Кабели силовые алюминиевые 3-жильные: конструкция, стандарты и применение
Силовые кабели с алюминиевыми жилами являются ключевым элементом систем распределения электроэнергии среднего и высокого напряжения. Трехжильная конструкция является наиболее распространенной для организации трехфазных сетей. Использование алюминия в качестве материала токопроводящей жилы обусловлено его экономической эффективностью и меньшим весом по сравнению с медью при сопоставимой токопроводящей способности на единицу массы. Данная статья детально рассматривает конструктивные особенности, нормативную базу, области применения и правила выбора трехжильных алюминиевых силовых кабелей.
Конструкция трехжильного алюминиевого силового кабеля
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Основные элементы, начиная от центра:
- Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия марки АА (АД0) или АЕ по ГОСТ 22483. Может быть однопроволочной (монолитной) для сечений до 240 мм² включительно или многопроволочной. Для сечений от 300 мм² и выше жилы всегда многопроволочные, что обеспечивает гибкость.
- Фазная изоляция: Наносится экструзией на каждую жилу. Материал зависит от номинального напряжения кабеля. Для кабелей до 1 кВ и до 35 кВ включительно наиболее распространена изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) или поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). Кабели на напряжение 110 кВ и выше также используют изоляцию из сшитого полиэтилена.
- Поясная изоляция: В кабелях на напряжение 6 кВ и выше поверх изолированных фазных жил может накладываться общий поясной экран из полупроводящего материала.
- Экран: В кабелях на напряжение 6 кВ и выше обязательным элементом является экран из электропроводящего материала (медные или алюминиевые ленты, проволоки, проводящий полимер) для выравнивания электрического поля и защиты от внешних электромагнитных помех.
- Заполнитель: Пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из ПВХ, полиэтилена или невулканизированной резины для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
- Оболочка: Наружный защитный слой, предохраняющий внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и солнечного излучения. Наиболее распространены оболочки из ПВХ (В), полиэтилена (П) или шлангового полиэтилена (Шв). Для кабелей, не распространяющих горение, используются оболочки из ПВХ пониженной горючести (Пв), безгалогенного полимера (нг-HF) или сшитого полиэтилена.
- Броня (при наличии): Для дополнительной механической защиты применяется броня из стальных оцинкованных лент (Б) или проволок (К). Поверх брони накладывается защитный покров (например, из битума и полимерной ленты) для защиты от коррозии.
- По номинальному напряжению: 0,66 кВ; 1 кВ; 6 кВ; 10 кВ; 20 кВ; 35 кВ; 110 кВ; 220 кВ.
- По материалу изоляции:
- В — ПВХ (виниловая).
- Пв — Сшитый полиэтилен.
- П — Полиэтилен.
- По типу защиты:
- Б — Бронированный стальными лентами.
- К — Бронированный стальными круглыми проволоками.
- нг — Не распространяющий горение.
- LS — С низким дымовыделением и газовыделением (Low Smoke).
- HF — Безгалогенный (Halogen Free).
- По форме жилы: ок — однопроволочная, мк — многопроволочная.
- А — алюминиевая жила.
- В — изоляция жил из ПВХ.
- В — оболочка из ПВХ.
- Б — броня из стальных оцинкованных лент.
- нг(А) — не распространяющий горение по категории А.
- LS — с пониженным дымовыделением.
- 3х150ок — три жилы сечением 150 мм², однопроволочные.
- -1 — на напряжение 1 кВ.
- ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ». Основополагающий стандарт для кабелей низкого напряжения.
- ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-1:2004) «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 1 кВ до 30 кВ включительно. Общие технические условия».
- ГОСТ Р 55025-2012 (МЭК 60840:2011) «Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена и аксессуары к ним на номинальное напряжение от 30 кВ до 150 кВ включительно. Общие технические условия».
- ПУЭ 7-е издание (Правила устройства электроустановок). Определяют условия прокладки, защиты и выбора кабелей.
- СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства». Свод правил.
- sinφ) / Uн
- Питания промышленных предприятий, цехов, крупных установок.
- Создания распределительных сетей в жилых микрорайонах и коммерческой застройке.
- Подключения трансформаторных подстанций и распределительных пунктов.
- Прокладки вводов в здания и сооружения.
- Организации электроснабжения объектов инфраструктуры (аэропорты, вокзалы, стадионы).
- В земле (траншее): Наиболее распространенный способ. Требует использования бронированных кабелей (АВБШв, АПвБШв). Глубина прокладки — не менее 0.7 м. Кабель укладывается на песчаную подушку и засыпается слоем песка, затем защищается сигнальной лентой или кирпичом.
