Кабель АПвЭПу 1-жильный 35 кВ: полный технический анализ
Кабель марки АПвЭПу 1х… 35 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, предназначенный для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на переменное напряжение 35 кВ частотой 50 Гц. Расшифровка его маркировки является ключом к пониманию конструкции и области применения: А – алюминиевая токопроводящая жила, П – изоляция из сшитого полиэтилена (Пв – вулканизированный полиэтилен), Э – экран по изоляции из электропроводящего сшитого полиэтилена, П – внешняя оболочка из полиэтилена, у – усиленная конструкция (как правило, подразумевает бронирование стальными оцинкованными лентами). Конструкция является одножильной, что накладывает специфику на применение в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью.
Конструкция и материалы
Конструкция кабеля АПвЭПу является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию для обеспечения долговечности и надежности при высоком напряжении.
Токопроводящая жила
Изготавливается из алюминия марки АВЕ (алюминий, твердый, по ГОСТ 22483), класса 1 или 2 по сечению. Для сечений от 50 мм² и выше, как правило, используется многопроволочная круглая уплотненная жила, что обеспечивает гибкость и удобство монтажа. Сечения стандартизированы и соответствуют рядам: 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500, 630, 800 мм².
Экран по жиле (полупроводящий экран)
Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его основная функция – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений между жилой и основной изоляцией, предотвращая тем самым возникновение частичных разрядов (коронного разряда), которые разрушают изоляцию.
Основная изоляция
Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE – Cross-Linked Polyethylene). Этот материал, подвергнутый процессу вулканизации (сшивке молекул), обладает высокой термостойкостью (допустимая длительная температура жилы +90°C), отличными диэлектрическими характеристиками, стойкостью к тепловым деформациям и влаге. Толщина изоляции строго нормирована стандартами (ГОСТ 15150, ТУ 16.К71-310-2001) и для напряжения 35 кВ составляет, в зависимости от сечения, от 9.0 до 11.0 мм.
Экран по изоляции (полупроводящий экран)
Аналогичен экрану по жиле. Наносится поверх основной изоляции, формируя вместе с экраном по жиле коаксиальную конструкцию, внутри которой заключено электрическое поле. Обеспечивает равномерное распределение потенциала по поверхности изоляции.
Металлический экран (заземляющий экран)
Выполняется в виде медной гофрированной ленты или наложенных внахлест медных проволок. Является ключевым элементом безопасности. Основные функции: защита от электромагнитных помех, обеспечение симметрии электрического поля вокруг жилы, создание пути для тока короткого замыкания (требования ПУЭ 7 изд., гл. 1.7, 2.3, 3.1). Для одножильных кабелей сечением от 240 мм² часто применяется экран из двух медных лент. Сечение медного экрана нормируется в зависимости от сечения жилы для обеспечения требуемой стойкости к токам КЗ.
Броня и защитная оболочка
Поверх металлического экрана накладывается поясная изоляция, затем броня из двух оцинкованных стальных лент. Броня обеспечивает механическую защиту от повреждений при протяжке, давлении грунта, растягивающих нагрузках. Внешняя оболочка из полиэтилена (П) черного цвета защищает броню от коррозии и агрессивных сред. Полиэтилен обладает высокой стойкостью к влаге, кислотам, щелочам и обладает отличными атмосферостойкими свойствами.
Основные технические характеристики
Параметры кабеля АПвЭПу 35 кВ регламентируются техническими условиями и стандартами. Ниже приведены ключевые характеристики.
Электрические параметры
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 20,6/35 кВ (40,5 кВ) |
| Максимальная длительная рабочая t° жилы | +90°C |
| Максимальная t° жилы при КЗ (допустимая длительность 4 сек) | +250°C |
| Максимальная t° жилы при перегрузке | +130°C |
| Допустимый нагрев оболочки при КЗ | +220°C |
| Минимальная температура монтажа без предварительного подогрева | -15°C |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | 20 x (D наружный кабеля) |
| Сопротивление изоляции при +20°C | Не менее 1000 МОм·км |
| Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц после монтажа | 65 кВ (в течение 1 часа) |
Механические и климатические параметры
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Климатическое исполнение | УХЛ, категории размещения 1-5 по ГОСТ 15150 |
| Рабочая температура окружающей среды | От -50°C до +50°C |
| Относительная влажность воздуха (при t до +35°C) | До 98% |
| Стойкость к УФ-излучению | Высокая (оболочка из светостабилизированного полиэтилена) |
| Допустимое растягивающее усилие | Определяется сечением жилы и конструкцией брони, указывается в ТУ |
Область применения и особенности монтажа
Кабель АПвЭПу 35 кВ предназначен для прокладки в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, коллекторах, шахтах, на эстакадах, в помещениях, а также в условиях агрессивных сред (при наличии защиты от прямого воздействия химических веществ). Благодаря броне и полиэтиленовой оболочке он может применяться в грунтах с высокой и средней коррозионной активностью, в том числе с наличием блуждающих токов.
Особенности монтажа одножильных кабелей на 35 кВ
- Токи в оболочке (экране): В одножильных кабелях при протекании переменного тока по жиле в металлическом экране наводятся индуктивные токи, вызывающие дополнительные потери и нагрев. Согласно ПУЭ (гл. 3.1), при сечениях жилы 25 мм² и более и длине линии более 30 м необходимо применять специальные схемы заземления экранов для снижения этих токов.
- Схемы заземления экранов: Применяются три основные схемы: заземление с одной стороны (для коротких линий), попеременное перекрестное соединение и заземление экранов (Cross-Bonding) и заземление с обеих сторон (наименее желательно из-за больших циркулирующих токов). Выбор схемы требует детального расчета.
