Кабели 10 кВ

Кабели на напряжение 10 кВ: конструкция, типы, применение и стандарты

Кабели на напряжение 10 кВ представляют собой ключевой элемент распределительных сетей среднего напряжения, связывающий подстанции 35-110/10 кВ с центрами питания городских кварталов, промышленных предприятий и крупных объектов. Их основное назначение – передача и распределение электрической энергии с высокой надежностью и безопасностью в различных условиях прокладки: в земле, кабельных каналах, туннелях, по эстакадам и внутри помещений. Рабочее напряжение 10 кВ соответствует классу напряжения 6/10(12) кВ по международной классификации, где 6 кВ – напряжение между жилой и землей, а 10(12) кВ – между жилами.

Конструкция кабелей 10 кВ

Конструкция силового кабеля на 10 кВ является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Основные компоненты, начиная от центра:

• Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия (А) или меди (М). Сечение жил стандартизировано: от 25-35 мм² до 240-300 мм², иногда выше для особых проектов. Жилы могут быть однопроволочными (секторной или круглой формы) для сечений до 70-95 мм² и многопроволочными для больших сечений, что обеспечивает гибкость.
• Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена). Полупроводящей слой в виде ленты или экструдированного покрытия. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, устраняя локальные концентрации напряженности, которые могут привести к пробою изоляции.
• Изоляция. Основной барьер, определяющий класс напряжения. В современных кабелях 10 кВ применяется два основных типа изоляции:
  • Сшитый полиэтилен (XLPE, СПЭ). Наиболее распространенный материал. Получается путем вулканизации полиэтилена, что придает ему высокую термостойкость (допустимая температура длительной нагрузки +90°C), стойкость к токам короткого замыкания (до +250°C) и отличные диэлектрические свойства.
  • Бумажная пропитанная изоляция (БПИ). Исторически первый тип. Жилы обматываются бумажной лентой с последующей пропиткой вязким масло-канифольным составом. Требует герметичной оболочки для предотвращения высыхания пропитки. Имеет ограничения по углу трассы и разности уровней из-за стекания пропитки.
• Экран по изоляции. Также полупроводящей слой. Вместе с экраном по жиле формирует коаксиальную конструкцию, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции. Обеспечивает безопасность при касании внешней оболочки.
• Поясная изоляция. В многожильных кабелях поверх индивидуально экранированных жил может накладываться общий поясной экран (обычно медная лента или проволока) для выравнивания потенциалов.
• Нулевая жила (заземляющий проводник). Присутствует в кабелях марки 1х, 3х, 4х. Может быть равного или уменьшенного сечения (указано в маркировке, например, 3х95+1х50). Предназначена для подключения к контуру заземления.
• Заполнитель. Промежуточные элементы из ПВХ, резины или полиэтилена, придающие кабелю круглую форму и механическую стабильность.
• Броня. Защитный слой от механических повреждений. Выполняется из стальных оцинкованных лент (тип Б) или стальных оцинкованных проволок (тип К). Ленточная броня защищает от легких повреждений, проволочная – от растягивающих усилий (прокладка в шахтах, по мостам).
• Внешняя оболочка. Защищает все внутренние элементы от влаги, химических веществ, солнечного излучения и обеспечивает дополнительную механическую защиту. Материалы: поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ) или шланговые полимеры без галогенов (при прокладке в метро, тоннелях).

Основные марки и их расшифровка

Маркировка кабелей 10 кВ осуществляется по ГОСТ и ТУ и содержит информацию о материале всех элементов.

Марка кабеля	Расшифровка	Основная область применения
АПвПу 10 кВ 3х120	А – алюминиевая жила, П – изоляция из сшитого полиэтилена, в – оболочка из ПВХ, Пу – усиленная защитная оболочка (полиэтилен). Кабель без брони.	Прокладка в кабельных каналах, туннелях, по эстакадам, внутри помещений, где исключены механические повреждения.
АПвБбШп 10 кВ 3х150	А – алюминиевая жила, П – изоляция из сшитого полиэтилена, в – оболочка из ПВХ, Б – броня из стальных лент, б – без подушки под броней, Шп – защитный шланг из полиэтилена.	Прокладка в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, в коллекторах. Наиболее распространенная марка для подземной прокладки.
АПвКШп 10 кВ 1х240	А – алюминиевая жила, П – изоляция из сшитого полиэтилена, в – оболочка из ПВХ, К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок, Шп – защитный шланг из полиэтилена.	Прокладка в грунтах с высокой коррозионной активностью, в сейсмических зонах, на участках с риском растягивающих нагрузок, в воде.
ЦАСБл 10 кВ 3х95	Ц – изоляция бумажная пропитанная, А – алюминиевая жила, С – свинцовая оболочка, Бл – броня из стальных лент с антикоррозийным покровом.	Существующие сети, где исторически применялись кабели БПИ. Имеют жесткие ограничения по разности уровней прокладки.
ПвП 10 кВ 3х70	П – медная жила (отсутствие «А»), в – изоляция из сшитого полиэтилена, П – оболочка из полиэтилена.	Ответственные объекты, взрывоопасные зоны, объекты с повышенными требованиями к пожарной безопасности (при использовании негорючих исполнений), внутристанционные соединения на ПС.

