Кабели силовые 20 кВ сечение 800 мм с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые на напряжение 20 кВ сечением 800 мм² с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение, технические характеристики

Силовые кабели на напряжение 20 кВ с сечением токопроводящей жилы 800 мм² и изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) или поливинилхлорида (ПВХ) представляют собой ключевые элементы современных кабельных линий электропередачи среднего класса напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках с номинальным переменным напряжением 20 кВ частотой 50 Гц. Основная область применения — магистральные линии в городских кабельных сетях, питание крупных промышленных предприятий, объектов инфраструктуры (аэропорты, вокзалы), а также подключение мощных трансформаторных подстанций и распределительных устройств.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля 20 кВ 800 мм² является многослойной и строго регламентированной, каждый слой выполняет критически важную функцию.

1. Токопроводящая жила

Жила сечением 800 мм² изготавливается, как правило, из медной или алюминиевой проволоки. Для такого большого сечения жила выполняется секторной или сегментной формы для уменьшения общего диаметра кабеля и экономии материалов изоляции и оболочки.

• Материал: Медь (Cu) или Алюминий (Al). Медные жилы обладают более высокой проводимостью, механической прочностью и стойкостью к окислению, но имеют большую стоимость и массу. Алюминиевые — легче и дешевле, но требуют большего сечения для той же пропускной способности и склонны к ползучести.
• Класс гибкости: Для стационарной прокладки обычно применяется жила 1-го (однопроволочная) или 2-го (многопроволочная) класса по ГОСТ 22483.
• Форма: Секторная (сегментная).

2. Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой)

Наносится поверх токопроводящей жилы экструзионным способом. Выполняется из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей композиции. Его назначение — выравнивание электрического поля вокруг жилы, устранение микроскопических воздушных включений между жилой и изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов — основной причины старения и пробоя изоляции.

3. Изоляция

Основной барьер, определяющий рабочее напряжение кабеля. Для кабелей на 20 кВ применяются полимерные материалы:

• Сшитый полиэтилен (XLPE, СПЭ): Наиболее распространенный материал. Процесс сшивания (образования поперечных молекулярных связей) придает полиэтилену высокую термостойкость (допустимая температура жилы до +90°C в длительном режиме и до +250°C при КЗ), стойкость к механическим нагрузкам и трекингу. Имеет низкие диэлектрические потери.
• Поливинилхлорид (ПВХ): Применяется реже для данного класса напряжения и сечения. Имеет более низкий температурный предел (обычно +70°C), но лучше сопротивляется распространению горения и агрессивным средам. Кабели с ПВХ-изоляцией, как правило, дешевле.

Толщина изоляции строго нормирована. Для кабеля 20 кВ с изоляцией из СПЭ она обычно составляет 5,5-6,0 мм.

4. Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой)

Аналогичен внутреннему экрану. Наносится поверх изоляции. Вместе с внутренним экраном и металлическим экраном формирует коаксиальную систему, которая заключает электрическое поле внутри кабеля, защищает от внешних электромагнитных влияний и обеспечивает безопасность при касании оболочки.

5. Металлический экран (экранирующая оболочка)

Выполняет несколько функций: защита от внешних электромагнитных помех, замыкание тока однофазного замыкания на землю для корректной работы релейной защиты, а также в качестве заземляющего проводника. Для кабеля 800 мм² применяется:

• Медные ленты (гофрированные или гладкие), наложенные продольно или внахлест.
• Медные проволоки, наложенные поверх экранирующих лент или вместо них. Сечение проволок нормируется в зависимости от тока КЗ.

6. Поясная изоляция и заполнители

В трехжильных кабелях поверх каждой изолированной и экранированной жилы (в конструкции типа «каждая жила в отдельной оболочке») или поверх скрученных жил может накладываться слой поясной изоляции (из ПВХ, полиэтилена) и заполнители из ПВХ-поясов или жгутов для придания кабелю круглой формы.

