Кабели силовые на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией сечением 120 мм²: конструкция, стандарты, применение
Силовые кабели на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией и сечением токопроводящей жилы 120 мм² представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. Основное преимущество пластмассовой изоляции (сшитый полиэтилен, ПВХ) перед бумажно-масляной заключается в отсутствии необходимости в сложном обслуживании, простоте монтажа, высокой стойкости к увлажнению и меньшем радиусе изгиба.
Конструкция кабеля 20 кВ 120 мм²
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Типовая конструкция для трехжильного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) соответствует ГОСТ 31996-2012 или международным стандартам IEC 60502-2.
1. Токопроводящая жила
Жила сечением 120 мм² изготавливается, как правило, из медной или алюминиевой проволоки. Для данного сечения чаще применяется уплотненная или круглая многопроволочная конструкция, обеспечивающая необходимую гибкость и стойкость к переменным нагрузкам.
- Материал: Медь (Cu) марки М1 по ГОСТ 859 или алюминий (Al) марки А5, А5Е по ГОСТ 13843.
- Класс гибкости: Для кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение 20 кВ обычно применяется жила 1-го (однопроволочная) или 2-го (многопроволочная) класса по ГОСТ 22483.
- Форма: В трехжильных кабелях жилы часто имеют секторную форму для компактности общего диаметра.
- Сшитый полиэтилен (XLPE, СПЭ): Наиболее распространенный материал. Обладает высокой термостойкостью (допустимая температура жилы +90°C в длительном режиме), отличными диэлектрическими и механическими свойствами. Сшивка молекул (химическая или радиационная) повышает стойкость к тепловой деформации.
- Поливинилхлорид (ПВХ): Применяется реже для данного класса напряжения, но используется. Имеет более низкую термостойкость (допустимая температура +70°C) и диэлектрические параметры, но отличается высокой стойкостью к огню и агрессивным средам.
- Полупроводящей слой: Накладывается непосредственно на изоляцию, аналогично экрану на жиле.
- Металлический экран: Выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, оплетки из медных проволок или их комбинации. Для сечения 120 мм² часто применяется экран из медных проволок сечением не менее 25 мм². Функции: защита от внешних электромагнитных помех, замыкание емкостных токов на землю в аварийных режимах (при пробое изоляции), обеспечение безопасности персонала.
- Точные значения зависят от условий прокладки (в земле, в воздухе, количество кабелей в траншее, температура грунта) и должны определяться по ПУЭ гл. 1.3 или методом теплового расчета.
- Промышленные предприятия: Питание цеховых подстанций, мощных электродвигателей, печных установок.
- Городское распределение: Кабельные вставки в воздушных линиях, питание районных трансформаторных подстанций (ТП), кольцевание между ТП.
- Инфраструктурные объекты: Аэропорты, вокзалы, больницы, торговые центры.
- Объекты ВИЭ: Сборные сети солнечных электростанций и ветропарков.
- В кабельных траншеях (земле): Наиболее распространенный способ. Требует устройства песчаной подушки, защиты кирпичом или плитами от механических повреждений.
- В кабельных каналах, туннелях, коллекторах: Для сложных городских и промышленных сетей.
- По эстакадам и галереям: На территории промышленных предприятий.
- В воздухе (по фасадам, на тросах): С обязательной защитой от УФ-излучения (оболочка из светостабилизированного полиэтилена).
- ПвП: Кабель с изоляцией из вулканизированного (сшитого) полиэтилена, в полиэтиленовой оболочке.
- 20 кВ: Номинальное напряжение.
- 1х120/25: Одна жила сечением 120 мм², сечение экрана из медных проволок 25 мм².
- ож: Оболочка из полиэтилена.
- Раскатка: Запрещается волочение кабеля по земле. Используются ролики, лебедки с динамометром для контроля натяжения.
- Изгиб: Радиус изгиба должен строго соответствовать ТУ (обычно не менее 15-20 диаметров кабеля).
- Соединение и оконцевание: Требуют высокой квалификации. Применяются кабельные муфты (соединительные, концевые). Для кабелей с СПЭ-изоляцией используются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. Обязательна тщательная зачистка, выравнивание поля с помощью полупроводящих лент и восстановление экрана.
- Заземление: Металлические экраны кабелей с двух сторон должны быть надежно заземлены для стекания емкостных токов и безопасности.
2. Экран на жиле (для кабелей с изоляцией из СПЭ)
Обязательный элемент для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Представляет собой полупроводящий слой (экструдированный или в виде ленты), наложенный поверх жилы. Выравнивает распределение электрического поля у поверхности жилы, предотвращая локальные перенапряжения в изоляции.
3. Изоляция
Основной барьер, обеспечивающий электрическую прочность. Для кабелей 20 кВ применяются два основных типа пластмассовой изоляции:
Номинальная толщина изоляции для кабелей 20 кВ по ГОСТ 31996-2012 составляет 5,5 мм для СПЭ и 7,0 мм для ПВХ.
4. Экран на изоляции
Состоит из двух элементов: полупроводящего слоя и металлического экрана.
