Кабели алюминиевые силовые 25 кВ с пластмассовой изоляцией
Кабели силовые алюминиевые на напряжение 25 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты
Кабели силовые алюминиевые на напряжение 25 кВ с пластмассовой изоляцией представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 25 кВ (междуфазное) частотой 50 Гц. Основными преимуществами данной категории кабелей являются относительно низкая стоимость (в сравнении с медными аналогами), меньший вес, коррозионная стойкость алюминия, а также высокие диэлектрические и механические свойства полимерной изоляции, что обеспечивает долгий срок службы и надежность.
Конструкция кабеля
Конструкция кабеля на 25 кВ является многослойной, каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Типовая конструкция соответствует требованиям ГОСТ Р 53769-2010 (или международным стандартам IEC 60502-2) и включает следующие компоненты:
- Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия марки АВЕ (алюминий винц, твердый) или АПВ (алюминий повышенной пластичности). Жила может быть однопроволочной (секторной или круглой) для сечений до 240 мм² включительно или многопроволочной (круглой) для больших сечений и повышенной гибкости. Сечения жил стандартизированы: 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500 мм² и более.
- Экран на жиле (полупроводящей слой): Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или в виде полупроводящей ленты. Выравнивает распределение электрического поля у поверхности жилы, предотвращая локальные перенапряжения в изоляции.
- Изоляция: Основной диэлектрический барьер. Применяется сшитый полиэтилен (XLPE — Cross-Linked Polyethylene) или, реже для данного напряжения, полиэтилен высокой плотности (HDPE). Сшитый полиэтилен является предпочтительным материалом благодаря высокой рабочей температуре (до 90°C в продолжительном режиме), отличным диэлектрическим свойствам, стойкости к тепловому старению и трекингу. Толщина изоляции нормирована стандартами и для 25 кВ составляет, как правило, 5.5-8.0 мм в зависимости от сечения жилы и конкретного стандарта.
- Экран на изоляции (полупроводящей слой): Наносится поверх изоляции. Аналогичен экрану на жиле и служит для создания равномерного цилиндрического электрического поля и отвода емкостных токов.
- Поясная изоляция: Может выполняться в виде экструдированного слоя из того же материала, что и изоляция, или отсутствовать в трехжильных кабелях с общим экраном.
- Экран (металлическая оболочка): Выполняет функции защиты от внешних электромагнитных влияний, является нулевым (заземляемым) проводником в сетях с изолированной нейтралью и обеспечивает безопасность при повреждении изоляции, отводя токи короткого замыкания на землю. Выполняется из медных или алюминиевых проволок, гофрированной медной или алюминиевой ленты. Для одножильных кабелей часто применяется экран в виде перекрывающей медной ленты.
- Разделительный слой: Изоляционная пленка или лента, предотвращающая контакт металлического экрана с внешней оболочкой.
- Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, химических и биологических воздействий. Изготавливается из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката или полиэтилена (PE). Полиэтиленовая оболочка (PE) обладает повышенной стойкостью к влаге и агрессивным средам, ПВХ-пластикат – к распространению пламени и механическим нагрузкам. Цвет оболочки, как правило, черный.
- По числу жил: Одножильные (АПвВ, АПвП) и трехжильные (АПвВнг, АПвПуг).
- По материалу изоляции: С изоляцией из сшитого полиэтилена (обозначение «Пв» в маркировке по ГОСТ) или из полиэтилена («П»).
- По типу экрана: С экраном из медных проволок и спиральной ленты (обозначение «э»), с экраном из алюмополимерной ленты («Э»), с усиленным экраном.
- По виду внешней оболочки и пожарной безопасности:
- «В» – оболочка из ПВХ.
- «нг(A)-HF» – не распространяющие горение, с пониженным дымо- и газовыделением (категория А).
- «нг(А)-LS» – не распространяющие горение, с пониженным дымовыделением.
- «П» – оболочка из полиэтилена.
