СТС

Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СТС): конструкция, стандарты, применение и монтаж

Силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (в российской и постсоветской практике часто обозначаемый аббревиатурой СТС, где «С» — сшитый полиэтилен, «Т» — термостабилизированный, «С» — свинцовая оболочка) представляет собой современный тип кабельной продукции для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на переменное напряжение 6, 10, 20, 35 кВ и выше. Данная конструкция пришла на смену маслонаполненным и кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ), предлагая существенные эксплуатационные преимущества.

Конструкция кабеля СТС

Конструкция кабеля типа СТС является многослойной и включает в себя несколько ключевых элементов, каждый из которых выполняет строго определенную функцию.

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки, может быть однопроволочной (секторной или круглой) или многопроволочной. Класс гибкости обычно 1 или 2 по ГОСТ 22483. Сечение жилы выбирается исходя из условий токовой нагрузки и экономической плотности тока.
• Экран по жиле (внутренний полупроводящий экран): Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Его назначение — выравнивание электрического поля, устранение микроскопических воздушных включений между жилой и изоляцией и предотвращение возникновения частичных разрядов (коронного разряда).
• Изоляция: Основной элемент кабеля. Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE — Cross-Linked Polyethylene). Процесс сшивки (образования поперечных молекулярных связей) придает материалу повышенные термические и механические свойства по сравнению с термопластичным полиэтиленом. Рабочая температура жилы увеличивается до +90°C, а температура при перегрузке может достигать +130°C. Толщина изоляции нормируется стандартами в зависимости от номинального напряжения кабеля.
• Экран по изоляции (внешний полупроводящий экран): Наносится поверх изоляции аналогично внутреннему экрану. Вместе с внутренним экраном образует коаксиальную систему, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции. Часто выполняется в виде легко снимаемого слоя.
• Металлический экран (оболочка): Является обязательным элементом для кабелей на напряжение выше 1 кВ. В кабелях типа СТС традиционно используется свинцовая оболочка. Ее функции: защита от проникновения влаги, обеспечение пути для тока короткого замыкания и тока утечки, механическая защита. Свинец обладает высокой коррозионной стойкостью и пластичностью. В современных аналогах (СПЭ-кабелях) свинцовую оболочку часто заменяют на гофрированную алюминиевую или медную ленту.
• Защитный покров (броня): Предназначен для защиты свинцовой оболочки от механических повреждений и коррозии. Обычно состоит из двух слоев: подушки (битумный состав, крепированная бумага, ПЭТ-лента) и бронепокрова из стальных оцинкованных лент или проволок.
• Наружный защитный шланг (оболочка): Наружный слой из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката или полиэтилена, защищающий броню от коррозии и внешних воздействий. Может иметь специальные свойства: стойкость к ультрафиолету, малой горючести (LS — Low Smoke), отсутствие галогенов (HF — Halogen Free).

Стандарты и обозначения

Производство и технические требования к кабелям СТС регламентируются национальными и международными стандартами.

• ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-1,2): Основной действующий стандарт в РФ на силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 1 кВ до 30 кВ (вкл. 35 кВ). Определяет конструкцию, материалы, электрические и механические параметры.
• ГОСТ 16442-80 (устаревший): Ранее действующий стандарт, по которому выпускалось большое количество кабелей. В нем закреплено классическое обозначение СТС.
• МЭК 60502-2: Международный стандарт на кабели на напряжение от 6 кВ до 30 кВ.

Пример условного обозначения по старому ГОСТ 16442-80: СТС-Х-сечение—напряжение—количество жил.

Пример: СТСл-1х240-10 — Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, с свинцовой оболочкой, с ленточной броней, 1 жила сечением 240 мм², на напряжение 10 кВ.

В современных обозначениях по ГОСТ Р 53769-2010 используется более детальная маркировка, включающая материал жилы, изоляции, экрана, брони и наружной оболочки.

Сравнительная таблица: Кабель СТС vs. Кабель с БПИ

Параметр	Кабель СТС (XLPE)	Кабель с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ)
Материал изоляции	Сшитый полиэтилен (XLPE)	Пропитанная маслоканифольным составом бумажная лента
Макс. рабочая температура жилы	+90°C	+70°C (для кабелей до 10 кВ)
Допустимая температура при КЗ	+250°C	+200°C
Требование к разности уровней при прокладке	Не ограничено	Строго ограничено (во избежание стекания пропитки)
Монтаж при низких температурах	До -20°C (с подогревом)	Затруднен из-за застывания пропитки
Токовая нагрузка	Выше на 20-30% при том же сечении	Ниже из-за худших условий теплоотвода
Монтажные муфты и концевые заделки	Требуют тщательной зачистки экранов, но установка быстрее	Более громоздкие, требуют спецоборудования для пропитки
Эксплуатационное обслуживание	Практически не требуется	Требует мониторинга давления масла/пропитки

Области применения

Кабели СТС предназначены для передачи и распределения электроэнергии в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с изолированной или эффективно заземленной нейтралью. Основные сферы применения:

• Стационарная прокладка в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, каналах) электростанций и подстанций.
• Прокладка в земле (траншеях) при условии отсутствия значительных растягивающих усилий и риска механических повреждений.
• Прокладка в помещениях, туннелях, шахтах, в условиях повышенной влажности.
• Вводы силового оборудования (трансформаторов, КРУ, электродвигателей высокого напряжения).
• Магистральные линии в городских кабельных сетях 6-35 кВ.

