Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвПу 35 кВ 500 мм²: полный технический анализ

Кабель марки АПвПу 35 кВ с номинальным сечением токопроводящей жилы 500 мм² представляет собой современное высоковольтное кабельное изделие, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 35 кВ частотой 50 Гц. Его конструкция и материалы отвечают последним требованиям надежности, долговечности и безопасности в электроэнергетических системах. Расшифровка маркировки: А – алюминиевая жила, П – изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ), в – внутренняя оболочка из поливинилхлоридного пластиката, Пу – наружная защитная оболочка из полиэтилена повышенной стойкости.

Конструктивные элементы кабеля АПвПу 35 кВ 500 мм²

Конструкция кабеля является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее детально, начиная от центра.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия марки АВЕ (алюминий высокой электропроводности) по ГОСТ 22483. Для сечения 500 мм² жила, как правило, секторной или сегментной формы, что позволяет оптимизировать диаметр кабеля и сделать его более компактным. Жила может быть как однопроволочной (при определенных условиях), так и многопроволочной, что обеспечивает необходимую гибкость. Поверхность жилы гладкая, без заусенцев, для предотвращения локальных концентраций электрического поля.

2. Экран на жиле (полупроводящий экран)

Поверх токопроводящей жилы методом экструзии наносится слой полупроводящего сшитого полиэтилена. Его ключевая задача – плавно выровнять электрическое поле, устранив микронеровности на поверхности жилы, и предотвратить возникновение частичных разрядов, которые разрушают основную изоляцию.

3. Основная изоляция

Нанесенный поверх экрана на жиле слой изоляции из сшитого полиэтилена (XLPE) является главным диэлектрическим барьером. Для напряжения 35 кВ толщина этого слоя стандартизирована и составляет, как правило, 10.5 мм. Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу исключительные свойства: высокую температурную стойкость (до 90°C в длительном режиме и до 250°C при коротком замыкании), стойкость к термодеформациям, отличные диэлектрические и механические характеристики.

4. Экран на изоляции (полупроводящий экран)

Внешний слой полупроводящего сшитого полиэтилена, нанесенный на основную изоляцию. Вместе с экраном на жиле он формирует коаксиальную систему, в которой изоляция находится в равномерном радиальном электрическом поле, что является фундаментальным условием для работы кабелей на высокое напряжение.

5. Медные экраны (заземляющие проводники)

Поверх экрана на изоляции располагаются медные проводники, выполняющие функцию экрана/заземления. Для кабеля 35 кВ 500 мм² применяются:

• Медные проволоки, наложенные спирально, или
• Медная лента, наложенная продольно с перекрытием.

Основное назначение: замыкание на землю емкостных токов, протекающих через изоляцию; обеспечение симметрии электрического поля; защита от внешних электромагнитных помех; а также выполнение функции проводника для токов короткого замыкания и однофазных замыканий на землю в сетях с эффективно заземленной нейтралью.

6. Внутренняя оболочка (продольная герметизация)

Слой из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката, обозначаемый в маркировке буквой «в». Его задача – защитить медные экраны от коррозии и обеспечить продольную герметизацию конструкции, препятствуя распространению влаги вдоль оси кабеля в случае повреждения внешней оболочки.

7. Броневой покров

Для кабеля АПвПу броня выполняется из стальных оцинкованных проволок или плоских стальных оцинкованных лент. Для кабеля 35 кВ 500 мм² чаще применяется броня из стальных оцинкованных проволок (обозначается индексом «К» в конце маркировки, если есть, но в АПвПу подразумевается под «Пу»). Назначение брони – защита кабеля от механических повреждений (растягивающих усилий, ударов, грызунов) при прокладке в земле (траншеях) без дополнительных защитных конструкций.

8. Наружная оболочка (Пу)

Внешний защитный слой из полиэтилена повышенной стойкости (чаще всего из полиэтилена среднего давления, ПЭСД). Оболочка «Пу» обладает высокой стойкостью к истиранию, агрессивным химическим средам (кислоты, щелочи, соли), влаге и обладает отличными диэлектрическими свойствами, обеспечивая дополнительную защиту брони от коррозии.

Основные технические и электрические характеристики

Параметры кабеля АПвПу 35 кВ 500 мм² регламентируются ГОСТ 18410-73 (на общие требования), ТУ 16-705.500-2006 и международным стандартом МЭК 60502-2. Ниже приведены ключевые данные.

