Кабели силовые на напряжение 25 кВ сечением 240 мм² с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение, стандарты

Силовые кабели на напряжение 25 кВ с сечением токопроводящей жилы 240 мм² и пластмассовой изоляцией представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего класса напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 25 кВ частотой 50 Гц. Основная сфера применения — воздушные линии (с подвеской на тросе), туннели, кабельные эстакады, коллекторы, а также для прокладки в земле (в траншеях) при условии отсутствия значительных растягивающих усилий и при низкой коррозионной и механической опасности.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля является многослойной, каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Типичная конструкция для данного класса напряжения и сечения включает следующие компоненты:

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки, скрученной по концентрическим правилам. Для сечения 240 мм² жила может быть как однопроволочной (монолитной), так и многопроволочной (гибкой), что зависит от требований к монтажу. Материал жилы нормируется по чистоте и электропроводности (например, медь не ниже марки М1 по ГОСТ 859-2001, алюминий — не ниже марки АЕ по ГОСТ 13843-78).
• Экран на жиле (полупроводящей слой): Обязательный элемент для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Представляет собой экструдированный слой из полупроводящего сшитого полиэтилена или наложенную полупроводящую ленту. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные концентрации напряженности и ионизацию.
• Изоляция: Основной изолирующий слой. Для кабелей 25 кВ применяется сшитый полиэтилен (XLPE) или, реже, полиэтилен высокой плотности (HDPE). Сшитый полиэтилен, полученный по технологии пероксидного, силанового или радиационного сшивания, обладает высокой термостойкостью (допустимая температура жилы до 90°C в продолжительном режиме и до 250°C при КЗ), отличными диэлектрическими и механическими свойствами.
• Экран на изоляции (полупроводящей слой): Также выполняется из экструдированного полупроводящего материала. Вместе с экраном на жиле формирует коаксиальную систему, обеспечивая равномерное радиальное распределение электрического поля в изоляции.
• Металлический экран (заземляющий): Выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, гофрированной медной ленты, либо оплетки из медных проволок. Сечение экрана нормируется для обеспечения тока однофазного КЗ. Для кабеля 25 кВ 240 мм² типично применение гофрированной медной ленты или комбинации ленты и проволок. Этот экран служит для защиты от внешних электромагнитных помех, является нулевой точкой для протекания токов утечки и обеспечивает безопасность при обслуживании.
• Поясная изоляция: Слой из полимерной ленты или экструдированного полимера, наложенный поверх металлического экрана для его защиты от коррозии и механического повреждения.
• Оболочка: Наружный защитный слой. Изготавливается из поливинилхлоридного пластиката (PVC) или полиэтилена (PE, чаще MDPE или HDPE). ПВХ-оболочка обладает хорошей стойкостью к маслам, химикатам и распространению пламени. Полиэтиленовая оболочка имеет повышенную стойкость к влаге и агрессивным почвам. Цвет оболочки, как правило, черный.

Ключевые технические характеристики и параметры

Параметры кабеля регламентируются национальными (ГОСТ, ТУ) и международными (МЭК, HD) стандартами. Ниже приведены основные характеристики для кабеля 25 кВ, 240 мм² с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Таблица 1. Основные электрические и тепловые параметры

Параметр	Значение / Описание	Примечание, стандарт
Номинальное напряжение U0/U (Um)	25/25 кВ (27,5 кВ)	U0 — напряжение между жилой и землей, U — между жилами, Um — макс. рабочее напряжение
Частота	50 Гц	Стандартная для сетей РФ и СНГ
Максимальная рабочая температура жилы	+90°C	Для изоляции XLPE в продолжительном режиме
Допустимая температура при КЗ	+250°C	Продолжительность КЗ не более 5 с
Минимальная температура монтажа	-20°C (без предварительного подогрева)	Для кабелей с ПВХ оболочкой. Для PE оболочки до -30°C.
Минимальный радиус изгиба	15 x (D + d) для одножильных кабелей	Где D — наружный диаметр кабеля, d — диаметр жилы. Обычно не менее 800-1000 мм.
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп)	~350-420 А (для прокладки в земле)	Зависит от условий прокладки: температуры грунта, удельного теплового сопротивления, количества работающих кабелей в траншее.

