Кабель ПвП 3-х жильный 20 кВ

Кабель ПвП 3-х жильный на напряжение 20 кВ: полный технический анализ

Кабель ПвП 3-х жильный на напряжение 20 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), предназначенный для стационарной прокладки в электрических сетях на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Расшифровка маркировки: П – изоляция из силанольносшитого полиэтилена, в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката, П – наружный покров (защитная оболочка) из полиэтилена или поливинилхлорида. Данный тип кабеля является современной и высоконадежной альтернативой кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией (типа СБ) и широко применяется для передачи и распределения электроэнергии в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью.

Конструкция кабеля ПвП 3х жильного 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной и обеспечивает высокий уровень электрической прочности, механической стойкости и долговечности. Кабель состоит из следующих основных элементов:

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки, круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма жил позволяет оптимизировать использование пространства внутри кабеля, уменьшая его общий диаметр и вес. Жилы могут быть однопроволочными (для малых сечений) или многопроволочными, соответствующие классам 1 или 2 по ГОСТ 22483.
• Экран на жиле (полупроводящей экран): Поверх каждой токопроводящей жилы накладывается экструдированный слой из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его ключевая функция – выравнивание распределения электрического поля, устранение микроскопических воздушных включений между жилой и изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов – основной причины старения и пробоя изоляции.
• Основная изоляция: Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE) методом экструзии. СПЭ обладает выдающимися диэлектрическими и механическими свойствами, высокой термостойкостью (допустимая температура длительной работы +90°C), стойкостью к тепловым ударам и влаге. Толщина изоляции нормирована стандартами (например, ГОСТ 15150 или ТУ 16.К71-335-2004) и для напряжения 20 кВ составляет, как правило, 5.5-6.0 мм.
• Экран на изоляции (полупроводящей экран): Поверх основной изоляции накладывается второй экструдированный полупроводящий слой. Он служит для создания равномерного цилиндрического электрического поля вокруг изоляции каждой фазы.
• Поясная изоляция: В трехжильных кабелях поверх скрученных изолированных и экранированных жил накладывается общий полупроводящий слой – поясная изоляция. Ее назначение – экранирование электромагнитного поля всех трех жил в совокупности.
• Металлический экран: Поверх поясной изоляции накладывается металлический экран. Он выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, гофрированной медной ленты, либо оплетки из медных проволок. Основные функции: защита от внешних электромагнитных помех, замыкание тока на землю при повреждении изоляции (ток однофазного КЗ), обеспечение симметрии электрического поля. Для кабелей на 20 кВ экран должен быть рассчитан на пропускание тока короткого замыкания в течение 1 секунды.
• Оболочка: Наружный защитный слой из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). Оболочка обеспечивает защиту от механических повреждений, агрессивных сред (химических, атмосферных), а также служит барьером от влаги. Цвет оболочки, как правило, черный.
• Наружный покров (броня): В маркировке ПвП последняя буква «П» может обозначать наружный покров. В зависимости от модификации, поверх оболочки может накладываться броня из двух стальных оцинкованных лент (обозначение «Б») с внешним покровом для защиты от коррозии, либо кабель может быть небронированным. Бронированные версии (ПвБ) используются при прокладке в земле (траншеях) с повышенным риском механических воздействий.

Основные технические характеристики и параметры

Кабель ПвП 20 кВ должен соответствовать ряду строгих технических требований, регламентируемых национальными и международными стандартами.

Электрические параметры

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 20/35 кВ. Где U₀ = 20 кВ – напряжение между жилой и землей, U = 35 кВ – напряжение между жилами, U_m = 40.5 кВ – максимальное длительно допустимое напряжение для оборудования.
• Испытательное переменное напряжение промышленной частоты: 45 кВ (50 Гц) в течение 10 минут для готового кабеля.
• Испытательное постоянное напряжение: 105 кВ (для приемо-сдаточных испытаний после монтажа) в течение 15 минут.
• Допустимая температура нагрева жил:
  • Длительно допустимая: +90°C
  • При коротком замыкании (до 4 сек): +250°C
  • При перегрузке: +130°C
• Минимальная температура прокладки: Без предварительного подогрева: -20°C.
• Сопротивление изоляции: Не менее 100 МОм·км при температуре +20°C.
• Емкость: Удельная емкость жилы относительно экрана составляет примерно 0.3-0.4 мкФ/км, что значительно ниже, чем у кабелей с бумажной изоляцией, снижая зарядные токи в длинных линиях.