Ключевые технические характеристики

При выборе кабеля 10 кВ инженеры оперируют рядом критически важных параметров.

Электрические характеристики

• Допустимый длительный ток нагрузки. Зависит от сечения, материала жилы, условий прокладки (в земле, воздухе) и температуры окружающей среды. Определяет способность кабеля передавать мощность без перегрева изоляции.
• Сопротивление изоляции. Нормируется для каждой марки. Для кабелей с изоляцией XLPE при температуре +20°C составляет сотни МОм*км.
• Емкость. Важный параметр для расчета токов утечки и настройки релейной защиты. Кабели с изоляцией XLPE имеют меньшую емкость по сравнению с БПИ.
• Индуктивность и волновое сопротивление. Учитываются при расчетах переходных процессов и в сетях с компенсацией емкостных токов.

Механические и климатические характеристики

• Минимальный радиус изгиба. Для кабелей 10 кВ с изоляцией XLPE обычно составляет 15-20 наружных диаметров кабеля. Превышение радиуса изгиба может привести к повреждению изоляции и экранов.
• Диапазон рабочих температур. Для XLPE: от -50°C до +90°C (длительно), кратковременно при КЗ до +250°C. Для БПИ: от -50°C до +80°C (длительно).
• Допустимая температура монтажа. Для кабелей с ПВХ оболочкой монтаж без предварительного подогрева возможен обычно не ниже -15°C.

Выбор кабеля 10 кВ для конкретных условий прокладки

Выбор марки и сечения – комплексная задача, регламентируемая ПУЭ, СП и проектными нормами.

Прокладка в земле (траншее)

Требуется кабель с бронепокровом, стойким к механическим воздействиям при засыпке грунтом и проведении земляных работ в будущем. Стандартный выбор – АПвБбШп или АПвБбШв. При высоком уровне грунтовых вод или в агрессивных грунтах применяют кабели с алюмополимерной лентой в оболочке или броней из оцинкованных проволок (АПвКШп). Глубина прокладки – не менее 0.7 м до верха кабеля. Обязательна подсыпка и защита песчаным слоем сверху и снизу, а также сигнальная лента.

Прокладка в кабельных сооружениях (коллекторах, туннелях, эстакадах)

При отсутствии риска механических повреждений допускается применение кабелей без брони (АПвПу, ПвП), что снижает стоимость и вес. Однако в коллекторах с риском затопления или при наличии грызунов часто используют бронированные исполнения. При групповой прокладке необходимо учитывать коэффициент снижения токовой нагрузки.

Прокладка внутри помещений (ГРЩ, ЦТП, на предприятиях)

Применяют кабели в ПВХ или негорючей оболочке. Важным аспектом является пожарная безопасность: использование кабелей с пониженным дымовыделением и без галогенов (-нг(А)-HF). Для подключения мощного оборудования внутри цехов по эстакадам часто используют бронированные кабели.

Монтаж, соединение и оконцевание

Качественный монтаж – залог долговечности кабельной линии.

• Раскатка. Запрещено сбрасывать барабаны с транспортных средств. Раскатка ведется с применением роликов или лебедок, не допуская превышения радиуса изгиба и механических повреждений оболочки.
• Соединение жил. Выполняется с помощью кабельных муфт: соединительных, ответвительных, стопорных. Для кабелей 10 кВ с изоляцией XLPE применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. Критически важна чистота, соблюдение геометрии и герметичность соединения экранов.
• Оконцевание. Выполняется кабельными концевыми муфтами (КНМ) или с помощью специализированных наконечников для ввода в КРУ. Обеспечивает плавный контроль электрического поля на конце кабеля и безопасное подключение к шинам или аппаратуре.
• Заземление экранов. Экраны (металлические оболочки) кабелей 10 кВ на обоих концах должны быть надежно заземлены. Это необходимо для безопасности и нормальной работы защит. В длинных линиях может применяться поперечное заземление или установка защитных аппаратов для ограничения циркулирующих токов в экранах.

