Кабели силовые 20 кВ сечение 50 мм с пластмассовой изоляцией
Кабели силовые на напряжение 20 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением 50 мм²: конструкция, применение, монтаж и эксплуатация
Силовые кабели на напряжение 20 кВ с номинальным сечением токопроводящей жилы 50 мм² и пластмассовой изоляцией представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего класса напряжения. Данный типоразмер широко востребован для создания надежных и эффективных кабельных линий, питающих крупные жилые микрорайоны, промышленные предприятия, коммерческие центры и объекты инфраструктуры. Под термином «пластмассовая изоляция» в современной электротехнической практике для данного класса напряжения практически всегда подразумевается изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE), которая полностью вытеснила бумажно-масляную изоляцию ввиду своих эксплуатационных преимуществ.
Конструкция кабеля 20 кВ 50 мм²
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Стандартное исполнение соответствует ГОСТ 31996-2012 или международным стандартам IEC 60502-2.
- Токопроводящая жила: Номинальное сечение 50 мм². Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Для меди класс гибкости 1 или 2 (однопроволочная или многопроволочная), для алюминия – обычно класс 1 или 2. Медь обеспечивает большую проводимость и механическую прочность, алюминий – меньшую стоимость и вес.
- Экран по жиле (полупроводящей слой): Наносится поверх жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Выравнивает электрическое поле, устраняя микроскопические неровности поверхности жилы и предотвращая локальные концентрации напряженности.
- Основная изоляция: Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE) номинальной толщиной, строго регламентированной стандартами. Для кабеля 20 кВ толщина изоляции обычно составляет 5,5-6,0 мм. Процесс сшивания (вулканизации) молекул полиэтилена придает материалу высокую температурную стойкость (до 90°C в продолжительном режиме) и устойчивость к деформациям.
- Экран по изоляции (полупроводящей слой): Аналогичный слой, наносимый поверх основной изоляции. Вместе с экраном по жиле формирует коаксиальную конструкцию, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции.
- Металлический экран (заземляющий): Выполняет функции защитного заземления, является путем для тока короткого замыкания и тока утечки. Для кабеля 50 мм² на 20 кВ обычно применяется:
- Медная лента, наложенная продольно или спирально.
- Медные проволоки, наложенные поверх экранной ленты или вместо нее.
- Комбинированный экран: медная лента + дренажные проволоки.
- Поясная изоляция (разделительный слой): Как правило, представляет собой ленту из ПЭТ или аналогичного материала, наложенную поверх металлического экрана для предотвращения его контакта с внешней оболочкой.
- Внешняя оболочка: Изготавливается из поливинилхлоридного (PVC) пластиката или полиэтилена (PE). Выполняет защитную функцию от механических повреждений, влаги, агрессивных сред и ультрафиолета. Цвет оболочки обычно черный. Для кабелей с изоляцией XLPE часто применяется оболочка из PE высокой плотности (HDPE).
- Подземная прокладка: Наиболее распространенный способ. Кабель укладывается в траншеи с песчаной подушкой, защищается кирпичом или сигнальными лентами, либо прокладывается в кабельных каналах, блоках, тоннелях и коллекторах. Обязательна проверка на отсутствие механических повреждений оболочки.
- Прокладка в воздухе: По стенам зданий, эстакадам, галереям, а также на тросах (воздушные кабельные линии). При этом необходимо учитывать воздействие солнечного излучения и выбирать кабель с УФ-стабилизированной оболочкой (обычно из PE).
- Прокладка в помещениях: В электрощитовых, на производственных площадках, в тоннелях. Важно соблюдать требования пожарной безопасности: для помещений могут применяться кабели с пониженным дымо- и газовыделением (оболочка из PVC с индексом «нг(А)-LS»).
- Раскатка и укладка: Запрещается сбрасывать барабан с кабелем. Раскатка производится с применением роликов для минимизации трения и риска повреждения оболочки. Строго контролируется радиус изгиба.
- Разделка концов: Точное послойное снятие оболочки, экранов и изоляции по специальным технологическим картам. Необходимо для обеспечения правильного электрического поля в зоне терминала.
- Монтаж концевых муфт (концевой заделки): Устанавливаются для перехода с кабеля на воздушную линию или для ввода в распределительное устройство (КРУ, КСО). Применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты, а также муфты с заливкой компаундом.
- Монтаж соединительных муфт: Используются для соединения двух отрезков кабеля в одну линию. Требуют высокой точности и герметичности соединения экранов и изоляции.
- Заземление: Металлические экраны кабеля с двух сторон должны быть надежно заземлены. Это обеспечивает безопасность и нормальную работу защитных устройств.
- Измерение сопротивления изоляции: Мегаомметром на напряжение 2500-5000 В.
- Испытание повышенным выпрямленным напряжением: Стандартная процедура после монтажа и в процессе эксплуатации для оценки состояния изоляции.
- Диагностика частичных разрядов (ЧР): Современный метод, позволяющий выявить микроскопические дефекты в изоляции, которые могут привести к пробою в будущем.
- Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ): Оценка диэлектрических потерь в изоляции, их рост указывает на старение или увлажнение.
Основные технические и электрические характеристики
Параметры кабеля регламентируются стандартами и должны быть указаны в технической документации производителя.
| Параметр | Значение для медной жилы | Значение для алюминиевой жилы | Примечания |
|---|---|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um), кВ | 12/20 (24) | U0 – напряжение между жилой и землей, U – между жилами, Um – максимальное рабочее напряжение. | |
| Сечение жилы, мм² | 50 | По ГОСТ или IEC. | |
| Максимально допустимая температура жилы (длительно), °C | 90 | Для изоляции XLPE. | |
| Максимальная температура при КЗ (до 5 сек), °C | 250 | 200 | Согласно IEC 60502. |
| Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп), А* | ~200-220 | ~155-170 | *Зависит от способа прокладки (в земле, воздухе, количестве кабелей в пучке). Значения ориентировочные. |
| Сопротивление жилы постоянному току при 20°C, Ом/км, не более | 0.387 | 0.641 | По ГОСТ 22483. |
| Испытательное переменное напряжение промышленной частоты, кВ/время | 30 кВ / 5 мин. | Для готового кабеля на заводе. | |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | 15-20 x D кабеля | Где D – наружный диаметр кабеля. | |
Области применения и способы прокладки
Кабели данного типа применяются для передачи и распределения электрической энергии в трехфазных сетях переменного тока частотой 50 Гц с изолированной или эффективно заземленной нейтралью.
Особенности монтажа и соединения
Монтаж кабелей 20 кВ требует высокой квалификации персонала и использования специального инструмента.
Контроль и диагностика
Эксплуатация кабельных линий 20 кВ сопровождается периодическими испытаниями и диагностикой.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие кабеля с изоляцией XLPE от кабеля с бумажно-масляной изоляцией?
Кабель с изоляцией XLPE не содержит масла, что исключает риск утечек и упрощает монтаж (нет необходимости в специальных ограничительных устройствах для компенсации давления масла). Он легче, имеет большую допустимую температуру жилы (90°C против 70-80°C), допускает большие перегрузки и вертикальную прокладку без ограничений. Монтаж муфт и концевых заделок проще и быстрее.
Какой материал жилы выбрать: медь или алюминий?
Выбор зависит от технико-экономического расчета. Медный кабель имеет меньшее электрическое сопротивление, большую стойкость к механическим нагрузкам и коррозии, меньший диаметр при одинаковом сечении. Алюминиевый кабель значительно дешевле и легче. Для сечения 50 мм² на 20 кВ, где токи нагрузки не столь велики, алюминиевые кабели часто оказываются экономически целесообразными при условии использования качественных контактных соединений с защитой от окисления.
Как правильно определить необходимое сечение кабеля 50 мм² для конкретного объекта?
Сечение 50 мм² выбирается не произвольно, а на основе расчета:
1. По допустимому длительному току нагрузки (Iдоп). Расчетный ток объекта должен быть меньше Iдоп с учетом поправочных коэффициентов на способ прокладки, температуру грунта/воздуха и количество работающих рядом кабелей.
2. По потере напряжения. Падение напряжения в конце линии не должно превышать значений, установленных ПУЭ (обычно 5% для силовых нагрузок).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания. Проверяется, что кабель выдержит расчетный ток КЗ за время его отключения защитой.
Обязательно ли использовать кабели с нераспространяющими горение свойствами (нг(А)-LS)?
Требования определяются местом прокладки. Согласно актуализированным редакциям ПУЭ и СП, для прокладки в зданиях и помещениях, в кабельных сооружениях (кроме одиночной прокладки), должны применяться кабели, не распространяющие горение с низким дымо- и газовыделением (например, с индексом «нг(А)-LS»). Для одиночной прокладки в земле или по воздуху вне зданий допускается применение кабелей с обычной оболочкой из PVC или PE.
Как часто нужно проводить высоковольтные испытания кабельной линии 20 кВ?
Периодичность регламентируется ПТЭЭП и ведомственными инструкциями. Для кабельных линий 6-35 кВ, находящихся в эксплуатации более 5 лет, испытания повышенным выпрямленным напряжением проводятся, как правило, 1 раз в 2-3 года. После монтажа муфт или ремонта – обязательно. Новые линии перед вводом в эксплуатацию также проходят приемо-сдаточные испытания.
Что означает маркировка «АПвПу-20 1х50/25-10» на кабеле?
Это пример расшифровки по ГОСТ:
А – алюминиевая жила,
Пв – изоляция из сшитого полиэтилена (вулканизированного),
Пу – усиленная защитная оболочка из полиэтилена,
20 – номинальное напряжение 20 кВ,
1х50 – одна жила сечением 50 мм²,
/25 – сечение экрана (дренажных проволок) 25 мм²,
-10 – климатическое исполнение (для умеренного и холодного климата).