных проволок (жгута).
Конструкция кабеля ПвПу2гж 20 кВ 150 мм²
Конструкция кабеля является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее послойно, от центра к периферии.
1. Токопроводящая жила
Жила сечением 150 мм² изготавливается из медной проволоки (как правило, по классу 2 по ГОСТ 22483). Медь обеспечивает высокую электропроводность, стойкость к окислению и механическую прочность. Для данного сечения жила может быть как однопроволочной (монолитной), так и многопроволочной. В кабелях на 20 кВ чаще применяется многопроволочная круглая уплотненная жила, что повышает гибкость и удобство монтажа.
2. Экранирование жилы
Поверх жилы накладывается экран в виде полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Его ключевая задача – выравнивание электрического поля вокруг жилы, устранение локальных концентраций напряженности и микрополостей, что предотвращает возникновение частичных разрядов, разрушающих изоляцию.
3. Изоляция
Основной изолирующий слой выполнен из сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE). Толщина изоляции нормируется стандартами (например, ТУ 16.К71-335-2004) и для напряжения 20 кВ составляет, как правило, 5.5-6.0 мм. Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу исключительные свойства: высокую температурную стойкость (длительно до +90°C, в аварийном режиме до +130°C), стойкость к тепловому старению и механическую прочность.
4. Экранирование изоляции
Состоит из двух обязательных элементов:
- Полупроводящей экран (внутренний): накладывается непосредственно на изоляцию, выполняется из полупроводящего сшитого полиэтилена.
- Экран из медных проволок (жгут) (внешний): обозначается литерой «ж» в маркировке. Представляет собой оплетку из медных проволок малого сечения, наложенную поверх полупроводящего экрана. Обеспечивает симметрию электрического поля, является элементом системы защитного заземления для отвода токов утечки и токов короткого замыкания.
- Внутренний слой: ПВХ пластикат пониженной горючести.
- Наружный слой: ПВХ пластикат повышенной механической прочности и стойкости к истиранию. Такая конструкция обеспечивает защиту от механических повреждений, агрессивных сред (химикатов, масел) и повышает общую надежность кабеля при прокладке в грунте, кабельных каналах, тоннелях.
- Точное значение Iдоп определяется по ПУЭ гл. 1.3 с учетом способа прокладки, температуры грунта/воздуха и количества работающих кабелей в одной траншее.
- Распределительные сети 6-20 кВ: Подземные линии отходящих фидеров от подстанций к городским и промышленным распределительным пунктам (РП), трансформаторным подстанциям (ТП).
- Питание крупных промышленных предприятий: Прокладка в кабельных каналах, тоннелях, по эстакадам внутри производственных территорий.
- Инфраструктурные объекты: Электроснабжение аэропортов, железнодорожных узлов, портов, объектов ТЭК.
- Кабельные линии в грунте: Прямая прокладка в траншеях (при условии защиты от механических повреждений кирпичом или сигнальной лентой). Наличие герметизации («2г») и усиленной оболочки («Пу») делает кабель устойчивым к влаге, коррозии и умеренным механическим нагрузкам.
- Преимущества:
- Более высокая допустимая температура жилы (+90°C против +70°C у бумажно-масляных), что позволяет увеличить пропускную способность линии.
- Отсутствие масла исключает риск утечек и необходимость в маслоприемных устройствах и системах давления, что упрощает монтаж и эксплуатацию.
- Меньший вес и внешний диаметр при аналогичных параметрах, что облегчает транспортировку и прокладку.
- Меньшая требуемая сила тяжения при протяжке.
- Возможность прокладки на вертикальных и наклонных трассах без ограничения по перепаду высот.
- Более высокая стойкость к термическим и механическим перегрузкам.
- Недостатки/особенности:
- Более высокая чувствительность к качеству монтажа муфт и концевых заделок. Требует абсолютной чистоты и соблюдения технологии.