- Распределительные сети городской и промышленной инфраструктуры (питание районов, микрорайонов, крупных предприятий).
- Вводы и распределение электроэнергии на территории промзон, нефтехимических комплексов, портов.
- Питание мощных узловых подстанций и трансформаторных пунктов.
- Прокладка в кабельных сооружениях (коллекторах, туннелях, эстакадах, галереях).
- Прокладка в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений (броневыми лентами или плитами).
- Раскатка: Осуществляется с помощью механизмов, предотвращающих повреждение оболочки. Необходимо строго соблюдать минимальный радиус изгиба.
- Соединение жил: Выполняется с помощью механических соединителей (зажимов) или сварки (опрессовкой). Для алюминиевых жил обязательна зачистка от оксидной пленки и применение контактной смазки.
- Монтаж муфт: Применяются соединительные, ответвительные и концевые муфты (в т.ч. с переходом на открытые шины). Технология монтажа (холодная усадка, термоусадка, заливные) зависит от типа муфты и должна строго соблюдаться. Особое внимание уделяется восстановлению экрана и его заземлению.
- Заземление экрана: В трехжильных кабелях экраны всех жил соединяются и заземляются с двух концов линии. В одножильных кабелях для предотвращения наведения циркулирующих токов применяют одноточечное заземление или установку защитных устройств (ограничителей напряжения).
- Отсутствие риска утечки масла и необходимости в сложных системах давления масла.
- Более высокая допустимая температура жилы, меньший вес и радиус изгиба.
- Проще монтаж и обслуживание, нет необходимости в вертикальных ограничениях при прокладке.
- Меньшая пожароопасность.
- Значительно меньшая стоимость (приблизительно в 2-3 раза).
- Меньший вес (примерно в 2 раза), что облегчает транспортировку и монтаж.
- Алюминий имеет более низкую электропроводность, чем медь, поэтому для передачи той же мощности требуется большее сечение жилы (примерно на 60-70%).
- Алюминиевые жилы более подвержены ползучести (крипу) под давлением в контактных соединениях, что требует применения специальных зажимов и регулярного контроля.
- Больший коэффициент линейного расширения по сравнению с медью.
Классификация и маркировка
Кабели классифицируются по нескольким ключевым признакам:
Пример маркировки: АПвВнг(А)-HF 1х240/25-25 расшифровывается как: Кабель с алюминиевой жилой, с изоляцией из сшитого полиэтилена, в оболочке из ПВХ, не распространяющий горение по категории А, с пониженным дымо- и газовыделением, одножильный, сечение жилы 240 мм², на напряжение 25 кВ.
Основные технические характеристики
| Сечение жилы, мм² | Одножильный кабель, А | Трехжильный кабель, А |
|---|---|---|
| 50 | 205 | 175 |
| 70 | 250 | 210 |
| 95 | 300 | 255 |
| 120 | 345 | 295 |
| 150 | 390 | 335 |
| 185 | 445 | 380 |
| 240 | 520 | 440 |
| 300 | 595 | 505 |
Примечание: Точные значения зависят от условий прокладки (температура грунта, удельное тепловое сопротивление, количество кабелей в траншее, глубина прокладки) и должны быть рассчитаны в соответствии с ПУЭ и методическими указаниями.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um), кВ | 25/25 (26) |
| Максимальная рабочая температура жилы, °C | 90 (для XLPE) |
| Допустимая температура при КЗ (макс. 5 с), °C | 250 |
| Минимальная температура монтажа без предварительного подогрева, °C | -20 |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | 15-20 наружных диаметров кабеля |
| Сопротивление изоляции, МОм·км, не менее | 1000 |
| Емкость жилы на землю, мкФ/км | 0.2 — 0.4 (зависит от сечения и конструкции) |
Области применения и способы прокладки
Кабели данного типа применяются для создания и модернизации кабельных линий электропередачи среднего напряжения в следующих областях:
Способ прокладки напрямую влияет на токовую нагрузку кабеля. Наиболее распространены прокладка в земле (траншее) и в воздухе (по конструкциям). При прокладке в земле критически важно учитывать тепловое сопротивление грунта, наличие параллельных кабелей и тепловое взаимовлияние. При прокладке в воздухе ключевыми факторами являются солнечная радиация и окружающая температура.
