Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена ПвКВ 20 кВ: технические характеристики, конструкция и область применения

Кабель силовой марки ПвКВ на номинальное напряжение 20 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) представляет собой современную кабельную продукцию, предназначенную для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. Данный тип кабеля является ключевым элементом в сетях среднего класса напряжения и соответствует последним тенденциям в области энергоэффективности и надежности. Его конструкция и материалы обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики, существенно превосходящие аналоги с бумажно-масляной изоляцией.

Расшифровка маркировки ПвКВ

Маркировка кабеля ПвКВ 20 кВ построена в соответствии с ГОСТ 31565-2012 (Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 1, 3, 6, 10, 20, 35 кВ) и расшифровывается следующим образом:

• П – изоляция из полиэтилена.
• в – оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката.
• К – обозначение, указывающее на тип изоляции как «компаундированный» (устаревшее, исторически сложившееся). В современной трактовке для кабелей на напряжение 20 кВ подразумевается, что изоляция выполнена из сшитого полиэтилена (СПЭ).
• В – кабель имеет защитный покров в виде виниловой (ПВХ) оболочки поверх брони.
• 20 кВ – номинальное напряжение, на которое рассчитан кабель.

Таким образом, полное обозначение описывает кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, в медной токопроводящей жиле, с броней из стальных оцинкованных лент, защитной оболочкой из ПВХ и номинальным напряжением 20 кВ.

Конструкция кабеля ПвКВ 20 кВ

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

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из медной проволоки (материал – медь марки М1 по ГОСТ 859). Для сечений до 16 мм² включительно жила может быть однопроволочной (монолитной). Для сечений 25 мм² и выше жила, как правило, многопроволочная (скрученная из отдельных проволок), что обеспечивает кабелю необходимую гибкость. Жила имеет круглую форму. Класс жилы (1 или 2 по ГОСТ 22483) определяется сечением и конкретными техническими условиями.

2. Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой)

Поверх токопроводящей жилы методом экструзии наносится экструдированный полупроводящий слой. Его основная функция – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений между жилой и основной изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов – основной причины старения и пробоя изоляции.

3. Изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ)

Основной изолирующий слой, нанесенный поверх полупроводящего экрана. Сшитый полиэтилен получают из термопластичного полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) путем «сшивки» его молекул в трехмерную сетку (обычно с помощью пероксида или силана). Этот процесс радикально улучшает свойства материала:

• Повышает рабочую температуру с 70°C до 90°C (длительно) и до 130°C (в режиме перегрузки или короткого замыкания).
• Увеличивает стойкость к тепловому старению и растрескиванию.
• Обеспечивает высокую механическую прочность и стойкость к ударам.
• Обладает отличными диэлектрическими характеристиками.

Толщина изоляции строго нормирована стандартами и для 20 кВ составляет несколько миллиметров, в зависимости от сечения жилы.

4. Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой)

Поверх основной изоляции наносится второй экструдированный полупроводящий слой. Он выполняет ту же функцию выравнивания поля, но с внешней стороны изоляции. Вместе с экраном по жиле он формирует коаксиальную конструкцию, в которой изоляция находится в равномерном радиальном электрическом поле.

5. Поясная изоляция и медный экран

Поверх внешнего полупроводящего слоя накладывается экран в виде медных проволок (спирально) и/или медной ленты (продольно или внахлест). Этот слой служит для:

• Защиты от внешних электромагнитных помех.
• Обеспечения симметрии поля вокруг кабеля.
• Создания пути для тока утечки и тока короткого замыкания (в случае повреждения).

Для трехжильных кабелей поверх каждой изолированной и экранированной жилы может накладываться поясная изоляция из полупроводящих или изоляционных материалов, после чего жилы скручиваются, и поверх них устанавливается общий медный экран.

6. Разделительный слой

Представляет собой обмотку из полиэтилентерефталатной (ПЭТ) или аналогичной пленки, которая предотвращает возможность повреждения медного экрана острыми кромками бронелент.

7. Броня

Выполняется из двух стальных оцинкованных лент, наложенных повивно с зазором. Основное назначение – защита кабеля от механических повреждений (удары, сдавливание, растяжение), а также от грызунов. Толщина лент нормируется.