Таблица 1. Электрические параметры при температуре жилы +90°C

Параметр	Значение	Примечание
Наибольшее допустимое рабочее напряжение, U0/U (Um)	20.6 / 35 кВ (40.5 кВ)	U0 – напряжение между жилой и землей
Максимальная допустимая длительная температура жилы	+90°C	В нормальном режиме работы
Допустимая температура жилы при коротком замыкании	+250°C	Длительность КЗ не более 5 сек
Допустимая температура при перегрузке	+130°C	Ограниченная длительность
Емкость на 1 км длины	~0.30 – 0.35 мкФ/км	Зависит от точной конструкции
Индуктивность на 1 км длины	~0.4 – 0.5 мГн/км	Зависит от точной конструкции
Волновое сопротивление	~30 – 40 Ом

Таблица 2. Токовые нагрузки (ориентировочные, согласно ПУЭ 7 изд.)

Условия прокладки	Длительно допустимый ток, А (Iдоп)	Ток односекундного КЗ, кА
В земле (траншее), температура грунта +15°C, удельное тепловое сопротивление 1.0 К·м/Вт	~550 – 600 А	~25 – 30 кА (зависит от конструкции экрана и времени отключения)
В воздухе, температура воздуха +25°C	~600 – 650 А

Важно: Фактические токовые нагрузки должны рассчитываться для каждого конкретного проекта с учетом всех поправочных коэффициентов: на температуру окружающей среды, группирование кабелей, глубину прокладки, теплопроводность грунта и т.д.

Таблица 3. Механические и геометрические параметры (ориентировочно)

Параметр	Значение
Номинальное сечение жилы, мм²	500
Количество и форма жил	1, секторная/сегментная
Наружный диаметр кабеля, мм	75 – 85
Масса 1 км кабеля, кг	6000 – 7500
Минимальный радиус изгиба при прокладке	20 x D (D – наружный диаметр кабеля)
Минимальная температура прокладки без предварительного прогрева	-15°C

Области применения и способы прокладки

Кабель АПвПу 35 кВ 500 мм² предназначен для эксплуатации в электрических сетях на номинальное напряжение 35 кВ с изолированной, компенсированной или эффективно заземленной нейтралью.

• Прокладка в земле (траншеях): Это основной способ применения. Броня из стальных проволок надежно защищает кабель от механических воздействий при засыпке грунтом и возможных раскопках. Кабель укладывается на подготовленную подушку из песка или просеянной земли, с последующей засыпкой и укладкой сигнальной ленты.
• Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах: Допускается при условии отсутствия растягивающих усилий. Стойкость оболочки «Пу» к влаге и химикатам делает кабель пригодным для сырых и агрессивных сред.
• Прокладка в воздухе (по эстакадам, галереям): Возможна, но необходимо учитывать УФ-стойкость полиэтиленовой оболочки. Как правило, полиэтилен средней плотности обладает достаточной стойкостью к солнечному излучению, но для длительной эксплуатации на открытом солнце рекомендуется уточнять данный параметр у производителя или использовать кабели с защитным покрытием.

Запрещена прокладка данного кабеля по дну водоемов, а также в блоках, заполненных кабельным желе или битумом.

Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами (например, с кабелями с бумажно-масляной изоляцией)

Преимущества кабеля АПвПу 35 кВ:

• Высокая надежность и долговечность: Срок службы превышает 30 лет при соблюдении условий эксплуатации и монтажа.
• Отсутствие риска утечки масла: В отличие от маслонаполненных кабелей, что исключает загрязнение окружающей среды и необходимость в сложных системах подпитки и сигнализации.
• Высокая допустимая температура: Допустимая температура жилы +90°C позволяет пропускать большие токи нагрузки по сравнению с бумажно-масляной изоляцией (обычно +70°C).
• Меньший вес и радиус изгиба: Облегчает транспортировку и монтаж.
• Простота монтажа и соединения: Не требует сложной процедуры осушки и заполнения маслом при монтаже муфт.
• Улучшенные пожарные характеристики: Изоляция из СПЭ не поддерживает горение, кабель не распространяет пламя при одиночной прокладке.

Недостатки и особенности:

• Чувствительность к частичным разрядам: Требует безупречного качества изготовления и монтажа соединений, так как микроскопические полости в изоляции под воздействием высокого напряжения могут привести к развитию электрического дерева и пробою.
• Чувствительность к механическим повреждениям при монтаже: Необходимо строго соблюдать радиус изгиба и избегать ударов, которые могут деформировать изоляцию и экраны.
• Более высокая стоимость по сравнению со старыми типами кабелей на низкое напряжение.
• Необходимость использования специального инструмента и обученного персонала для заделки концов и монтажа соединительных муфт.

Требования к монтажу, соединению и оконцеванию

Монтаж кабеля АПвПу 35 кВ должен выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением ПУЭ, ПТЭЭП и инструкций заводов-изготовителей кабеля и муфтовой арматуры.

