Кабель АПвКПу 20 кВ
Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвКПу 20 кВ: конструкция, характеристики и область применения
Кабель марки АПвКПу 20 кВ представляет собой силовой кабель с алюминиевыми жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), в алюминиевой экранированной оболочке, с защитным покровом усиленного типа. Данный тип кабеля предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его основная сфера применения – прокладка в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, в том числе в условиях с наличием блуждающих токов, а также в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, эстакадах), где не требуется его дополнительная защита от механических повреждений. Конструкция кабеля АПвКПу обеспечивает высокую надежность, долговечность и устойчивость к агрессивным воздействиям окружающей среды.
Расшифровка маркировки АПвКПу
- А – материал токопроводящей жилы: алюминий.
- П – материал изоляции: полиэтилен.
- в – обозначение модификации изоляции: вулканизированный (сшитый) полиэтилен.
- К – тип экрана: экран из медных проволок поверх каждой жилы (концентрический проводник).
- П – материал внешней оболочки: полиэтилен.
- у – тип защитного покрова: усиленный (броня из стальных оцинкованных проволок).
- 20 кВ – номинальное напряжение, на которое рассчитан кабель.
- Полупроводящей ленты, наложенной поверх изоляции.
- Медных проволок (концентрического экрана), наложенных поверх ленты. Проволоки могут быть неизолированными или лужеными. Их сечение нормируется для обеспечения необходимой проводимости при коротком замыкании. Этот экран выполняет функцию нулевого (заземляемого) проводника в нормальном режиме и проводника для токов короткого замыкания.
- Защита от проникновения влаги, газов и химических веществ к изоляции.
- Механическая защита сердечника.
- Обеспечение пути для токов короткого замыкания и нулевой последовательности.
- Минимальный радиус изгиба: 15-20 наружных диаметров кабеля при прокладке. Это критически важный параметр при монтаже трасс.
- Диапазон рабочих температур: от -50°С до +50°С для монтажа и эксплуатации. Монтаж без предварительного подогрева допускается при температуре не ниже -15°С.
- Стойкость к короткому замыканию: Алюминиевая оболочка и медные экраны рассчитаны на протекание токов КЗ, значения которых определяются сечением экранов и оболочки.
- Стойкость к воздействию влаги: Алюминиевая оболочка обеспечивает абсолютную герметичность и радиальную защиту от воды.
- Допустимое усилие при протяжке: Ограничивается прочностью брони и обычно не должно превышать 50 Н/мм² сечения жилы.
- Кабельные линии, отходящие от подстанций и распределительных пунктов.
- Питание крупных промышленных предприятий, горно-обогатительных комбинатов.
- Прокладка в грунтах любой коррозионной активности, включая заболоченные участки и места с блуждающими токами.
- Прокладка в коллекторах, тоннелях, по эстакадам и в галереях, где отсутствует риск значительных механических воздействий.
- По длительно допустимому току нагрузки: Расчетный максимальный ток линии должен быть меньше допустимого тока для выбранного сечения с учетом всех поправочных коэффициентов (на температуру грунта, группировку кабелей и т.д.).
- По потере напряжения: Потеря напряжения в линии не должна превышать значений, установленных нормативными документами (обычно 5-6% для распределительных сетей).
- По термической стойкости к токам короткого замыкания: Сечение должно быть проверено на соответствие расчетному току КЗ по формуле: Smin = (Iкз
- √t) / C, где C – коэффициент для алюминия (≈95).
- Соединительные муфты (СТы) – для соединения двух отрезков кабеля. Восстанавливают целостность всех слоев: электрического контакта жил, изоляции, экранов, металлической оболочки и брони.
- Концевые муфты (наружной или внутренней установки) – для подключения кабеля к оборудованию (ячейке КРУ, трансформатору). Обеспечивают электрическое соединение жилы с выводом аппарата, заземление экрана и оболочки, а также герметичный вывод.
- Стопорные муфты – используются на трассах с большим перепадом высот для ограничения стекания пропиточного состава (в кабелях с бумажной изоляцией), для АПвКПу применяются реже.