- Относительно высокая стоимость самого кабеля (хотя общие затраты на сооружение линии часто ниже из-за простоты монтажа).
- Необходимость использования специального инструмента и комплектующих для монтажа соединительных и концевых муфт.
- Транспортировка и хранение: Барабаны должны быть закреплены. Хранение – под навесом, защищающим от прямых солнечных лучей.
- Раскатка: Запрещено сбрасывать барабаны с транспортного средства. Раскатка осуществляется с применением кабельных роликов с шагом 1.5-3 м для предотвращения механических повреждений и трения об землю.
- Радиус изгиба: Строгое соблюдение минимально допустимого радиуса изгиба (не менее 15D). Нарушение ведет к необратимой деформации изоляции и экранов.
- Монтаж муфт: Должен выполняться квалифицированным персоналом, с использованием термоусаживаемых или холодноусаживаемых комплектов, предназначенных specifically для кабелей с СПЭ-изоляцией на 20 кВ. Обязательна обработка полупроводящих слоев, точное позиционирование и герметизация.
- Заземление: Медные экраны кабеля с обеих сторон должны быть надежно заземлены. В трехжильных кабелях экраны часто соединяются и заземляются на концах линии. В одножильных кабелях для предотвращения наведения циркулирующих токов применяют перекрестное соединение экранов (схема «cross-bonding»).
- Испытания после монтажа: Обязательным является проведение высоковольтных испытаний постоянным напряжением 75 кВ в течение 15 минут.
- Нарушение технологии монтажа муфт (плохая зачистка, неправильная усадка, попадание влаги или загрязнений).
- Механические повреждения оболочки при прокладке.
- Превышение допустимого радиуса изгиба.
- Систематическая перегрузка по току, ведущая к тепловому старению изоляции.
- Удар грозового перенапряжения при недостаточном уровне защиты линии.
5. Разделительный слой и герметизация
Поверх экрана из медных проволок может накладываться поясная изоляция из электроизоляционной ленты. Литера «2г» в маркировке указывает на наличие герметизации: под оболочкой располагается слой из алюмополимерной или алюминиевой ламинированной ленты, обеспечивающей продольную герметизацию кабеля от проникновения влаги. Это критически важно для сохранения диэлектрических свойств на протяжении всего срока службы.
6. Защитная оболочка
Внешняя оболочка кабеля ПвПу2гж – двухслойная («Пу»):
Основные технические характеристики и параметры
Электрические параметры
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 20/35 кВ |
| Максимальная рабочая температура жилы | +90°C |
| Максимальная температура при КЗ (до 5 сек) | +250°C |
| Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп)* | ~320-350 А (зависит от условий прокладки) |
| Сопротивление жилы постоянному току при +20°C, не более | 0.124 Ом/км |
| Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц | 50 кВ (в течение 10 мин.) |
| Испытательное постоянное напряжение | 75 кВ (в течение 15 мин.) |
Механические и климатические параметры
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Минимальный радиус изгиба при прокладке | Не менее 15 наружных диаметров кабеля |
| Диапазон температур монтажа (без предварительного подогрева) | Не ниже -15°C |
| Диапазон рабочих температур окружающей среды | От -50°C до +50°C |
| Стойкость к тепловому удару при монтаже | До +70°C |
| Срок службы | Не менее 30 лет |
Область применения и способы прокладки
Кабель ПвПу2гж 20 кВ 150 мм² предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. Основные сферы применения:
Важно: Кабель не предназначен для прокладки в воде (водоемах), в блоках, заполненных кабельной массой, а также для подвижного монтажа.
Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами (например, с кабелем с бумажно-масляной изоляцией)
Требования к монтажу и эксплуатации
Успешная работа кабельной линии на 90% зависит от правильности монтажа. Ключевые требования:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается ПвПу2гж от ПвПг?
