Кабель АПвВ 20 кВ 120 мм
Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвВ 20 кВ 120 мм²: полный технический анализ
Кабель АПвВ 20 кВ 120 мм² представляет собой силовой кабель с алюминиевыми жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), в поливинилхлоридной оболочке, рассчитанный на номинальное напряжение 20 кВ. Данный тип кабеля является одним из наиболее востребованных в современных распределительных сетях среднего класса напряжения (6-35 кВ) благодаря оптимальному сочетанию электрических характеристик, надежности и экономической эффективности. Его применение охватывает стационарную прокладку в земляных траншеях (при условии защиты от механических повреждений), кабельных каналах, тоннелях, шахтах и производственных помещениях для передачи и распределения электрической энергии.
Расшифровка маркировки и конструкция
Маркировка АПвВ 20 кВ 120 мм² расшифровывается в соответствии с ГОСТ 31996-2012 и другими нормативными документами:
- А – токопроводящая жила из алюминия.
- П – изоляция жил из сшитого полиэтилена (Cross-linked Polyethylene, XLPE).
- в – внутренняя оболочка из поливинилхлоридного пластиката (может отсутствовать в некоторых исполнениях, но в данной марке указывает на наличие разделительного слоя между экранами и оболочкой).
- В – наружная оболочка из поливинилхлоридного пластиката.
- 20 кВ – номинальное напряжение 20 кВ (фазное 12 кВ, линейное 20 кВ).
- 120 мм² – номинальное сечение основной токопроводящей жилы.
- Защита от электромагнитных помех (ЭМП).
- Обеспечение симметрии электрического поля.
- Создание пути для тока короткого замыкания и тока утечки.
- Защита от внешних электрических влияний.
- Кабельные линии распределительных сетей 6-10 кВ, питающие районные и городские подстанции.
- Вводы электроэнергии на промышленные предприятия, крупные коммерческие объекты.
- Питание мощных двигателей и другого электрооборудования на напряжение 6-10 кВ.
- Прокладка в кабельных сооружениях (коллекторах, туннелях, эстакадах) в условиях агрессивной среды, где недопустимо применение кабелей в свинцовой оболочке.
Детальное описание конструктивных элементов
1. Токопроводящая жила
Жила выполняется из алюминия марки АЕ (по ГОСТ 22483) или аналогичной, соответствующей классу гибкости 1 (однопроволочная) или 2 (многопроволочная) в зависимости от сечения и требований к монтажу. Для сечения 120 мм² жила, как правило, многопроволочная (класс 2), что обеспечивает достаточную гибкость для транспортировки и укладки. Жила имеет круглую форму, компактированную для улучшения электрических характеристик и уменьшения диаметра.
2. Экранирование жилы (полупроводящий слой)
Поверх токопроводящей жилы накладывается экструдированный полупроводящий слой (экранирующая оболочка жилы). Его функция – 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 изоляционный слой выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE) методом экструзии. Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу повышенные термические и механические свойства по сравнению с термопластичным полиэтиленом. Рабочая температура жилы повышается до +90°C, а температура в аварийном режиме может достигать +130°C (кратковременно до +250°C). Изоляция имеет строго нормированную и контролируемую толщину, обеспечивающую необходимую электрическую прочность.
4. Экранирование изоляции (полупроводящий слой)
Поверх основной изоляции накладывается второй экструдированный полупроводящий слой. Он выполняет ту же функцию выравнивания поля, но уже на внешней поверхности изоляции. Вместе с экраном жилы он создает концентрическое цилиндрическое электрическое поле внутри изоляции, что является идеальным с точки зрения электротехники.
5. Поясная изоляция и заполнение
В трехжильных кабелях (наиболее распространенное исполнение для данного напряжения) поверх каждой экранированной изолированной жилы может накладываться поясная изоляция. Пространство между жилами заполняется невулканизированной резиновой смесью или другим эластичным материалом для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
6. Экран (металлическая оплетка)
Поверх поясной изоляции или непосредственно поверх экранов изоляции (в одножильных кабелях) накладывается металлический экран. Для кабеля АПвВ 20 кВ 120 мм² это, как правило, медные ленты, наложенные спирально с перекрытием, или медные проволоки, наложенные поверх продольной медной ленты. Функции металлического экрана:
7. Оболочка
Наружная оболочка из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ) марки В по ГОСТ 5960. Она обеспечивает защиту от механических повреждений, агрессивных сред (масла, химикаты, УФ-излучение при прокладке на открытом воздухе), а также служит барьером от влаги. Оболочка имеет стандартную расцветку, обычно черную, с обязательной маркировкой с указанием завода-изготовителя, года выпуска, марки кабеля и его длины.