Конструкция кабеля АПвКПу 20 кВ
Конструкция кабеля является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее подробно, начиная от центра.
1. Токопроводящая жила
Изготавливается из алюминия (марки А5, А6 или А7 по ГОСТ 22483). Жилы могут быть однопроволочными (секторной или круглой формы) для сечений до 240 мм² включительно и многопроволочными (круглой или секторной формы) для всех сечений. Секторная форма жил позволяет оптимально заполнять внутреннее пространство кабеля, уменьшая его общий диаметр и вес.
2. Экранирование жилы
Поверх токопроводящей жилы накладывается экран в виде полупроводящего сшитого полиэтилена. Этот слой выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая возникновение локальных перенапряжений и микроразрядов, которые могут разрушить основную изоляцию.
3. Основная изоляция
Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Толщина изоляции нормирована в зависимости от номинального напряжения (для 20 кВ обычно 5,5-8,0 мм). СПЭ обладает выдающимися диэлектрическими и механическими свойствами: высоким электрическим сопротивлением, устойчивостью к тепловому старению, повышенной допустимой температурой длительной эксплуатации (до +90°C).
4. Экран на изоляции
Состоит из двух частей:
5. Поясная изоляция
Представляет собой обмотку из полупроводящих или изолирующих лент, которая скрепляет три экранированные жилы в единый сердечник, придавая ему круглую форму.
6. Алюминиевая оболочка
Герметичная оболочка, выполненная из алюминиевой ленты, наложенной продольно и сваренной ультразвуковой сваркой. Основные функции:
7. Защитный покров усиленного типа (броня)
Поверх алюминиевой оболочки накладывается броня из стальных оцинкованных проволок (СтПз). Это обеспечивает высокую механическую прочность кабеля на растяжение и защиту от повреждений грызунами, просадок грунта, других внешних воздействий при прокладке в земле.
8. Наружная оболочка
Внешний слой из полиэтилена (ПЭ) черного цвета. Защищает броню от коррозии, выполняет функцию антикоррозионного покрова и обеспечивает стойкость к агрессивным грунтам, перепадам температур и ультрафиолетовому излучению (при прокладке на открытом воздухе).
Основные технические характеристики и параметры
Электрические параметры
Кабель АПвКПу 20 кВ рассчитан на работу в сетях с изолированной или эффективно заземленной нейтралью. Длительно допустимая температура токопроводящей жилы составляет +90°С. В режиме перегрузки допускается нагрев до +130°С, а в режиме короткого замыкания (до 4 секунд) – до +250°С.
| Сечение жилы, мм² | Одножильный кабель, А | Трехжильный кабель, А |
|---|---|---|
| 50 | 175 | 155 |
| 70 | 215 | 190 |
| 95 | 260 | 230 |
| 120 | 300 | 265 |
| 150 | 340 | 305 |
| 185 | 390 | 350 |
| 240 | 455 | 410 |
| 300 | 520 | 470 |
Примечание: Точные значения зависят от условий прокладки (глубина, удельное тепловое сопротивление грунта, количество кабелей в траншее, температура окружающей среды) и должны быть уточнены по актуальным ПУЭ и методикам расчета.
Механические и эксплуатационные характеристики
Область применения и особенности прокладки
Кабель АПвКПу 20 кВ применяется для создания магистральных и распределительных линий электропередачи в сетях 6-20 кВ. Основные сферы:
Особенности прокладки в земле: Кабель укладывается на подготовленную песчаную подушку толщиной не менее 100 мм. Глубина прокладки от планировочной отметки – 0,7-1,0 м. Сверху кабель засыпается слоем мягкого грунта или песка без камней толщиной 200 мм, после чего укладывается механическая защита (бетонные плиты или кирпич) и производится обратная засыпка. При параллельной прокладке нескольких кабелей необходимо соблюдать нормативные расстояния между ними (не менее 100 мм для кабелей 20 кВ).