8. Защитная оболочка из ПВХ пластиката

Наружная оболочка, нанесенная поверх брони. Защищает бронеленты от коррозии, выполняет функцию дополнительной изоляции и механической защиты. Имеет характерный цвет (обычно черный) и содержит маркировку с указанием завода-изготовителя, марки кабеля, сечения, напряжения и года выпуска.

Основные технические характеристики и параметры

Электрические параметры

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 20/35 кВ. Где U₀ = 20 кВ – напряжение между жилой и землей/экраном, U = 35 кВ – напряжение между жилами. U_m = 40,5 кВ – максимальное длительно допустимое напряжение для сети.
• Испытательное переменное напряжение промышленной частоты: 50 Гц, продолжительностью 10 мин. Для кабелей на 20 кВ составляет 50 кВ (для новых и после ремонта).
• Испытательное постоянное напряжение: Применяется для приемо-сдаточных испытаний после монтажа. Для 20 кВ составляет 80 кВ, продолжительность 15 мин.
• Допустимая длительная температура нагрева жилы: +90°C.
• Допустимая температура жилы в режиме перегрузки: +130°C (не более 8 часов в сутки, суммарно не более 1000 часов за срок службы).
• Допустимая температура жилы при коротком замыкании: +250°C (максимальная продолжительность до 5 секунд).
• Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева: -15°C.
• Минимальный радиус изгиба при прокладке: 15 наружных диаметров кабеля для одножильных и 12 для многожильных кабелей.

Таблица 1. Примерные данные по току нагрузки для кабеля ПвКВ 20 кВ (одножильный, проложенный в земле, температура земли +25°C)

Сечение жилы, мм²	Допустимый длительный ток, А (при прокладке в траншее)	Примерная масса 1 км кабеля, кг
3×50	200 — 220	~4500
3×95	280 — 310	~6000
3×120	320 — 350	~7000
3×150	370 — 400	~8000
3×185	420 — 450	~9500
3×240	480 — 520	~11500

Примечание: Точные значения токовой нагрузки и массы необходимо уточнять по актуальным техническим каталогам производителя, так как они зависят от конкретной конструкции, материала оболочки и условий прокладки.

Область применения и способы прокладки

Кабель ПвКВ 20 кВ предназначен для передачи и распределения электроэнергии в сетях с изолированной, компенсированной или эффективно заземленной нейтралью. Применяется в стационарных установках.

• Прокладка в земле (траншеях): Наиболее распространенный способ. Требует подготовки песчаной подушки, защиты кирпичом или сигнальной лентой. Допустима прокладка в трубах (ПНД, асбоцементных) для дополнительной защиты на сложных участках.
• Прокладка в кабельных сооружениях: В туннелях, коллекторах, эстакадах, галереях, по стенам зданий. Броня и нераспространение горения (при наличии соответствующего исполнения) делают кабель пригодным для таких объектов.
• Прокладка в воздухе: По фасадам зданий, на опорах (при условии защиты от прямых солнечных лучей и атмосферных воздействий, например, в гофротрубе или лотке).

Кабель не предназначен для прокладки в болотистой местности с высокой коррозионной активностью, а также на вертикальных участках с большим перепадом высот без специальных креплений, так как СПЭ-изоляция подвержена течению полимера под длительной механической нагрузкой.

Преимущества и недостатки кабеля ПвКВ 20 кВ по сравнению с аналогами

Преимущества перед кабелями с бумажно-масляной изоляцией (например, СБ 20 кВ):

• Высокая надежность и безопасность: Отсутствие риска утечки масла и возгорания. Невозможность образования в изоляции «масляных каналов», ведущих к пробою.
• Простота монтажа и эксплуатации: Не требует сложных муфт с системой подпитки маслом, допускает большие перепады уровней при прокладке.
• Большая допустимая температура и токовая нагрузка: Более высокая пропускная способность при том же сечении.
• Меньший вес и внешний диаметр: Облегчает транспортировку и прокладку.
• Меньшие требования к обслуживанию: Не требует постоянного контроля уровня масла и давления.

Преимущества перед кабелями с изоляцией из ПВХ или термоэластопласта:

• Более высокие температурные характеристики: Рабочая температура +90°C против +70°C.
• Лучшие диэлектрические и механические свойства изоляции.
• Большая стойкость к тепловому старению.