Не рекомендуется прокладывать кабели со свинцовой оболочкой в грунтах с высокой химической агрессивностью к свинцу (блуждающие токи, наличие органических кислот, щелочей) без дополнительной защиты.

Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабелей СТС имеет ряд специфических требований, несоблюдение которых ведет к сокращению срока службы и авариям.

• Радиус изгиба: Нормируется стандартами. Обычно минимальный радиус изгиба при прокладке составляет 15-25 наружных диаметров кабеля для одножильных кабелей в небронированном исполнении и меньше для бронированных.
• Температура монтажа: Прокладка без подогрева допускается при температуре не ниже 0°C для кабелей в ПВХ оболочке и не ниже -15°C для кабелей в полиэтиленовой оболочке. При более низких температурах требуется предварительный подогрев.
• Соединение и оконцевание: Требуют применения специальных кабельных муфт (соединительных, стопорных, ответвительных) и концевых заделок. Критически важным этапом является подготовка кабеля: ступенчатая зачистка изоляции с точным удалением полупроводящих экранов, очистка, шлифовка, обезжиривание. Для соединения жил применяются механические соединители или опрессовка. Восстановление электрического поля в зоне муфты обеспечивается либо наложением полупроводящих и изоляционных слоев (муфты холодной усадки), либо использованием предварительно отформованных изоляционных элементов (муфты горячей усадки).
• Заземление: Металлическая (свинцовая) оболочка и броня кабеля должны быть заземлены с обеих сторон для безопасности и обеспечения пути тока короткого замыкания. В случае длинных линий для снижения потерь на вихревые токи может применяться одноточечное или поперечное заземление с установкой разъединителей оболочки.

Контроль и диагностика

Эксплуатация кабельных линий на основе СТС сопровождается плановыми и внеочередными диагностическими мероприятиями:

• Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2.5 или 5 кВ.
• Испытание повышенным выпрямленным напряжением постоянного тока. Является основным приемо-сдаточным испытанием. Например, для кабеля 10 кВ испытательное напряжение составляет 60 кВ в течение 10 минут.
• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и емкости жил. Позволяет оценить старение изоляции и наличие дефектов.
• Мониторинг частичных разрядов (ЧР) — наиболее прогрессивный метод, позволяющий выявить локальные дефекты в изоляции, на экранах или в муфтах на ранней стадии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем кабель СТС отличается от кабеля АПвПу или ПвП?

Аббревиатуры АПвПу, ПвП и подобные относятся к современным кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE), но без свинцовой оболочки. В них функции влагозащитного барьера и экрана выполняет гофрированная алюминиевая или медная лента (обозначается «Пу» или «P»). Кабели типа АПвПу (алюминиевая жила, изоляция XLPE, экран из алюминиевой ленты, полиэтиленовая оболочка) легче, дешевле и проще в монтаже, чем СТС, но могут иметь несколько меньшую механическую стойкость и требуют идеальной герметизации концевых заделок. СТС с герметичной свинцовой оболочкой традиционно считается более надежным для прокладки в грунтах с высокой влажностью.

Почему в кабелях высокого напряжения используется именно сшитый, а не обычный полиэтилен?

Обычный термопластичный полиэтилен (ПЭ) при температурах выше 70-80°C начинает размягчаться и течь, что приводит к необратимой деформации изоляции и короткому замыканию. Процесс химической или радиационной сшивки создает трехмерную сетку молекул, резко повышающую термостойкость материала (до +90°C постоянно и до +130°C в аварийном режиме), стойкость к растрескиванию под напряжением и механическую прочность.

Каков реальный срок службы кабеля СТС?

Номинальный срок службы, заявленный производителями и стандартами, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может превышать 40-50 лет и определяется условиями прокладки, качеством монтажа (особенно муфт), режимом работы (наличием перегрузок, токов КЗ) и корректностью проводимой диагностики.

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля СТС?

Выбор сечения является результатом комплексного расчета по следующим критериям:
1. По длительно допустимому току нагрузки (ПУЭ гл. 1.3). Учитывается способ прокладки, температура окружающей среды, количество работающих кабелей вплотную.
2. По потере напряжения (для удаленных потребителей).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания (ПУЭ гл. 1.4).
4. По экономической плотности тока (ПУЭ гл. 1.3) для линий с большим числом часов использования максимума нагрузки.
Рекомендуется выполнять все проверки, так как лимитирующим может оказаться любой из факторов.

Какие основные причины выхода из строя кабельных линий СТС?

• Ошибки при монтаже муфт и концевых заделок (более 50% отказов): неправильная зачистка экранов, загрязнение изоляции, неполная усадка, воздушные включения.
• Механические повреждения при прокладке или последующих земляных работах.
• Перегрузка по току, ведущая к тепловому старению изоляции.
• Коррозия свинцовой оболочки или брони из-за агрессивной среды или блуждающих токов.
• Дефекты материала или производства (вкрапления, неровности экрана), проявляющиеся со временем.

Можно ли прокладывать одножильные кабели СТС в стальных трубах?

Прокладка одножильных кабелей в ферромагнитных трубах (стальных) не рекомендуется. Переменный магнитный поток вокруг каждой жилы наводит в трубе вихревые токи, вызывающие значительный нагрев как трубы, так и кабеля, что ведет к снижению пропускной способности. Если такая прокладка необходима по условиям механической защиты, следует использовать трубы из немагнитных материалов (пластик, алюминий) или разрезать стальную трубу на изолированные участки.