Кабели алюминиевые экранированные

Кабели алюминиевые экранированные: конструкция, применение и технические аспекты

Кабели алюминиевые экранированные представляют собой класс силовых и контрольных кабелей, токопроводящие жилы которых изготовлены из алюминия или его сплавов, а в конструкции присутствует экран, выполненный, как правило, из медной или алюминиевой проволоки/ленты. Данные изделия находят широкое применение в стационарных прокладках для передачи и распределения электрической энергии в сетях напряжением до 35 кВ включительно, а также для подключения оборудования. Их использование обусловлено сочетанием экономической эффективности алюминия как проводника и необходимости подавления электромагнитных помех, обеспечения безопасности, которую предоставляет экран.

Конструктивные особенности и материалы

Конструкция экранированного алюминиевого кабеля является многослойной, каждый элемент которой выполняет строго определенную функцию. Стандартная компоновка, начиная от центра:

• Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия марок А0, АЕ или сплавов (например, Al-Mg-Si). Жилы могут быть однопроволочными (монолитными) для малых сечений и многопроволочными для сечений, как правило, от 25-35 мм² и выше. Класс гибкости обычно 1 или 2 (по ГОСТ 22483). Форма жилы – круглая или секторная (сегментная), последняя применяется для оптимизации заполнения пространства в многожильных кабелях.
• Фазная изоляция: Наносится экструзией на каждую жилу. Материалы изоляции определяют область применения и номинальное напряжение:
  • Сшитый полиэтилен (XLPE): Наиболее распространенный материал для кабелей на напряжение 6, 10, 20, 35 кВ. Обладает высокой термостойкостью (допустимая температура длительной работы +90°C), отличными диэлектрическими и механическими свойствами.
  • Поливинилхлоридный пластикат (ПВХ): Применяется для кабелей на напряжение до 1 кВ. Имеет более низкую термостойкость (+70°C), но хорошую гибкость и стойкость к химическим воздействиям.
  • Резина на основе этиленпропиленовой каучуковой смеси (EPR): Используется в кабелях специального назначения, где требуется повышенная гибкость и стойкость к перегрузкам.
• Поясная изоляция: В многожильных кабелях поверх изолированных жил может накладываться обмотка из полупроводящей или изоляционной ленты для формирования круглой формы.
• Экран (экранирующая оболочка) по жилам: Обязательный элемент для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Выполняет несколько ключевых функций:
  • Выравнивание электрического поля вокруг каждой жилы, предотвращение возникновения локальных перенапряжений и коронных разрядов.
  • Защита от внешних электромагнитных помех.
  • Ограничение излучения электромагнитного поля от кабеля во внешнюю среду.
  • Обеспечение безопасности при обслуживании, так как при заземлении снимает статический заряд и ограничивает потенциал.

  Экран обычно выполняется в виде полупроводящего слоя (экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен или наложенная полупроводящая лента) в сочетании с металлическим экраном.

• Металлический экран (броня): Располагается поверх экрана по жилам. Выполняется из:
  • Медных проволок (чаще круглого сечения).
  • Медной ленты (гофрированной для гибкости).
  • Алюминиевой ленты (гофрированной).
  • Комбинации ленты и проволок.

  Медный экран обладает лучшей проводимостью и стойкостью к коррозии, алюминиевый – более легкий и дешевый. Экран подлежит обязательному заземлению с двух сторон кабельной линии.

• Разделительный слой: Представляет собой поясную изоляцию (например, из ПВХ или полиэтилентерефталатных лавсановых лент), наложенную поверх металлического экрана для защиты от коррозии и механического повреждения внешней оболочкой.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и солнечного излучения. Материалы: ПВХ пластикат (обычный, маслостойкий, не распространяющий горение), полиэтилен (сшитый или линейный низкой плотности), реже – резина. Цвет оболочки, как правило, черный.

Классификация и маркировка

Кабели алюминиевые экранированные классифицируются по нескольким ключевым признакам, что отражается в их буквенно-цифровой маркировке (по ГОСТ и ТУ).

