Кабели силовые 6 кВ с пластмассовой изоляцией без брони

Классификация и конструкция кабелей 6 кВ с пластмассовой изоляцией без брони

Силовые кабели на напряжение 6 кВ с пластмассовой изоляцией, не имеющие бронированного покрова, представляют собой ключевой элемент для сооружения стационарных электрических сетей. Их основная сфера применения — распределение электроэнергии в сетях с изолированной нейтралью или сетях, где нейтраль заземлена через резистор или дугогасящий реактор. Отсутствие брони делает кабель более гибким, легким и удобным для монтажа, но накладывает ограничения на условия прокладки.

Конструктивные элементы кабеля:

1. Токопроводящая жила:
   • 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 жилы дешевле и легче, но требуют большего сечения для обеспечения той же токовой нагрузки и могут подвергаться ползучести в контактных соединениях.
   • Класс гибкости: Как правило, используется жила 1-го (однопроволочная) или 2-го (многопроволочная) класса по ГОСТ 22483. Однопроволочные жилы применяются для стационарной прокладки, где не предполагается частых изгибов. Многопроволочные обеспечивают большую гибкость, что удобно при трассировке по сложным маршрутам.
   • Форма: Жилы могут быть круглой или секторной (сегментной) формы. Секторные жилы позволяют более компактно уложить их в кабеле, уменьшая общий диаметр и массу изделия.
2. Экран на жиле (для кабелей на 6 кВ):
   • Является обязательным элементом для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Его основное назначение — выравнивание электрического поля вокруг жилы, предотвращение концентрации напряжений на поверхности и ионизационных процессов в толще изоляции.
   • Выполняется в виде экструдированного полупроводящего слоя (полупроводящей экранирующей композиции), который накладывается поверх токопроводящей жилы. Этот слой находится в плотном контакте с основной изоляцией, устраняя микроскопические воздушные включения.
3. Изоляция:
   • Материал: Основными видами пластмассовой изоляции для кабелей 6 кВ являются сшитый полиэтилен (СПЭ, XLPE) и поливинилхлорид (ПВХ, PVC).
   • Сшитый полиэтилен (XLPE): Наиболее распространенный и предпочтительный материал для данного класса напряжения. Процесс сшивания (образования поперечных молекулярных связей) придает материалу высокие термические характеристики. Рабочая температура жилы может достигать +90°C, а при коротком замыкании до +250°C. СПЭ обладает высокой стойкостью к тепловому старению, влаге, химическим воздействиям и трекингу.
   • Поливинилхлорид (ПВХ): Применяется реже, в основном для специфических задач, где важна негорючесть. Рабочая температура жилы обычно до +70°C. Основные недостатки ПВХ по сравнению с СПЭ — меньшая термостойкость, склонность к деградации при повышенных температурах с выделением хлористого водорода, а также более высокие диэлектрические потери.
4. Экран на изоляции:
   • Это второй обязательный экран в кабелях 6 кВ. Он выполняется из полупроводящего материала (экструдированная полупроводящая композиция) и находится в плотном контакте с внешней поверхностью изоляции.
   • Его функция — симметрировать электрическое поле, заключая его внутри изоляции между двумя экранами, и защищать от внешних электромагнитных помех.
5. Поясная изоляция:
   • В многожильных кабелях поверх индивидуально экранированных жил может накладываться общий слой поясной изоляции, обычно из того же материала, что и основная изоляция, или из ПВХ-пластиката.
6. Нулевая жила (опционально):
   • В четырехжильных кабелях присутствует жила меньшего сечения, предназначенная для работы в качестве нулевого (нейтрального) проводника.
7. Внешняя оболочка:
   • Защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, химикатов и других внешних воздействий.
   • Материал: Поливинилхлорид (ПВХ) различных марок (ПВХ-пластикат) или полиэтилен (ПЭ).
   • ПВХ-оболочка: Обладает хорошей стойкостью к маслу, истиранию и распространению горения (существуют нераспространяющие горение исполнения «нг»).
   • Полиэтиленовая оболочка (например, из ПЭВП): Обеспечивает превосходную влагостойкость и стойкость к атмосферным воздействиям, но менее устойчива к распространению пламени.