Основные технические характеристики
Электрические параметры (для трехжильного кабеля 20 кВ, 120 мм²)
| Параметр | Значение / Условие | Норма по ГОСТ/ТУ |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U, кВ | 12/20 | ГОСТ 31996-2012 |
| Максимальное рабочее напряжение Um, кВ | 24 | ГОСТ 31996-2012 |
| Частота, Гц | 50 | — |
| Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц, кВ (в течение 10 мин.) | 50 | ГОСТ 31996-2012 |
| Испытательное постоянное напряжение (для приемо-сдаточных испытаний), кВ | 60 | ГОСТ 31996-2012 |
| Сопротивление изоляции при +20°C, не менее, МОм*км | 1000 | ГОСТ 31996-2012 |
| Емкость жилы на 1 км длины, мкФ/км (ориентировочно) | 0,3 — 0,4 | Зависит от конструкции |
| Индуктивное сопротивление, Ом/км (ориентировочно) | 0,15 — 0,18 | Зависит от конструкции |
Токовые нагрузки (длительно допустимые токи)
Допустимые токи нагрузки зависят от способа прокладки. Приведены ориентировочные значения для условий: температура земли +25°C, температура воздуха +25°C, глубина прокладки 0.7-1.0 м.
| Способ прокладки | Длительно допустимый ток, А (для трехжильного кабеля) | Примечание |
|---|---|---|
| В земле (в траншее) | 270 — 290 | Тепловое сопротивление грунта 1.0 К*м/Вт |
| В воздухе (на открытом воздухе, в кабельном канале) | 250 — 270 | Без солнечной радиации |
| В туннеле, кабельной шахте | 220 — 240 | При группировке нескольких кабелей ток снижается |
Механические и климатические характеристики
| Параметр | Значение / Условие |
|---|---|
| Минимальный радиус изгиба при прокладке | 15 наружных диаметров кабеля (для одножильных кабелей) и 7.5 диаметров (для многожильных) |
| Диапазон рабочих температур | От -50°C до +50°C (монтаж без предварительного подогрева возможен при температуре не ниже -15°C) |
| Допустимая температура нагрева жилы при длительной эксплуатации | +90°C |
| Допустимая температура нагрева жилы в аварийном режиме (не более 8 ч в сутки, 1000 ч за срок службы) | +130°C |
| Допустимая температура нагрева жилы при коротком замыкании (до 5 с) | +250°C | Срок службы | Не менее 30 лет |
Области применения и особенности монтажа
Кабель АПвВ 20 кВ 120 мм² предназначен для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках. Основные сферы применения:
Особенности монтажа: При прокладке в земле (траншее) кабель должен быть защищен от механических повреждений кирпичом или бетонными плитами. Запрещается прокладка в земле, содержащей шлак, строительный мусор, известь. При протяжке в кабельных каналах необходимо использовать ролики и специализированную смазку, не повреждающую оболочку. Обязательным этапом является проверка целостности оболочки и изоляции (измерение сопротивления изоляции и испытание повышенным напряжением постоянного тока) до и после монтажа.
Сравнение с аналогами и преимущества
Основным аналогом кабеля АПвВ является кабель с бумажно-пропитанной изоляцией (АСБл, ААБл) и кабель с изоляцией из СПЭ в свинцовой оболочке (АПвПу).