- Прокладка в «треугольник» или «плоскость»: При параллельной прокладке нескольких одножильных кабелей одной фазы их взаимное расположение влияет на индуктивность и пропускную способность. Симметричное расположение в вершинах треугольника является оптимальным для выравнивания параметров.
- Термическая деформация: Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена подвержены тепловому удлинению и осевым усилиям при нагрузке. Неправильное крепление и отсутствие компенсаторов могут привести к смещению кабеля и повреждению муфт. Требуется применение скользящих креплений и правильного расчета трассы.
- АПвПуг: Аналогичен АПвЭПу, но имеет герметизацию жилы водоблокирующими лентами или гидрофобным заполнителем, что критически важно для линий с риском проникновения влаги при повреждении оболочки.
- АПвПу: Может иметь отличия в конструкции экрана (например, гладкий алюминиевый экран вместо гофрированного медного) или толщине оболочки. Требуется сверять с конкретными ТУ.
- АСБл, ЦАСБл (с бумажно-масляной изоляцией): Устаревшая, но еще применяемая технология. Кабели с БМИ тяжелее, требуют сложной концевой разделки, чувствительны к перепадам уровней, но имеют долгую историю эксплуатации. XLPE-кабели выигрывают по простоте монтажа, допустимой температуре и экологичности.
- ПвП, ПвПу (с медной жилой): Применяются при необходимости повышенной проводимости, стойкости к коррозии или при ограничениях по диаметру (медная жила при том же токе имеет меньшее сечение). Стоимость значительно выше.
- Определение длительно допустимого тока нагрузки с учетом способа прокладки, температуры грунта, количества рабочих кабелей в траншее и их взаимного расположения (ПУЭ, гл. 1.3, ГОСТ Р 50571.5.52).
- Проверку по потере напряжения.
- Проверку на термическую стойкость к токам короткого замыкания.
- Проверку на экономическую плотность тока (для проектов с большим количеством часов использования максимальной нагрузки).
Сравнение с аналогами и выбор
АПвЭПу является одним из представителей семейства кабелей 35 кВ. Ключевые альтернативы:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Почему для кабеля 35 кВ указывается два значения напряжения: 20,6/35 кВ?
Это стандартное обозначение по ГОСТ и МЭК: U0/U. U0 (20,6 кВ) – это номинальное напряжение между жилой и землей (экраном/броней) в трехфазной системе. U (35 кВ) – номинальное междуфазное напряжение системы. Соотношение U0 = U / √3. Кабель рассчитан на работу в сети с изолированной или компенсированной нейтралью, где напряжение относительно земли в нормальном режиме не превышает фазного.
2. Как правильно выбрать сечение жилы кабеля АПвЭПу 35 кВ?
Выбор сечения является результатом комплексного расчета, включающего:
Для предварительной оценки можно использовать таблицы допустимых токов из ПУЭ или каталогов производителей, но окончательный расчет должен выполнять проектировщик.
3. Обязательно ли использовать концевые муфты (КНС) и соединительные муфты (СС) именно от производителя кабеля?
Нет, не обязательно, но крайне желательно. Муфта должна быть сертифицирована для работы с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 35 кВ и соответствовать сечению и конструкции конкретного кабеля. Лучше всего использовать муфты, рекомендованные производителем кабеля или прошедшие совместные испытания. Монтаж должен выполняться квалифицированным персоналом по строгой технологической карте.
4. В чем принципиальная разница между экраном из медных проволок и медной гофрированной ленты?
Медные проволоки, наложенные спирально, обеспечивают лучшее сопротивление растяжению и удобство монтажа муфт (проволоки легко отгибаются). Гофрированная лента дает более надежный и равномерный контакт по всей длине, лучше защищает от внешних электромагнитных полей. Выбор зависит от ТУ производителя и условий прокладки. Для стойкости к токам КЗ оба типа рассчитываются на эквивалентное сечение.
5. Можно ли прокладывать кабель АПвЭПу 35 кВ в воздухе (по фасаду, на эстакаде)?
Да, можно. Полиэтиленовая оболочка устойчива к УФ-излучению. Однако необходимо учитывать увеличение токовой нагрузки при прокладке на открытом воздухе (охлаждение лучше, чем в земле, но хуже, чем в кабельном канале) и механические нагрузки (ветер, гололед). Обязательно применение правильных креплений, не повреждающих оболочку, и учет теплового расширения.
6. Что означает маркировка «у» (усиленный) в названии АПвЭПу?
В контексте кабелей на среднее напряжение маркировка «у» традиционно указывает на наличие брони из стальных оцинкованных лент, что обеспечивает усиленную механическую защиту. Это отличает его, например, от кабеля АПвЭП, который может иметь только экран и оболочку без брони.
Заключение
Кабель АПвЭПу 1-жильный 35 кВ представляет собой современное, надежное решение для строительства и модернизации кабельных линий среднего напряжения. Его конструкция, основанная на изоляции из сшитого полиэтилена, обеспечивает высокие электрические и эксплуатационные характеристики, долгий срок службы (не менее 30 лет) и относительную простоту монтажа по сравнению с кабелями с бумажно-масляной изоляцией. Успешное применение требует строгого соблюдения правил выбора сечения, проектирования трассы, заземления экранов, монтажа и испытаний, регламентированных ПУЭ, СО 153-34.20.539-2003 и другими отраслевыми стандартами. Правильный подбор аксессуаров (муфт, креплений) и привлечение квалифицированного персонала для монтажа являются не менее важными факторами, чем качество самого кабеля.