Маркировка и обозначения

В России и странах СНГ маркировка кабелей регламентируется ГОСТами. Пример расшифровки кабеля АПвВнг(А)-6 кВ 3х120:

• А — алюминиевая жила (отсутствие «А» означает медь).
• П — изоляция из сшитого полиэтилена.
• в — оболочка из ПВХ-пластиката.
• В — (вторая буква) — если присутствует, означает, что кабель с изоляцией из ПВХ. В данном случае отсутствует, так как изоляция СПЭ.
• нг(А) — не распространяющий горение при одиночной прокладке по категории А (наивысшая стойкость к горению).
• 6 кВ — номинальное напряжение.
• 3х120 — три жилы сечением 120 мм² каждая.

Другие распространенные марки: ПвВнг, АПвП, АПвПг, Cu/XLPE/PVC.

Области применения и условия прокладки

Данный тип кабелей предназначен для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках.

Типичные объекты применения:

• Промышленные предприятия: питание мощных электродвигателей, насосов, вентиляторов, распределительные сети внутри цехов.
• Городские распределительные сети (кабельные линии 6 кВ).
• Объекты инфраструктуры: насосные станции, очистные сооружения, вокзалы, аэропорты.
• Сельскохозяйственные объекты.
• Подстанции и распределительные пункты.

Условия прокладки (с учетом отсутствия брони):

• Электрические кабельные каналы, лотки, короба: Это основной и рекомендуемый способ прокладки. Кабель защищен от случайных механических повреждений.
• Туннели и коллекторы.
• Помещения закрытого типа (за исключением мест с высокой опасностью механических повреждений).
• По стенам и конструкциям при условии защиты от прямого механического воздействия.
• Запрещена прокладка: Непосредственно в земле (траншеях) без брони, так как оболочка не рассчитана на постоянное давление грунта, растягивающие нагрузки и воздействие грызунов. Также не рекомендуется прокладка в местах с высокой вероятностью прямого механического воздействия (например, на уровне пола производственных цехов, где возможен наезд транспорта).

Сравнительные характеристики изоляции: СПЭ (XLPE) vs ПВХ (PVC)

Таблица 1: Сравнение изоляционных материалов для кабелей 6 кВ

Параметр	Сшитый полиэтилен (XLPE)	Поливинилхлорид (ПВХ)
Рабочая температура жилы, °C	+90	+70
Темп. жилы при КЗ (макс.), °C	+250	+160
Диэлектрические потери	Низкие	Высокие
Стойкость к тепловому старению	Очень высокая	Умеренная
Стойкость к влаге	Очень высокая	Хорошая
Стойкость к химикатам	Высокая	Хорошая (зависит от типа)
Стойкость к трекингу	Высокая	Умеренная
Механическая прочность	Высокая	Высокая
Гибкость	Хорошая	Очень хорошая
Поведение при горении	Горюч, но существуют огнестойкие исполнения	Самозатухающий (исполнения «нг»)
Эксплуатационный ресурс	Большой (до 30-40 лет и более)	Меньший
Стоимость	Выше	Ниже

Как видно из таблицы, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена по большинству ключевых для сетей 6 кВ параметров превосходят кабели с ПВХ-изоляцией, что обуславливает их доминирующее положение на рынке.

Технические параметры и выбор сечения

Основные электрические параметры:

• Номинальное напряжение U₀/U (Um): Для кабелей 6 кВ это значение составляет 6/10 (12) кВ. Где:
  • U₀ — номинальное напряжение между жилой и землей (экраном) — 6 кВ.
  • U — номинальное напряжение между жилами — 10 кВ.
  • Um — максимальное рабочее напряжение — 12 кВ.
• Испытательное переменное напряжение: После монтажа кабельные линии испытываются повышенным напряжением промышленной частоты. Для кабелей 6 кВ значение испытательного напряжения составляет 24 кВ (для кабелей с СПЭ-изоляцией по ГОСТ 31996) продолжительностью 10 минут.
• Допустимый длительный ток нагрузки: Зависит от сечения жилы, материала, способа прокладки и количества кабелей в пучке.