• Раскатка: Производится с помощью кабельных роликов, установленных с шагом 2-3 метра. Запрещено сбрасывать барабан с платформы или волочить кабель по земле.
• Изгиб: Минимальный радиус изгиба – 20 наружных диаметров кабеля при прокладке и 15 диаметров после укладки.
• Соединение и оконцевание: Требуют применения специальных комплектов для кабелей с изоляцией из СПЭ на 35 кВ. Процесс включает ступенчатую зачистку изоляции с созданием конических поверхностей (фаски), монтаж полупроводящих и изоляционных элементов, установку термоусаживаемых или холодноусаживаемых компонентов, заполнение компаундом. Все работы проводятся в условиях чистоты, исключающих попадание влаги и загрязнений на торцы изоляции.
• Заземление: Медные экраны (проволоки или ленты) с обоих концов кабеля должны быть надежно заземлены. При большой длине линии для снижения потерь и обеспечения безопасности может применяться одноточечное заземление или заземление через ограничитель напряжения, но это требует специального расчета.

Контроль состояния и диагностика

Для оценки состояния кабельной линии АПвПу 35 кВ применяются следующие методы диагностики:

• Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 5000 В.
• Измерение коэффициента абсорбции (поглощения).
• Испытание повышенным выпрямленным напряжением постоянного тока. Согласно нормативам, для кабелей 35 кВ испытательное напряжение составляет 85 кВ, время выдержки – 10 минут.
• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и его зависимости от напряжения – наиболее информативный метод для выявления старения изоляции и наличия развивающихся дефектов.
• Мониторинг частичных разрядов (ЧР): Современный метод, позволяющий выявить локальные дефекты в изоляции, экранах или муфтах на ранней стадии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кабель АПвПу от АПвП?

Основное отличие – в материале наружной оболочки. У кабеля АПвП наружная оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката. У кабеля АПвПу – из полиэтилена повышенной стойкости (Пу). Полиэтиленовая оболочка обладает большей стойкостью к влаге, химической агрессии, истиранию и лучше защищает броню от коррозии, что делает АПвПу более предпочтительным для прокладки в агрессивных грунтах и воде.

Какой ток короткого замыкания может выдержать этот кабель?

Термическая стойкость к току короткого замыкания для кабеля 500 мм² составляет ориентировочно 25-30 кА в течение 1 секунды. Точное значение указывается в технических условиях производителя и зависит от конструкции экрана (сечения медных проволок или ленты) и допустимой конечной температуры жилы (+250°C). Для расчета необходимо знать полное время отключения КЗ защитой.

Можно ли прокладывать кабель АПвПу 35 кВ в одном траншее с кабелями более низкого напряжения?

Да, но с ограничениями, указанными в ПУЭ (Глава 2.3). Кабели 35 кВ рекомендуется прокладывать выше кабелей более низкого напряжения. Расстояние по горизонтали между ними должно быть не менее 0.25 м, а разделяющий слой земли между ярусами – не менее 0.5 м. При параллельной прокладке в одной траншее нескольких кабелей 35 кВ расстояние между ними должно быть не менее 100 мм.

Требуется ли для такого кабеля дополнительная защита от грызунов?

Броня из стальных оцинкованных проволок или лент является достаточной защитой от грызунов. Однако в регионах с повышенной активностью грызунов рекомендуется дополнительно применять кабели с оболочкой, содержащей репеллентные добавки, или укладывать кабель в защитные полимерные или керамические трубы.

Какова примерная цена за 1 погонный метр кабеля АПвПу 35 кВ 500 мм²?

Стоимость является переменной величиной и зависит от производителя, стоимости алюминия и меди на бирже, сезонного спроса. На момент написания статьи ориентировочная цена может составлять от 1500 до 2500 рублей за метр (без учета стоимости доставки и монтажной арматуры). Для коммерческого расчета необходимо запрашивать актуальные коммерческие предложения у поставщиков.

Какие муфты применяются для соединения и оконцевания?

Применяются специальные муфты для кабелей с изоляцией из СПЭ на 35 кВ: соединительные (СТП), концевые с открытой установкой (КНТП) и концевые для внутренней установки в КРУ (КВТП). Наибольшее распространение получили термоусаживаемые и холодноусаживаемые муфты. Выбор зависит от условий монтажа и предпочтений монтажной организации.

Нужно ли заземлять экран с двух сторон?

В большинстве случаев при длине линии до нескольких километров экран заземляется с обоих концов. Это обеспечивает его нулевой потенциал и безопасность. Однако при больших длинах линий (более 1-2 км) токи, наведенные в экране, могут стать значительными и вызывать дополнительные потери. В таких случаях выполняют специальный расчет и могут применять схемы с одноточечным заземлением или заземлением через ограничители напряжения, но это требует тщательного проектирования системы защиты.