| Критерий | АПвВ (XLPE, ПВХ оболочка) | АСБл (Бумажная изоляция, свинцовая оболочка) | АПвПу (XLPE, свинцовая оболочка) |
|---|---|---|---|
| Вес и гибкость | Меньший вес, большая гибкость, удобство монтажа. | Большой вес, ограниченная гибкость, сложный монтаж. | Большой вес из-за свинца. |
| Допустимая температура | Высокая (+90°C). | Низкая (+70°C для АСБл). | Высокая (+90°C). |
| Влагостойкость | Высокая, но при повреждении оболочки возможна диффузия влаги. | Абсолютная (при целостности свинца). | Абсолютная (при целостности свинца). |
| Токовая нагрузка | Выше на 20-30% при одинаковом сечении. | Ниже. | Высокая, аналогична АПвВ. |
| Экологичность и утилизация | Проще, нет свинца и масла. | Сложная утилизация свинца и пропиточной массы. | Сложная утилизация свинца. |
| Стоимость | Средняя, наиболее оптимальная. | Часто ниже, но монтаж дороже. | Выше из-за стоимости свинца. |
Преимущества АПвВ 20 кВ 120 мм²: Высокая пропускная способность; отличные диэлектрические свойства; стойкость к тепловым перегрузкам; отсутствие токсичных материалов (свинец, масло); меньший вес и радиус изгиба; простота монтажа и обслуживания; длительный срок службы.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: В чем принципиальная разница между кабелями АПвВнг(А)-LS и АПвВ?
Ответ: Кабель АПвВнг(А)-LS имеет оболочку из ПВХ пластиката пониженной горючести (нг), не распространяющую горение при групповой прокладке по категории А (наибольшая пожарная безопасность), и с низким дымо- и газовыделением (LS). Он предназначен для прокладки в местах с массовым пребыванием людей, в метро, на электростанциях, в многофункциональных зданиях. Обычный АПвВ имеет стандартную ПВХ оболочку, которая может распространять горение при групповой прокладке, и его применение в указанных объектах ограничено нормами пожарной безопасности.
Вопрос 2: Можно ли прокладывать кабель АПвВ 20 кВ 120 мм² в земле без защиты?
Ответ: Нет, согласно ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), кабели напряжением выше 1 кВ, прокладываемые в земле, должны быть защищены от механических повреждений. Защита осуществляется путем укладки на слой песка и засыпки сверху песком с последующей укладкой кирпича или бетонных плит по всей длине трассы.
Вопрос 3: Как правильно выбрать сечение 120 мм²? На какой ток он рассчитан?
Ответ: Выбор сечения 120 мм² производится на основе расчета по допустимому длительному току нагрузки (см. таблицы выше) и по экономической плотности тока. Для напряжения 20 кВ сечение 120 мм² является стандартным и часто применяемым для линий с токовой нагрузкой до 270-290 А в земле. Окончательный выбор должен учитывать поправочные коэффициенты на группировку, температуру грунта/воздуха, способ прокладки, а также проверку на термическую стойкость при коротком замыкании и потери напряжения.
Вопрос 4: Требуется ли для кабеля АПвВ 20 кВ концевая разделка и муфты?
Ответ: Да, обязательно. Концы кабеля при подключении к электрооборудованию (ячейке КРУ, трансформатору) должны быть оконцованы специальными кабельными концевыми муфтами (КНМ) наружной или внутренней установки. Они обеспечивают плавный контроль электрического поля, герметизацию торца кабеля и надежный контакт. Для соединения двух отрезков кабеля используются соединительные муфты (ССИ).
Вопрос 5: Что означает маркировка «АПвВ 1х120/25-20 кВ» и «АПвВ 3х120-20 кВ»?
Ответ: «1х120/25» означает одножильный кабель с сечением основной жилы 120 мм² и сечением экрана (обычно из медных проволок) 25 мм². «3х120» – стандартный трехжильный кабель, где каждая из трех жил имеет сечение 120 мм². Сечение экрана в трехжильном кабеле нормируется и указывается в ТУ, но не всегда входит в краткую маркировку.
Вопрос 6: Каковы основные причины выхода из строя кабелей АПвВ и как их избежать?
Ответ: Основные причины: механические повреждения оболочки при монтаже или сторонними работами в земле, приводящие к проникновению влаги и развитию «древесных» разрядов; неправильный монтаж концевых муфт (загрязнения, воздушные включения); перегрузка по току, вызывающая термическое старение изоляции. Профилактика: строгое соблюдение правил монтажа и прокладки, использование защитных конструкций в земле, регулярный тепловизионный контроль соединений и измерение частичных разрядов на важных линиях.