Таблица 2. Сравнение материалов жилы (Алюминий vs Медь) для сечения 240 мм²

Критерий	Алюминиевая жила (АВВГ, АПвВГ)	Медная жила (ВВГ, ПвВГ)
Масса кабеля	Значительно меньше (примерно в 1.5-2 раза)	Выше, что усложняет транспортировку и монтаж
Стоимость	Существенно ниже	Выше, зависит от биржевых цен на медь
Электропроводность	Ниже (удельное сопротивление ~0.028 Ом·мм²/м)	Выше (удельное сопротивление ~0.0175 Ом·мм²/м)
Допустимый ток нагрузки (Iдоп)	Ниже (примерно на 20-30% при прочих равных)	Выше
Склонность к окислению	Высокая, требует специальных контактных паст	Низкая
Пластичность, стойкость к излому	Ниже, требует аккуратного обращения	Выше
Типичная область применения	Магистральные линии, где важна экономия и масса	Ответственные участки, объекты с высокими требованиями к токовой нагрузке и надежности контактов

Стандарты и маркировка

В Российской Федерации основным стандартом для кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 35 кВ является ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 1, 3 и 6 кВ» и его расширение для 10, 20, 35 кВ. Для кабелей 25 кВ часто применяются ТУ, разработанные на основе этого ГОСТа, либо международные спецификации. Маркировка кабеля включает в себя буквенно-цифровой код:

• А — алюминиевая жила (отсутствие буквы — медь).
• Пв — изоляция из сшитого полиэтилена.
• В — оболочка из поливинилхлорида.
• Г — отсутствие защитного покрова («голый»).
• Э — наличие экрана (часто подразумевается для данного класса напряжения).

Пример: АПвВГ 1х240/25-25 — кабель с алюминиевой жилой, изоляцией из сшитого полиэтилена, оболочкой из ПВХ, без брони, на напряжение 25 кВ, сечением 240 мм², одножильный.

Особенности монтажа и эксплуатации

Прокладка кабеля 25 кВ 240 мм² требует соблюдения строгих правил. При подземной прокладке в траншее необходимо обеспечить песчаную подушку толщиной не менее 100 мм, расстояние между параллельно проложенными кабелями должно быть не менее 100 мм для эффективного теплоотвода. Глубина прокладки — не менее 0.7 м до верха кабеля. Обязательна защита сигнальной лентой или плитами. При подвеске на тросе используются специальные диэлектрические подвесы, исключающие механические повреждения оболочки. При монтаже в зимнее время при отрицательных температурах кабели в барабанах необходимо выдержать в отапливаемом помещении или использовать устройства для прогрева током, чтобы избежать растрескивания изоляции и оболочки.

Особое внимание уделяется монтажу концевых и соединительных муфт. Необходимо обеспечить абсолютную чистоту полупроводящих экранов и изоляции, точную фазировку и герметичность соединения. Для кабелей с изоляцией XLPE применяются муфты с предварительно натянутой диэлектрической частью (холодно-усаживаемые) или термоусаживаемые муфты.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) от кабеля с бумажно-масляной изоляцией?

Кабели с изоляцией XLPE не требуют сложной системы поддержания давления масла, имеют меньший вес и радиус изгиба, более просты в монтаже и эксплуатации. Они не имеют риска утечки масла, что делает их экологически более безопасными. Допустимая температура эксплуатации у XLPE выше (90°C против 70-80°C для бумажно-масляной). Однако бумажно-масляная изоляция имеет большую долгую историю эксплуатации и в некоторых случаях считается более надежной при идеальном обслуживании, но требует постоянного мониторинга.

Как правильно выбрать сечение экрана для кабеля 25 кВ?

Сечение медного экрана (обычно указывается в мм²) выбирается исходя из ожидаемого тока однофазного короткого замыкания в точке установки кабеля и его длительности. Расчет ведется по формуле термической стойкости, аналогично выбору сечения жилы. Минимальное сечение экрана нормируется стандартами (например, не менее 25 мм² для кабелей на 20-35 кВ по некоторым ТУ). Для сечения жилы 240 мм² типичное сечение экрана составляет 25-35 мм². Точный расчет должен выполнять проектировщик на основе данных энергосистемы.

Можно ли прокладывать одножильные кабели 25 кВ 240 мм² в стальных трубах?

Прокладка в стальных трубах возможна, но не рекомендуется для одножильных кабелей из-за возникновения значительных вихревых токов в металле трубы, что приводит к дополнительным потерям мощности и нагреву. Если такая прокладка необходима по условиям механической защиты, то трубы должны быть выполнены из немагнитного материала (алюминий, нержавеющая сталь) или на каждый фазный кабель должна быть отдельная труба из ферромагнитного материала, при этом все три трубы должны быть электрически соединены между собой и заземлены в нескольких точках для разрыва контура.

Каков срок службы такого кабеля и от чего он зависит?

Номинальный срок службы кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 25 кВ составляет не менее 30 лет. Фактический срок службы определяется условиями эксплуатации: стабильностью нагрузки, отсутствием перегрузок, качеством монтажа муфт, коррозионной активностью среды, механическими воздействиями, качеством изготовления. Критическим фактором является наличие частичных разрядов в изоляции, которые возникают при дефектах монтажа или повреждениях.

Как контролировать состояние проложенного кабеля в процессе эксплуатации?

Основными методами неразрушающего контроля являются: измерение сопротивления изоляции мегаомметром (на 2500-5000 В), испытание повышенным выпрямленным напряжением (по нормам ПТЭЭП), диагностика частичных разрядов (ЧР) с помощью детекторов ЧР, измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и его зависимости от напряжения, термографический контроль мест соединений и всей трассы с помощью тепловизора.