- В кабельных каналах, туннелях, эстакадах и галереях: Применяется на территории предприятий, в городах. Допускается использование кабелей без брони, но с негорючей оболочкой (АВВГ-нг(А)-LS, АПвВГ-нг(А)-HF).
- По воздуху (по фасадам, на тросах): Требует кабелей, стойких к ультрафиолету (оболочка из светостабилизированного полиэтилена). При риске механических повреждений применяется бронированный кабель.
- В блоках и трубах: Используется при пересечении дорог, в условиях стесненной прокладки. Требует высокой гибкости кабеля и защиты от влаги.
- Радиус изгиба: Ограничен во избежание повреждения изоляции и жил. Для одножильных кабелей с бумажной изоляцией — не менее 25 наружных диаметров, для многожильных с пластмассовой изоляцией — не менее 15 диаметров.
- Соединение и оконцевание: Наиболее ответственная операция. Из-за склонности алюминия к пластической деформации (ползучести) и окислению необходимо:
- Использовать специальные кабельные наконечники, рассчитанные на алюминиевые жилы (маркировка «Al»).
- Применять кварцево-вазелиновую пасту для разрушения оксидной пленки и предотвращения ее повторного образования.
- Соблюдать момент затяжки болтовых соединений, указанный производителем наконечника.
- Регулярно подтягивать болтовые соединения в первые годы эксплуатации из-за эффекта «текучести» алюминия.
- Прокладка в земле: Обязательна защита бронированных кабелей от коррозии. На концах кабеля броня должна быть заземлена.
- нг(А) — кабель не распространяет горение при групповой прокладке по категории А (наиболее строгие требования по нераспространению пламени).
- LS (Low Smoke) — пониженное дымо- и газовыделение при пожаре.
- HF (Halogen Free) — безгалогенный. Изоляция и оболочка не содержат галогенов (хлора, фтора и др.), при горении не выделяют коррозионно-активных и токсичных газов. Кабели нг(A)-HF-LS являются современным стандартом для прокладки в общественных зданиях и местах массового пребывания людей.
Классификация и маркировка
Кабели классифицируются по нескольким ключевым параметрам, которые отражаются в их маркировке согласно ГОСТ 31996-2012 и другим стандартам.
Основные параметры классификации:
Пример расшифровки маркировки АВВБ-нг(А)-LS 3х150ок-1:
Нормативная база и стандарты
Производство и применение силовых кабелей с алюминиевыми жилами в РФ регламентируется рядом межгосударственных и национальных стандартов.
Расчет и выбор сечения жил
Выбор сечения алюминиевых жил является критически важным этапом проектирования. Он осуществляется на основе двух основных критериев: по допустимому длительному току нагрузки и по потере напряжения.
1. Выбор по допустимому длительному току (нагреву)
Токовая нагрузка определяется условиями прокладки (в земле, в воздухе, в трубах) и количеством рабочих кабелей в пучке. Приведенные в таблицах значения справедливы для кабелей, проложенных в земле (траншее) при температуре грунта +15°C и удельном тепловом сопротивлении 1.2 К·м/Вт, или в воздухе при температуре воздуха +25°C.
| Номинальное сечение жилы, мм² | Напряжение 1 кВ, А | Напряжение 10 кВ, А | Напряжение 35 кВ, А |
|---|---|---|---|
| 50 | 165 | 155 | — |
| 95 | 230 | 215 | 200 |
| 150 | 290 | 270 | 255 |
| 240 | 365 | 345 | 325 |
| 400 | 480 | 455 | 430 |
| 630 | 605 | 575 | 545 |
При других условиях прокладки применяются поправочные коэффициенты: на температуру воздуха или грунта (K1), на количество работающих кабелей, лежащих вплотную (K2), на глубину прокладки (K3) и другие, согласно ПУЭ гл. 1.3.
2. Проверка по потере напряжения
Особенно важна для протяженных линий. Падение напряжения не должно превышать значений, установленных ПУЭ (как правило, 5% в нормальном режиме). Расчет производится по формуле:
ΔU = √3 I L (R cosφ + X
где I — расчетный ток, А; L — длина линии, км; R, X — активное и индуктивное сопротивление жилы, Ом/км; cosφ — коэффициент мощности; Uн — номинальное междуфазное напряжение, кВ.