7. Оболочка

Наружный защитный слой, предохраняющий все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и других внешних воздействий. Материалы:

• ПВХ-пластикат: Наиболее распространен. Обладает хорошей гибкостью, стойкостью к маслам, кислотам, щелочам, распространению горения.

Полиэтилен (PE): Высокая стойкость к влаге и агрессивным грунтовым водам, применяется для кабелей, прокладываемых в земле.

• Мало дымный безгалогенный компаунд (LSZH, НГ-LS): Применяется в местах с массовым пребыванием людей (метро, вокзалы, ТЦ). При пожаре выделяет минимальное количество дыма и коррозионно-активных газов.

Основные технические характеристики и параметры

Электрические параметры

Параметр	Значение / Описание	Примечание
Номинальное напряжение, U0/U (Um)	12/20 (24) кВ	U0 — напряжение между жилой и землей; U — между жилами; Um — максимальное рабочее напряжение.
Испытательное переменное напряжение, 50 Гц	2.5U0 или 3U0 в течение 5-10 мин.	Для новых кабелей после производства. Обычно 30-36 кВ.
Максимальная допустимая температура жилы (длительно)	+90°C для СПЭ; +70°C для ПВХ
Максимальная температура при КЗ (до 5 сек)	+250°C для СПЭ; +160°C для ПВХ
Допустимый ток нагрузки (длительный)	~600-850 А (зависит от способа прокладки)	Определяется расчетом по ПУЭ, зависит от условий прокладки, температуры грунта/воздуха, количества кабелей в траншее.
Сопротивление изоляции	Не менее 100 МОм·км	При температуре +20°C.

Механические и геометрические параметры

Параметр	Примерное значение
Наружный диаметр кабеля (одножильный/трехжильный)	~55-65 мм / ~95-115 мм
Масса 1 км кабеля (медь/СПЭ)	~7000-9000 кг/км (3-жильный)
Минимальный радиус изгиба при прокладке	15-20 наружных диаметров кабеля
Допустимое тяговое усилие при прокладке	Рассчитывается индивидуально, обычно десятки кН

Способы прокладки и монтажа

Кабели 20 кВ 800 мм² прокладываются стационарно. Основные методы:

• В кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, эстакадах, галереях): Наиболее предпочтительный способ, обеспечивающий удобный доступ для осмотра и ремонта. Кабель крепится на лотках или кронштейнах.
• В земле (траншее): Требует подготовки песчаной подушки, защиты кирпичом или плитами от механических повреждений. Глубина прокладки — не менее 0,7-1,0 м. Обязательна сигнальная лента. Необходим расчет допустимых токов нагрузки с учетом удельного теплового сопротивления грунта.
• В блоках (кабельной канализации): Прокладка в асбестоцементных, керамических или полимерных трубах. Усложняет монтаж и снижает пропускную способность из-за ухудшения теплоотвода.
• По воздуху (на тросах): Применяется реже из-за большой массы кабеля. Требует специальных расчетов на механическую прочность и ветровые/ледовые нагрузки.

При монтаже критически важно использовать специальную кабельную арматуру: концевые и соединительные муфты, рассчитанные на данное напряжение и сечение, которые обеспечивают герметичность, электрическую прочность и перераспределение электрического поля в местах нарушения целостности экранов.

Нормативная база и стандарты

Производство и применение кабелей в РФ регламентируется следующими основными документами:

• ГОСТ 31996-2012: «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ». Для напряжений 6 кВ и выше действуют Технические условия (ТУ) завода-изготовителя, разработанные на основе этого ГОСТ и международных стандартов.
• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), Глава 2.3 и 2.4: Определяют правила выбора, прокладки и защиты кабельных линий.
• Стандарты МЭК (IEC): IEC 60502-2 (стандарт на кабели на напряжение от 6 кВ до 30 кВ).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Что лучше для прокладки в земле: кабель с изоляцией из СПЭ или ПВХ?