Испытания и диагностика

После монтажа кабельная линия 10 кВ подлежит приемо-сдаточным испытаниям, а в процессе эксплуатации – периодической диагностике.

• Испытание повышенным выпрямленным напряжением. Основной вид испытаний. Для кабелей 10 кВ испытательное напряжение составляет 60 кВ для кабелей с бумажной изоляцией и 45 кВ для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (по нормам РФ). Длительность приложения – 10 минут.
• Измерение сопротивления изоляции. Производится мегаомметром на напряжение 2500 В.
• Измерение сопротивления постоянному току жил. Проверяется целостность и качество соединений в муфтах.
• Диагностика частичных разрядов (ЧР). Современный метод, позволяющий выявить микроскопические дефекты в изоляции или в зоне муфт, которые могут привести к отказу в будущем.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличаются кабели с изоляцией XLPE от кабелей с бумажной изоляцией (БПИ)?

Кабели XLPE не требуют сложных систем подпитки маслом, не имеют ограничений по разности уровней прокладки, обладают большей пропускной способностью из-за более высокой допустимой температуры жилы (+90°C против +80°C у БПИ), имеют меньший вес и более просты в монтаже и обслуживании. БПИ-кабели исторически применялись повсеместно, но сегодня их производство и применение сокращается в пользу полимерной изоляции.

Как правильно выбрать сечение кабеля 10 кВ?

Выбор сечения проводится в два этапа. Первый – по экономической плотности тока (определяет наиболее выгодное сечение с точки зрения капитальных и эксплуатационных затрат). Второй – проверка выбранного сечения по условиям нагрева в нормальном и послеаварийном режимах (допустимый длительный ток), по термической стойкости к токам КЗ, по потере напряжения. Окончательный выбор осуществляется по максимальному сечению, полученному из всех проверок, с округлением до ближайшего стандартного значения.

Почему при прокладке в земле часто используют именно кабель АПвБбШп, а не АВБбШв?

АВБбШв имеет изоляцию из ПВХ, которая для напряжений 10 кВ является устаревшей и обладает худшими диэлектрическими и температурными характеристиками по сравнению со сшитым полиэтиленом (XLPE). Кабель с изоляцией XLPE (АПвБбШп) надежнее, долговечнее и имеет более высокую пропускную способность. В современных проектах для 10 кВ применяется почти исключительно изоляция XLPE.

Как быть, если трасса кабеля проходит через участки с разными условиями прокладки (например, от подстанции по воздуху, затем в земле, затем в тоннеле)?

В этом случае выбирают кабель, удовлетворяющий самым жестким условиям на всей трассе. Как правило, это бронированный кабель для прокладки в земле (например, АПвБбШп). Он подходит и для прокладки по воздуху (на эстакадах), и в тоннелях. Использование разных марок кабеля на одном участке линии нежелательно, так как требует установки дополнительных соединительных муфт в местах перехода, что снижает надежность.

Что означает цифра «10» в маркировке кабеля 10 кВ и бывают ли кабели на 6 или 15 кВ?

Цифра «10» означает номинальное междуфазное напряжение сети, для работы в которой предназначен кабель. Существуют кабели на классы напряжения 1, 6, 10, 15, 20, 35 кВ и выше. Кабели на 6 кВ (класс 3,6/6 кВ) и 10 кВ (класс 6/10 кВ) имеют разную толщину изоляции. Кабель на 10 кВ можно применять в сети 6 кВ (с запасом), но не наоборот. Кабели на 15 кВ (класс 8,7/15 кВ) имеют еще большую толщину изоляции и применяются в сетях соответствующего напряжения.

Каковы основные причины выхода из строя кабельных линий 10 кВ?

Основные причины: повреждения при земляных работах (механические воздействия на броню и оболочку), дефекты монтажа муфт и концевых заделок (нарушение технологии, загрязнение), старение изоляции (для БПИ – высыхание пропитки), коррозия металлических оболочек и брони, воздействие грызунов, перегрузка по току, приводящая к термическому старению изоляции.