Таблица 1. Допустимые длительные токовые нагрузки для кабеля ПвП 3х жильного 20 кВ (медные жилы) при прокладке в земле (траншее)

Сечение жилы, мм²	Допустимый ток, А (в земле)	Допустимый ток, А (в воздухе)
3х50	215	200
3х70	260	240
3х95	310	285
3х120	350	320
3х150	395	360
3х185	450	410
3х240	520	475

Примечание: Точные значения зависят от конкретных условий прокладки (температура грунта, удельное тепловое сопротивление, количество кабелей в траншее, глубина заложения и др.) и должны быть рассчитаны по методике, приведенной в ПУЭ 7 изд. или ГОСТ Р МЭК 60287.

Области применения и способы прокладки

Кабель ПвП 20 кВ применяется для создания и модернизации распределительных сетей среднего напряжения. Основные области применения:

• Питающие линии от распределительных подстанций 35/10(6) кВ к городским и промышленным распределительным пунктам (РП), трансформаторным подстанциям (ТП).
• Вводы и распределение электроэнергии на крупных промышленных предприятиях, нефтехимических комплексах, портовых терминалах.
• Кабельные линии в черте городов, где требуется высокая надежность и минимальные эксплуатационные расходы.
• Прокладка через водные преграды (в специализированном исполнении с гидрозащитой).

Способы прокладки:

• В земле (траншее): Наиболее распространенный способ. Требует использования бронированного кабеля (ПвБ) или прокладки в асбестоцементных/пластиковых трубах для защиты от механических повреждений. Глубина заложения – не менее 0.7-1.0 м. Обязательна подсыпка и засыпка песком, укладка сигнальной ленты.
• В кабельных сооружениях: В туннелях, коллекторах, эстакадах, галереях, по стенам зданий. Допускается применение небронированного кабеля ПвП. Крепление осуществляется с помощью кабельных конструкций (лотков, полок, кронштейнов).
• В блоках: Прокладка в предварительно смонтированных железобетонных или керамических блоках с трубами.

Монтаж и соединение

Монтаж кабеля СПЭ требует строгого соблюдения технологии. Критически важным этапом является подготовка и изоляция концов кабеля (концевая заделка) и соединение отрезков (муфтирование). Для кабеля ПвП 20 кВ применяются специальные комплекты для монтажа соединительных и концевых муфт. Технология включает:

• Послойную разделку конца кабеля с точным снятием полупроводящих экранов.
• Очистку изоляции от полупроводящего слоя с помощью специальных скребков или струйной обработки.
• Монтаж на изоляцию высоковольтного изолирующего колпачка или наложение экранных и изолирующих материалов (в термоусаживаемых или холодноусаживаемых муфтах).
• Восстановление электрической непрерывности экранов и их заземление. Заземление металлических экранов с двух концов линии является обязательным требованием ПУЭ для обеспечения селективности релейной защиты и безопасности.

Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями с бумажной изоляцией (СБ)

Преимущества кабеля ПвП:

• Более высокая допустимая рабочая температура (+90°C против +70°C для СБ), что позволяет пропускать больший ток при том же сечении.
• Высокая стойкость к увлажнению. Даже при повреждении оболочки изоляция СПЭ не впитывает влагу, что не приводит к мгновенному выходу из строя.
• Меньший вес и внешний диаметр при аналогичных параметрах, что упрощает транспортировку и монтаж.
• Отсутствие необходимости в сложных концевых муфтах с фарфоровыми изоляторами и масляным барьером.
• Отсутствие ограничений по перепаду высот при прокладке (в СБ кабелях возможно стекание пропиточного состава).
• Более низкие диэлектрические потери (меньший tgδ).