Для прокладки в земле на напряжение 20 кВ и сечении 800 мм² однозначно рекомендуется кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Он имеет более высокую допустимую температуру нагрева (+90°C против +70°C у ПВХ), что при прочих равных условиях позволяет пропускать больший ток или увеличивает срок службы при одинаковой нагрузке. СПЭ также обладает лучшими диэлектрическими характеристиками и стойкостью к тепловому старению.

2. Как рассчитать фактическую пропускную способность кабеля 20 кВ 800 мм²?

Длительно допустимый ток нагрузки (I_доп) не является фиксированной величиной для конкретного сечения. Он рассчитывается согласно ПУЭ (Глава 1.3) и зависит от множества факторов: способа прокладки (в воздухе, в земле, в трубе), температуры окружающей среды или грунта, количества работающих рядом кабелей в одной траншее, глубины прокладки, удельного теплового сопротивления грунта. Для точного расчета необходимо выполнить теплотехнический расчет или использовать специализированные программы. Указанные в таблицах значения (~600-850 А) являются справочными для базовых условий.

3. Почему для такого кабеля обязательно применение концевых муфт с обязательным заземлением экрана?

Металлический экран кабеля находится под электрическим потенциалом. В нормальном режиме работы на нем наводится напряжение, а в режиме однофазного замыкания через него протекает ток КЗ. Концевые муфты обеспечивают безопасный вывод экрана и его надежное заземление. Без заземления или при его плохом качестве на экране может присутствовать опасный для жизни потенциал, нарушается работа релейной защиты, а также возникают дополнительные потери и перегрев кабеля.

4. Каков типовой срок службы такого кабеля?

Номинальный срок службы кабеля с изоляцией из СПЭ, при соблюдении условий эксплуатации, хранения, транспортировки и монтажа, составляет не менее 30 лет. Фактический срок службы может быть как больше, так и меньше и напрямую зависит от режимов нагрузки (перегрузки сокращают срок), качества монтажа муфт, коррозионной активности среды, механических повреждений и наличия дефектов.

5. В чем разница между кабелями с экраном из медных лент и медных проволок?

Экран из медных проволок (часто в комбинации с лентами) обладает значительно большей проводимостью по сравнению с ленточным. Это позволяет ему выдерживать большие токи короткого замыкания, что критически важно для сетей с большими мощностями КЗ. Ленточный экран дешевле и обеспечивает достаточную защиту от помех, но его стойкость к токам КЗ ниже. Выбор типа экрана определяется расчетом ожидаемого тока КЗ в точке установки кабеля.

6. Можно ли использовать алюминиевый кабель 800 мм² вместо медного?

Да, можно, и это часто делается из соображений экономии. Однако необходимо учитывать следующие аспекты: для обеспечения одинаковой проводимости алюминиевая жила должна иметь примерно на 60% большее сечение, чем медная. При одинаковом сечении 800 мм² медный кабель будет иметь примерно на 30% большую пропускную способность. Также для алюминия требуются специальные методы оконцевания и соединения (использование переходных медно-алюминиевых наконечников, кварцеваз-пастных смазок) для предотвращения окисления и ослабления контакта. Монтаж алюминиевого кабеля сложнее из-за его большей жесткости.

Заключение

Силовой кабель 20 кВ сечением 800 мм² с пластмассовой (преимущественно СПЭ) изоляцией — это сложное высокотехнологичное изделие, выбор и применение которого требуют комплексного подхода. Необходимо учитывать не только базовые электрические параметры, но и условия прокладки, требования к токам КЗ, коррозионную стойкость, пожарную безопасность. Корректный монтаж с применением соответствующей арматуры и квалифицированное проектирование линии являются не менее важными факторами надежности, чем качество самого кабеля. Соблюдение нормативных требований (ПУЭ, ГОСТ) и рекомендаций производителя — обязательное условие для создания долговечной и безопасной кабельной линии.