Области применения и способы прокладки
Трехжильные алюминиевые силовые кабели применяются для:
Основные способы прокладки:
Сравнение с медными кабелями и экономическое обоснование
Выбор между алюминием и медью является технико-экономическим. Ключевые отличия представлены в таблице.
| Параметр | Алюминий (Al) | Медь (Cu) |
|---|---|---|
| Удельное электрическое сопротивление при 20°C, Ом*мм²/м | 0.028 | 0.0175 |
| Плотность, г/см³ | 2.7 | 8.9 |
| Механическая прочность | Ниже | Выше |
| Склонность к окислению | Высокая (образуется тугоплавкая оксидная пленка) | Низкая |
| Токопроводящая способность при равном сечении | ~61% от медной | 100% (база) |
| Стоимость сырья и готового кабеля | Значительно ниже (в 3-4 раза) | Высокая |
| Вес кабеля | В ~3 раза легче | Тяжелый |
| Допустимые способы соединения | Болтовые, сжимные, сварка, опрессовка с использованием специальной пасты и технологий | Пайка, сварка, опрессовка |
Экономическое обоснование: При равной токовой нагрузке сечение алюминиевой жилы должно быть примерно в 1.5 раза больше, чем у медной. Однако даже с учетом большего сечения и изоляции, алюминиевый кабель остается существенно дешевле (на 30-60%) и легче, что снижает затраты на транспортировку, монтаж и несущие конструкции. Это делает его предпочтительным для проектов с длинными трассами и большими объемами кабельных линий, где первоначальные инвестиции критичны.
Особенности монтажа и соединения
Монтаж алюминиевых кабелей имеет специфику, обусловленную свойствами материала.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Почему в новых проектах до сих пор используют алюминий, если медь лучше?
Основная причина — экономическая целесообразность. Для большинства стационарных линий электропередачи, особенно большого сечения и протяженности, применение алюминия позволяет достичь требуемых параметров при значительно меньших капитальных затратах. Современные технологии изоляции и соединения нивелируют многие исторические недостатки алюминия.
2. Какое минимальное сечение алюминиевой жилы разрешено для силовых кабелей по ПУЭ?
Согласно ПУЭ (п. 7.1.34), в стационарных установках внутри зданий можно применять кабели с алюминиевыми жилами сечением не менее 16 мм². Для прокладки в земле сечение выбирается по расчету, но на практике часто начинается от 50 мм² для линий значительной мощности.
3. Можно ли соединять алюминиевые жилы напрямую с медными шинами или выводами оборудования?
Прямое механическое соединение алюминия с медью недопустимо из-за возникновения гальванической пары, ведущей к интенсивной электрохимической коррозии алюминия. Для соединения необходимо использовать биметаллические (алюмомедные) наконечники или переходные шайбы, либо применять специальные клеммные колодки с антикоррозионным покрытием.
4. В чем разница между кабелями АВВГ и АПвВГ?
АВВГ имеет изоляцию и оболочку из ПВХ (винила). АПвВГ имеет изоляцию из сшитого полиэтилена (XLPE) и оболочку из ПВХ. Кабель с изоляцией XLPE (АПвВГ) имеет более высокую допустимую температуру нагрева жилы в длительном режиме (90°C против 70°C у ПВХ), лучшую стойкость к токам короткого замыкания и меньшие диэлектрические потери, что делает его предпочтительным для ответственных линий.
5. Как правильно выбрать между бронированным и небронированным кабелем?
Бронированный кабель (АВБШв, АПвБШв) обязателен для прокладки непосредственно в земле (траншее), а также в местах, где существует риск механических повреждений (в том числе при прокладке по воздуху в зонах доступности). Небронированный кабель (АВВГ, АПвВГ) применяется для прокладки в кабельных каналах, лотках, по стенам внутри сухих и влажных помещений, где такие риски исключены.
6. Что означают индексы «нг(А)», «LS», «HF» в маркировке?
Заключение
Трехжильные силовые кабели с алюминиевыми жилами представляют собой экономически оптимальное и технически обоснованное решение для создания распределительных сетей среднего и высокого напряжения, а также для питания крупных потребителей. Их широкое применение основано на постоянном развитии технологий изоляции (переход на сшитый полиэтилен) и монтажа. Корректный выбор сечения, марки и способа прокладки в соответствии с нормами ПУЭ, а также качественное выполнение соединений и оконцеваний являются залогом долговечной и надежной работы кабельной линии на протяжении всего срока службы, который при соблюдении условий эксплуатации составляет не менее 30 лет.