Недостатки:

• Чувствительность к частичным разрядам: Требует безупречного качества изготовления и монтажа экранов и муфт.
• Склонность к водному старению (трекингу): При повреждении оболочки и попадании влаги в область экрана возможна постепенная деградация изоляции. Для борьбы с этим существуют кабели с герметизированным экраном (заполненным водоотталкивающим составом).
• Более высокая стоимость по сравнению с кабелями на низкое напряжение.
• Необходимость специального инструмента и обученного персонала для монтажа концевых и соединительных муфт.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: В чем принципиальная разница между кабелями ПвКВ и ПвП?

Ответ: Основное отличие заключается в материале внешней оболочки. У кабеля ПвП (где последняя «П» означает «полиэтилен») наружная защитная оболочка выполняется из полиэтилена. Это делает кабель более стойким к влаге и химически агрессивным средам, часто используется для прокладки в воде или в грунтах с высокой коррозионной активностью. Кабель ПвКВ имеет оболочку из ПВХ, которая обладает лучшими показателями по распространению горения и более гибкая при отрицательных температурах.

Вопрос 2: Можно ли использовать кабель ПвКВ 20 кВ для прокладки в взрывоопасных зонах?

Ответ: Стандартное исполнение кабеля ПвКВ не имеет сертификата для взрывоопасных зон. Для таких объектов необходимо применять специальное исполнение кабеля, соответствующее требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ) и Технического регламента Таможенного союза (ТР ТС 012/2011), например, с индексом «нг(А)-HF» (не распространяющий горение, с пониженным дымовыделением и газовыделением).

Вопрос 3: Какой срок службы у кабеля ПвКВ 20 кВ?

Ответ: Гарантийный срок эксплуатации, устанавливаемый производителями, обычно составляет от 3 до 5 лет. Однако расчетный (ожидаемый) срок службы при соблюдении условий прокладки, эксплуатации и нагрузок составляет не менее 30 лет. На практике этот срок может быть значительно больше.

Вопрос 4: Требуется ли дополнительная защита при прокладке в одной траншее с кабелями связи или 0,4 кВ?

Ответ: Да, согласно ПУЭ (Глава 2.3), при параллельной прокладке кабелей разных напряжений необходимо соблюдать разделительные расстояния. Кабели напряжением до 1 кВ и 20 кВ, как правило, можно прокладывать в одной траншее, но между ними должно быть расстояние не менее 10 см (лучше больше), либо они должны быть разделены несгораемой перегородкой (например, кирпичной стенкой). Кабели связи должны быть экранированы и отделены от силовых кабелей на 0,5 м или более, либо проложены в отдельной трубе.

Вопрос 5: Как правильно выбрать сечение жилы кабеля ПвКВ 20 кВ?

Ответ: Выбор сечения производится по трем основным критериям, указанным в ПУЭ (Глава 1.3):

1. По длительно допустимому току нагрузки (нагреву). Ток нагрузки не должен превышать значений, указанных в таблицах ПУЭ для конкретных условий прокладки (в земле, в воздухе, количество кабелей в траншее, температура грунта).
2. По потере напряжения (для удаленных потребителей).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания. Сечение должно быть таким, чтобы при протекании расчетного тока КЗ в течение времени срабатывания защиты, температура жилы не превысила допустимые +250°C.

Окончательный выбор сечения, особенно для ответственных объектов, должен производиться проектной организацией на основе детальных расчетов.

Заключение

Кабель ПвКВ 20 кВ является современным, надежным и технологичным решением для создания и модернизации кабельных линий электропередачи среднего класса напряжения. Его конструкция на основе сшитого полиэтилена обеспечивает высокую пропускную способность, долговечность и минимальные эксплуатационные расходы. Правильный выбор, монтаж и эксплуатация данного кабеля с учетом всех технических требований и условий окружающей среды являются залогом бесперебойного и безопасного энергоснабжения потребителей на протяжении десятилетий. Применение кабелей типа ПвКВ соответствует общемировой тенденции перехода от бумажно-масляной изоляции к твердой полимерной, что повышает общую надежность и экологичность энергетической инфраструктуры.