Сравнение с кабелями других марок
| Марка кабеля | Конструктивные отличия | Ключевые преимущества | Основные области применения |
|---|---|---|---|
| АПвКПу | Алюминиевая жила, изоляция СПЭ, алюминиевая оболочка, броня из проволок. | Высокая механическая прочность, герметичность, стойкость к коррозии и блуждающим токам. | Прокладка в земле (в т.ч. проблемных грунтах), коллекторах. |
| АПвПу | Алюминиевая жила, изоляция СПЭ, броня из стальных лент, полиэтиленовый шланг. | Меньшая стоимость, хорошая защита от механических повреждений. | Прокладка в земле с обычными условиями, где нет блуждающих токов. |
| ПвКПу | Медная жила, изоляция СПЭ, алюминиевая оболочка, броня из проволок. | Более высокая проводимость, стойкость к окислению жилы, большая стойкость к токам КЗ. | Ответственные линии с высокими нагрузками и токами КЗ, взрывоопасные зоны. |
| ААБл | Алюминиевая жила, бумажная пропитанная изоляция, броня из стальных лент. | Традиционная технология, ниже стоимость для больших сечений, ограничения по перепаду высот. | Стационарные линии без значительных перепадов высот (риск стекания пропитки). |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие АПвКПу от АПвПу?
Ключевое отличие – в конструкции защитного покрова. АПвКПу имеет броню из стальных оцинкованных проволок (индекс «К» в старой маркировке) и алюминиевую оболочку. АПвПу имеет броню из стальных лент (индекс «Б») и полиэтиленовый шланг поверх них. Проволочная броня лучше защищает от растягивающих усилий и точечных ударов, а алюминиевая оболочка обеспечивает абсолютную герметичность. Кабель АПвПу более гибкий и дешевый, но менее стойкий к блуждающим токам и растяжению.
Можно ли прокладывать кабель АПвКПу 20 кВ в воздухе (по фасадам, эстакадам)?
Да, можно. Наружная полиэтиленовая оболочка обеспечивает стойкость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным осадкам. Однако при таком способе прокладки необходимо учитывать увеличение токовой нагрузки из-за лучших условий охлаждения, а также обеспечить защиту от возможных механических повреждений (например, в зонах доступности) и соблюдение требований к крепежным элементам (не повредить оболочку).
Как правильно заземлять кабель АПвКПу?
Алюминиевая оболочка и медные экраны жил подлежат обязательному заземлению с двух концов кабельной линии. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала, снятия индуцированных потенциалов и обеспечения протекания токов короткого замыкания. Соединение оболочки и экранов с заземляющими устройствами выполняется с помощью медных проводников и специальных концевых заделок (муфт), обеспечивающих надежный электрический контакт. Сечение заземляющих проводников должно соответствовать требованиям ПУЭ (глава 1.7).
Каков срок службы кабеля АПвКПу 20 кВ?
Номинальный срок службы кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена, включая АПвКПу, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может быть больше и зависит от соблюдения условий прокладки, режимов нагрузки (перегрузок), качества монтажа соединительных и концевых муфт, а также от отсутствия внешних механических повреждений.
Как определить необходимое сечение жилы для конкретного объекта?
Выбор сечения производится по двум основным критериям:
Окончательный выбор производится по наибольшему сечению, полученному из этих расчетов, и округляется в сторону ближайшего стандартного значения.
Какие муфты используются для монтажа кабеля АПвКПу?
Для соединения и оконцевания кабеля АПвКПу 20 кВ применяются специальные муфты для кабелей с изоляцией из СПЭ и металлической оболочкой:
Качество монтажа муфт является критически важным для надежности всей кабельной линии.
Заключение
Кабель АПвКПу 20 кВ представляет собой современное, надежное и технически совершенное решение для строительства распределительных сетей среднего напряжения в условиях, требующих повышенной механической прочности и защиты от агрессивных факторов окружающей среды. Его конструкция, сочетающая преимущества сшитого полиэтилена (высокие диэлектрические и температурные характеристики), алюминиевой герметичной оболочки (стойкость к влаге и коррозии) и проволочной брони (защита от растяжения и повреждений), делает его оптимальным выбором для ответственных подземных трасс. Правильный выбор сечения, соблюдение норм прокладки и монтажа, а также квалифицированное обслуживание обеспечивают длительный и безотказный срок службы кабельной линии на протяжении десятилетий.