Недостатки/особенности:

• Чувствительность к частичным разрядам при наличии дефектов в изоляции или монтаже.
• Более высокая чувствительность к механическим повреждениям (задирам, надрезам) при монтаже, требующая аккуратной работы.
• Относительно высокая стоимость по сравнению с СБ кабелем на алюминиевых жилах.
• Необходимость использования специального инструмента и обученного персонала для монтажа муфт.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями ПвП и ПвВ?

Маркировка «ПвП» и «ПвВ» указывает на материал наружного покрова. «П» – наружный покров из полиэтилена или поливинилхлорида. «В» – вторая буква в маркировке, обозначает, что оболочка из ПВХ. Таким образом, ПвП – кабель с изоляцией из СПЭ, в ПВХ оболочке и с наружным покровом из полиэтилена (часто для улучшения защиты от влаги). ПвВ – кабель с изоляцией из СПЭ и просто в ПВХ оболочке без дополнительного наружного покрова. На практике для сетей 20 кВ чаще встречается обозначение ПвП в общем виде.

Обязательно ли заземлять металлические экраны кабеля ПвП 20 кВ с двух сторон?

Да, согласно ПУЭ (п. 1.7.32, 2.3.72, 3.1.14), металлические оболочки и экраны силовых кабелей выше 1 кВ должны быть заземлены с обоих концов. Это необходимо для обеспечения прохождения тока однофазного короткого замыкания на землю, что критично для корректной работы релейной защиты (селективности отключения поврежденного участка). Также это снижает напряжение прикосновения на оболочке и обеспечивает электробезопасность.

Какой срок службы у кабеля ПвП 20 кВ?

Номинальный срок службы кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена, заявленный производителями и стандартами, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может превышать этот показатель при соблюдении условий прокладки, норм перегрузки и отсутствии внешних повреждений. Ключевым фактором является качество монтажа муфт и концевых заделок.

Можно ли использовать кабель ПвП для прокладки в воздухе (по фасадам, эстакадам)?

Да, кабель ПвП предназначен для прокладки в воздухе в условиях отсутствия механических воздействий. Для открытой прокладки рекомендуется использовать кабель в исполнении с защитным покровом (броней), если существует риск случайных повреждений, или прокладывать его в лотках и коробах. Необходимо учитывать снижение допустимого тока нагрузки при групповой прокладке в воздухе (см. таблицу 1).

Что означает цветовая маркировка жил кабеля ПвП?

Согласно ГОСТ 31996-2012, изолированные жилы многожильных кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение 6 кВ и выше могут иметь отличительную маркировку в виде печатных цифр или сплошных продольных полос. Цветовая маркировка (желтый, зеленый, красный) для фаз А, В, С, характерная для кабелей низкого напряжения, на кабелях среднего напряжения 20 кВ, как правило, не применяется. Идентификация жил производится по цифрам или при монтаже с помощью фазоуказателя.

Как выбрать сечение жил кабеля ПвП 20 кВ для конкретного объекта?

Выбор сечения является комплексной инженерной задачей и выполняется в соответствии с ПУЭ гл. 1.3. Основные критерии:

1. По длительно допустимому току нагрузки (нагреву). Ток должен быть больше расчетного рабочего тока линии с учетом коэффициентов прокладки.
2. По потере напряжения (для протяженных линий).
3. По экономической плотности тока (для определения оптимального сечения с учетом капитальных и эксплуатационных затрат).
4. По термической стойкости к токам короткого замыкания. Сечение должно быть таким, чтобы при прохождении тока КЗ жила не нагревалась выше допустимых +250°C.
5. По условиям срабатывания защиты (для обеспечения надежного отключения при КЗ в конце защищаемой линии).

Расчет должен производиться проектной организацией.