Маркировка «ПвПг» (например, по старому ТУ 16.К71-279-98) обозначает кабель с изоляцией из СПЭ, оболочкой из ПВХ, с экраном из медной ленты (г – голый, т.е. без защитного покрытия). В маркировке ПвПу2гж: «Пу» – усиленная оболочка, «2г» – герметизация алюмополимерной лентой, «ж» – экран в виде медного жгута (проволок). Кабель ПвПу2гж имеет более высокий уровень механической защиты и обязательную продольную герметизацию, что расширяет условия его применения, особенно для прокладки в грунтах с высокой влажностью.
Какой допустимый ток нагрузки для этого кабеля при прокладке в земле?
Для кабеля ПвПу2гж 20 кВ 150 мм², проложенного в земле (в траншее, на глубине 0.7 м, температуре грунта +15°С, удельном тепловом сопротивлении 1.2 К·м/Вт, с расстоянием между кабелями 250 мм в одной траншее), допустимый длительный ток составляет приблизительно 320-330 А. При прокладке в воздухе (на открытом воздухе, при температуре +25°С, с расстоянием в свету равным диаметру кабеля) ток возрастает до ~350-360 А. Точный расчет должен проводиться по методике, изложенной в гл. 1.3 ПУЭ 7-го издания, с учетом всех поправочных коэффициентов.
Можно ли использовать этот кабель для прокладки в воздухе?
Да, кабель ПвПу2гж полностью пригоден для прокладки на открытом воздухе (по фасадам зданий, по эстакадам). Усиленная ПВХ оболочка обеспечивает стойкость к ультрафиолетовому излучению, окислению и перепадам температур. Однако при прокладке на солнце необходимо вводить соответствующий поправочный коэффициент на токовую нагрузку.
Как правильно выбрать муфты для монтажа кабеля ПвПу2гж 20 кВ?
Для монтажа необходимо использовать только специализированные соединительные и концевые муфты, рассчитанные на работу с кабелями с СПЭ-изоляцией на напряжение 20 кВ. Муфты для бумажно-масляных кабелей не подходят. Наиболее распространены термоусаживаемые муфты (с изоляцией из радиационно-сшитого полиэтилена) и холодноусаживаемые (на основе силикона или EPDM). Выбор зависит от условий монтажа и предпочтений монтажной организации. Критически важно, чтобы комплект был предназначен именно для экрана типа «жгут».
Что означает требование «обязательное заземление экранов» и как его выполнить?
Медный экран (жгут) является частью токовой цепи, особенно при коротких замыканиях. Его заземление с двух сторон линии выполняет две функции: обеспечивает безопасность персонала (снимает опасный потенциал) и позволяет работать устройствам релейной защиты, реагирующим на замыкания на землю. Заземление выполняется путем соединения экрана с заземляющей шиной подстанции через специальные заземляющие зажимы в концевых муфтах. Для одножильных кабелей большой длины применяют схемы поперечного соединения экранов (cross-bonding) для снижения потерь и наведенных токов.
Каковы основные причины выхода из строя кабелей с СПЭ-изоляцией?
Основные причины отказов, как правило, связаны не с дефектами самого кабеля, а с нарушениями на этапе монтажа и эксплуатации:
Регулярный мониторинг (например, диагностика частичных разрядов) позволяет выявить развивающиеся дефекты на ранней стадии.
Заключение
Кабель ПвПу2гж 20 кВ 150 мм² является современным, надежным и технологичным решением для строительства и модернизации распределительных сетей среднего напряжения. Его конструкция, сочетающая преимущества изоляции из сшитого полиэтилена, усиленной герметизированной оболочки и медного экрана-жгута, обеспечивает длительный срок службы и высокую эксплуатационную стабильность в различных условиях прокладки. Ключевым фактором успешной эксплуатации линии на основе данного кабеля остается строгое соблюдение нормативов проектирования, правил монтажа и требований по испытаниям, выполняемое квалифицированным персоналом.