Особенности монтажа и соединения
Монтаж кабелей 25 кВ требует специальной подготовки и оборудования. Основные этапы включают:
Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями других типов
Преимущества перед кабелями с бумажно-масляной изоляцией (СБ):
Преимущества перед медными кабелями:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) и бумажно-масляной изоляцией для напряжения 25 кВ?
Кабели с изоляцией XLPE являются сухими и не требуют поддержания давления масла. Они имеют более высокую рабочую температуру (90°C против 70-80°C), меньший вес и радиус изгиба, что упрощает монтаж. Бумажно-масляные кабели исторически обладают очень высокой надежностью и длительным сроком службы, но их монтаж сложнее, требуется контроль масляного хозяйства, а при повреждении существует риск загрязнения окружающей среды. Для новых проектов, как правило, выбирают кабели с полимерной изоляцией.
Как правильно выбрать сечение алюминиевого кабеля 25 кВ?
Выбор сечения осуществляется в два этапа. Первый – по допустимому длительному току нагрузки с учетом способа прокладки, температуры окружающей среды и количества параллельных кабелей (см. ПУЭ гл. 1.3). Второй – проверка по потере напряжения (для протяженных линий) и по термической стойкости к токам короткого замыкания. Экономически целесообразное сечение определяется минимизацией приведенных затрат с учетом потерь электроэнергии.
Обязательно ли использовать кабели с индексом «нг(A)-HF» в городских коллекторах и тоннелях?
Да, согласно требованиям современных норм пожарной безопасности (СП 439.1325800.2018, Федеральный закон № 123-ФЗ), в кабельных сооружениях, зданиях и помещениях с массовым пребыванием людей, а также на объектах энергетики необходимо применять кабели, не распространяющие горение, с низким дымо- и газовыделением (категории «нг(A)-HF» или «нг(А)-LS»). Это критически важно для обеспечения эвакуации людей и работы пожарных.
Как осуществляется заземление экранов одножильных кабелей 25 кВ и почему это важно?
В одножильных кабелях при протекании тока по жиле вокруг нее возникает переменное магнитное поле, которое наводит ЭДС в металлическом экране. Если заземлить экран с двух концов, по нему начнет протекать значительный циркулирующий ток, вызывающий дополнительные потери и нагрев. Для борьбы с этим применяют одноточечное заземление (экран заземлен только в одной точке, обычно на подстанции), либо используют специальные поперечные соединения экранов (транспозицию) для трех кабелей в одной линии, либо устанавливают устройства защиты (ограничители напряжения), которые заземляют экран через большое сопротивление в нормальном режиме и шунтируют его при перенапряжениях. Неправильное заземление экранов может привести к их перегреву и выходу кабеля из строя.
Каков типичный срок службы алюминиевого кабеля 25 кВ с изоляцией XLPE?
Расчетный (гарантийный) срок службы, заявленный производителями, обычно составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может превышать 40-50 лет при соблюдении условий прокладки, монтажа и эксплуатации (непревышение токовых нагрузок, отсутствие механических повреждений, правильная работа защит). Ключевым фактором является качество монтажа соединительных муфт, так как большинство отказов происходит именно в местах соединений.
Можно ли прокладывать алюминиевые кабели 25 кВ в агрессивных грунтах?
Да, но при этом необходимо применять кабели с внешней оболочкой из полиэтилена (PE), которая обладает высокой химической стойкостью. Для дополнительной защиты от механических повреждений и коррозии в таких условиях часто используют бронированные кабели с гофрированной лентой из нержавеющей стали или алюминия поверх оболочки, либо прокладывают кабель в трубах из ПНД или ПВХ.