• По номинальному напряжению: 0,66 кВ; 1 кВ; 6 кВ; 10 кВ; 20 кВ; 35 кВ.
• По количеству жил: 1, 2, 3, 4 (3+1), 5 (3+2 или 4+1).
• По материалу изоляции: В маркировке это отражается буквами: «в» — ПВХ, «п» — полиэтилен, «пв» — вулканизированный полиэтилен, «П» — сшитый полиэтилен (в современной маркировке часто используется англоязычное XLPE).
• По наличию и типу экрана: «Э» — экран общий из медных проволок и/или ленты, «г» — герметизация (водоблокирующие элементы).
• По материалу оболочки: «в» — ПВХ, «шв» — шланг ПВХ, «шп» — шланг полиэтиленовый.
• По типу брони (при наличии): «Б» — броня из стальных лент, «Бн» — броня из стальных лент с негорючим защитным шлангом, «К» — броня из круглых стальных оцинкованных проволок.

Пример маркировки: АПвЭП 1х240/35-10 – Кабель с алюминиевой жилой (А), с изоляцией из вулканизированного полиэтилена (Пв), с экраном (Э), с полиэтиленовой оболочкой (П), одножильный, сечение жилы 240 мм², сечение экрана 35 мм², на напряжение 10 кВ.

Области применения и условия прокладки

Экранированные алюминиевые кабели предназначены для стационарной прокладки в различных условиях:

• Электрические сети среднего напряжения (6-35 кВ): Распределительные сети городов, питание промышленных предприятий, насосных станций, объектов инфраструктуры. Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам, в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений (бронированные исполнения).
• Низковольтные силовые линии (до 1 кВ) с повышенными требованиями к ЭМС: Питание чувствительного электронного оборудования, систем автоматизации, в медицинских и научных учреждениях.
• Подключение мощного электроприемников: Трансформаторов, двигателей, генераторов, где требуется защита от наведенных помех.

Важное ограничение: неэкранированные алюминиевые кабели на напряжение выше 1 кВ в современных проектах практически не применяются, экран является обязательным элементом.

Сравнительный анализ: алюминий vs медь в экранированных кабелях

Критерий	Алюминиевый кабель	Медный кабель
Стоимость	Значительно ниже (в пересчете на единицу длины и пропускную способность). Алюминий дешевле меди в 3-4 раза.	Высокая. Медь – дорогой цветной металл.
Вес	На 40-50% легче при одинаковой проводимости. Упрощает транспортировку и монтаж.	Тяжелее, что увеличивает нагрузку на конструкции и сложность прокладки.
Проводимость	Удельная электропроводность ~61% от меди. Для одинаковой токовой нагрузки требуется сечение жилы примерно на 50-60% больше, чем у медной.	Высокая. Меньшее сечение при равном токе.
Гибкость и устойчивость к изломам	Алюминий более хрупок, имеет меньший предел текучести. Многопроволочные жилы требуют аккуратного обращения.	Медь более пластична, многопроволочные жилы обладают высокой гибкостью.
Склонность к окислению	На воздухе мгновенно образуется тугоплавкая оксидная пленка (Al2O3), ухудшающая контакт. Требует применения специальных смазок, луженых наконечников.	Окисляется медленнее, оксидная пленка менее устойчива. Контактные соединения более надежны.
Линейное расширение	Коэффициент линейного расширения выше. Требует учета при проектировании протяженных линий и в концевых заделках.	Ниже, чем у алюминия.
Совместимость с оборудованием	Требует клемм и наконечников, рассчитанных на алюминий. Не допускается прямое соединение с медью без биметаллических переходников.	Универсальна, стандартные клеммы рассчитаны на медь.

Ключевые технические параметры и выбор сечения

При выборе кабеля необходимо учитывать следующие параметры:

• Номинальное напряжение (U0/U, Um): U0 – напряжение между жилой и землей/экраном, U – между жилами, Um – максимальное рабочее напряжение. Например, 6/10 кВ, 8.7/15 кВ.
• Сечение токопроводящей жилы: Определяется по допустимому длительному току нагрузки с учетом условий прокладки (температура грунта/воздуха, группировка), по потере напряжения и по термической стойкости к токам короткого замыкания. Для алюминиевых жил стандартный ряд: 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500, 630, 800 мм².
• Сечение экрана: Нормируется для обеспечения проводимости, достаточной для протекания токов короткого замыкания и токов утечки. Обычно указывается в мм² (например, 16, 25, 35).
• Допустимая температура:
  • Длительная работа: +70°C (ПВХ), +90°C (XLPE, EPR).
  • Короткое замыкание: +160°C (ПВХ), +250°C (XLPE).
• Минимальный радиус изгиба: Крайне важный параметр при монтаже. Для одножильных экранированных кабелей с XLPE изоляцией обычно составляет 15-20 наружных диаметров кабеля. Превышение радиуса может привести к повреждению экрана и изоляции.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж экранированных алюминиевых кабелей требует соблюдения строгих правил:

• Заземление экрана: Металлический экран должен быть надежно заземлен с обоих концов кабельной линии. Это необходимо для безопасности, снятия заряда и обеспечения нормальной работы защитных устройств. В длинных линиях (свыше нескольких километров) может применяться поперечное заземление или заземление в одной точке для уменьшения токов циркуляции.
• Оконцевание и соединение: Концевые муфты и соединительные муфты должны быть специально предназначены для экранированных кабелей соответствующего напряжения. Особое внимание уделяется восстановлению экрана и электрического поля. Для алюминиевых жил обязательны кабельные наконечники, опрессованные или сварные.
• Борьба с окислением: При монтаже контактных соединений необходимо использовать кварце-вазелиновую пасту или современные антиоксидантные составы для разрушения оксидной пленки и предотвращения ее повторного образования.
• Учет линейного расширения: При прокладке в воздухе на большие расстояния кабель должен иметь возможность смещаться в точках крепления или укладываться с компенсирующими петлями.
• Механические нагрузки: Запрещено подвергать кабель растяжению, ударам, резким изгибам. Прокладка в земле требует песчаной подушки и защиты кирпичом или плитами.

Нормативная база и стандарты

Производство и применение кабелей в РФ регламентируется:

• ГОСТ 18410-73 «Кабели силовые с бумажной изоляцией» (для старых типов).
• ГОСТ 16442-80 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией» (с изменениями).
• ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-1:2004) «Кабели силовые на номинальное напряжение 1 кВ и 3 кВ».
• ГОСТ Р МЭК 60502-2-2009 «Кабели силовые на номинальное напряжение от 6 кВ до 30 кВ».
• Стандарты серии МЭК 60502 (международные).
• Правила устройства электроустановок (ПУЭ, главы 2.3 и 2.4).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Почему для сетей выше 1 кВ обязателен экран?

Экран выравнивает радиальное электрическое поле вокруг жилы, предотвращая его искажение и концентрацию на дефектах изоляции или в воздушных включениях, что приводит к частичным разрядам, локальному перегреву и, в конечном итоге, пробою изоляции. Также он защищает от внешних помех и снижает электромагнитное излучение.

Можно ли соединять алюминиевый экранированный кабель с медным?

Прямое механическое соединение алюминиевой и медной жил недопустимо из-за гальванической коррозии. Необходимо использовать либо специальные биметаллические (алюмомедные) наконечники или переходные клеммные колодки, либо выполнять соединение через переходную шину с нанесением антиоксидантной пасты.

Как правильно выбрать сечение экрана?

Сечение экрана нормируется стандартами и техническими условиями на кабель. Оно выбирается производителем исходя из требований к току однофазного короткого замыкания на землю, который будет протекать по экрану. Для проектировщика важно убедиться, что указанное в каталоге сечение экрана соответствует расчетным токам КЗ в конкретной сети.

В чем разница между броней и экраном?

Экран (металлический) – это, прежде всего, электрический элемент, предназначенный для электромагнитных функций (заземление, выравнивание поля, защита от помех). Броня (стальные ленты или проволоки) – это механическая защита от растяжения, сдавливания, грызунов. В некоторых конструкциях (например, кабели типа АПвБШв) могут присутствовать и экран (медный), и броня (стальная).

Каковы основные причины выхода из строя экранированных алюминиевых кабелей?

• Неправильный монтаж концевых заделок и муфт (не восстановлен экран, остались воздушные полости).
• Механическое повреждение изоляции и экрана при прокладке (превышение радиуса изгиба, защемление).
• Коррозия алюминиевой жилы в местах соединения из-за плохого контакта и отсутствия антиоксидантной защиты.
• Перегрузка по току, ведущая к перегреву и термическому старению изоляции.
• Повреждение оболочки и последующее проникновение влаги в конструкцию кабеля (для кабелей без продольной герметизации).

Допустима ли прокладка одножильных экранированных кабелей в стальных трубах?

Прокладка в стальных трубах возможна, но нежелательна для кабелей на среднее напряжение из-за возникновения значительных вихревых токов в ферромагнитном материале трубы, ведущих к дополнительным потерям и перегреву. Предпочтительны пластиковые трубы (гофры), лотки, короба. Если прокладка в стальной трубе неизбежна, все жилы одной фазы должны находиться в одной трубе.