5. Поясная изоляция и внешняя оболочка
Поверх экранированных жил (в трехжильных кабелях) или поверх скрутки жил (в одножильных) накладывается поясная изоляция, часто в виде ПВХ-лент. Далее следует внешняя защитная оболочка из ПВХ пластиката, полиэтилена или безгалогенных композиций. Оболочка обеспечивает механическую защиту, стойкость к влаге, химикатам и УФ-излучению.
Основные технические характеристики и параметры
Таблица 1. Сравнительные параметры кабелей 20 кВ 120 мм² с разной изоляцией и материалом жилы
| Параметр | Кабель с изоляцией из СПЭ (Cu) | Кабель с изоляцией из СПЭ (Al) | Кабель с изоляцией из ПВХ (Cu) | Нормативный документ |
|---|---|---|---|---|
| Номинальное сечение жилы, мм² | 120 | ГОСТ 22483 | ||
| Максимально допустимая температура жилы в длительном режиме, °C | 90 | 90 | 70 | ГОСТ 31996, ГОСТ 16442 |
| Максимальная температура при КЗ (до 5 с), °C | 250 | 200 | 160 | ГОСТ 31996, ГОСТ 16442 |
| Допустимый длительный ток нагрузки (в земле), А* | ~300 | ~230 | ~250 | ПУЭ, Гл. 1.3 |
| Сопротивление жилы постоянному току при 20°C, Ом/км, не более | 0.153 (Cu) | 0.253 (Al) | 0.153 (Cu) | ГОСТ 22483 |
| Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц, кВ/время | 45 кВ / 10 мин | 45 кВ / 10 мин | ГОСТ 31996 | |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | 15-20 наружных диаметров | 10-15 наружных диаметров | Заводские ТУ | |
Области применения и способы прокладки
Кабели 20 кВ 120 мм² применяются для создания питающих и распределительных линий в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, а также в сетях с эффективно заземленной нейтралью.
Способы прокладки:
При прокладке в земле обязательно использование сигнальной ленты, а в зонах с повышенным риском повреждения — защитных плит.
Маркировка и обозначение
Маркировка кабелей осуществляется в соответствии с ГОСТ 31996. Пример расшифровки:
ПвП 20 кВ 1х120/25-ож:
АПвПуг 20 кВ 3х120/35: Кабель с алюминиевой жилой (А), изоляцией из сшитого полиэтилена (Пв), в полиэтиленовой оболочке (П), не распространяющий горение (уг).
Особенности монтажа и соединения
Монтаж кабелей 20 кВ требует специальной подготовки и инструмента. Ключевые этапы:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между кабелем с изоляцией из СПЭ и ПВХ на 20 кВ?
СПЭ имеет более высокую термостойкость (90°C против 70°C), меньшие диэлектрические потери, большую стойкость к тепловым деформациям и, как следствие, более высокую пропускную способность. ПВХ-кабели, как правило, дешевле и более стойки к распространению горения, но имеют худшие электрические характеристики и больший вес.
Как выбрать между медной и алюминиевой жилой?
Медный кабель имеет меньшее электрическое сопротивление, большую пропускную способность (на 25-30%), лучшее сопротивление на изгиб и стойкость к электрохимической коррозии в муфтах. Алюминиевый кабель значительно легче и дешевле. Выбор основывается на технико-экономическом расчете с учетом токовых нагрузок, бюджета и условий монтажа.
Обязательно ли использовать кабель с экраном на 20 кВ?
Да, согласно стандартам (ГОСТ, IEC), кабели на напряжение 6 кВ и выше должны иметь экран (заземляющую оболочку) поверх изоляции. Это требование электробезопасности и обеспечения нормальной работы релейной защиты.
Как определить необходимое сечение экрана?
Сечение экрана (обычно 16, 25, 35 мм²) нормируется стандартами и выбирается заводом-изготовителем исходя из условий стекания токов короткого замыкания. Для большинства применений 25-35 мм² для сечения жилы 120 мм² является достаточным. В проекте должен быть выполнен расчет токов КЗ для проверки.
Каков срок службы такого кабеля?
Номинальный срок службы кабелей с пластмассовой изоляцией составляет не менее 30 лет. Фактический срок зависит от условий эксплуатации (режимов нагрузки, коррозионной активности среды, механических воздействий, качества монтажа муфт).
Что означает маркировка «уг» в обозначении кабеля?
Маркировка «уг» (например, ПвПуг) означает, что кабель изготовлен в исполнении, не распространяющем горение, с пониженным дымо- и газовыделением. Это достигается применением специальных безгалогенных композиций для оболочки. Такие кабели обязательны для прокладки в метро, тоннелях, многофункциональных зданиях с массовым пребыванием людей.
Заключение
Силовой кабель 20 кВ сечением 120 мм² с пластмассовой изоляцией — высокотехнологичное изделие, выбор и применение которого требуют учета множества факторов: материала и конструкции жилы, типа изоляции (СПЭ или ПВХ), конструкции экрана, свойств оболочки, условий прокладки и эксплуатации. Правильный выбор, качественный монтаж и соблюдение правил эксплуатации являются залогом надежной и долговечной работы кабельной линии в распределительных сетях среднего напряжения. При проектировании и закупке необходимо руководствоваться актуальными версиями ГОСТ, ПУЭ и выполнять детальные расчеты нагрузок и токов короткого замыкания.