Таблица 2: Примеры допустимых длительных токовых нагрузок для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена 6 кВ, проложенных в воздухе (в лотке)

Сечение жилы, мм²	Медная жила, А	Алюминиевая жила, А
3х16	115	90
3х25	150	115
3х50	190	150
3х95	240	185
3х120	275	215
3х150	315	245
3х185	355	275
3х240	410	320

Примечание: Табличные значения являются ориентировочными. Точный расчет должен проводиться согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок) и нормативным документам с учетом поправочных коэффициентов на температуру воздуха, группировки и т.д.

Выбор сечения жилы производится по следующим критериям:

1. По допустимому длительному току нагрузки: Расчетный ток в линии не должен превышать допустимый табличный с учетом всех поправочных коэффициентов.
2. По потере напряжения: Падение напряжения в конце линии не должно превышать установленных норм (обычно 5% для силовых нагрузок).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания (ТКЗ): Сечение должно быть достаточным, чтобы выдержать нагрев при протекании тока КЗ в течение времени его отключения защитой, без повреждения изоляции и жилы.
4. По экономической плотности тока: Для объектов с большим количеством кабелей и длительным временем использования максимальной нагрузки.

Монтаж и соединение

Особенности монтажа:

• Радиус изгиба: Минимально допустимый радиус изгиба при прокладке регламентирован производителем и стандартами. Для кабелей 6 кВ без брони с многопроволочными жилами он обычно составляет 10-15 наружных диаметров кабеля. Нарушение этого требования может привести к повреждению экранов и изоляции.
• Подготовка к прокладке: При низких температурах (для ПВХ-оболочки ниже -15°C, для СПЭ-изоляции ниже -20°C) кабель требует предварительного прогрева.
• Крепление: В лотках и на конструкциях кабель должен крепиться с помощью специальных хомутов, не повреждающих оболочку. Не допускается использование стальной проволоки.

Соединение и заделка:

• Для соединения секций кабеля между собой применяются кабельные муфты — соединительные и ответвительные.
• Для подключения кабеля к оборудованию (распредустройству, двигателю) используются концевые муфты (заделки).
• Для кабелей 6 кВ с пластмассовой изоляцией применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. Оба типа обеспечивают герметичное, электрически и механически прочное соединение, восстанавливая экранирующий слой и изоляцию.
  • Термоусаживаемые муфты: Требуют для монтажа источника тепла (пропановая горелка, термофен). При нагреве элементы муфты усаживаются, плотно обжимая кабель.
  • Холодноусаживаемые муфты: Монтируются без нагрева. Усадка происходит за счет предварительного растяжения силиконового или EPDM-элемента, который после снятия фиксатора плотно обжимает кабель. Этот способ считается более безопасным и менее зависимым от навыков монтажника.
• Правильный монтаж муфт — критически важный этап, от которого зависит надежность всей кабельной линии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему для кабелей 6 кВ обязательны экраны на жиле и изоляции?
Экраны служат для симметрирования электрического поля, которое в кабелях на среднее напряжение имеет значительную напряженность. Без экранов поле было бы неоднородным, с концентрацией напряжений у поверхности жилы и на неровностях изоляции. Это привело бы к локальным перегревам, ионизации воздуха в порах материала и ускоренному старению изоляции, вплоть до пробоя.

2. Можно ли проложить кабель АПвВнг-6 кВ непосредственно в земле?
Нет, категорически не рекомендуется. Отсутствие бронепокрова делает его уязвимым для механических воздействий со стороны грунта (давление, камни), растягивающих усилий и деятельности грызунов. Для прокладки в земле необходимо использовать кабели с броней, например, АПвБбШп или АПвБГ.

3. В чем принципиальная разница между кабелями «нг» и «нг-LS»?

• нг (не распространяющие горение): Кабель не распространяет горение при групповой прокладке. Однако его оболочка и изоляция при горении в результате внешнего воздействия могут выделять значительное количество дыма и коррозионно-активных газообразных продуктов (хлористый водород).
• нг-LS (Low Smoke — пониженное дымовыделение): Помимо нераспространения горения, такие кабели имеют пониженное дымовыделение и газовыделение при пожаре. Это критически важно для метро, вокзалов, аэропортов, многоэтажных зданий и других объектов с массовым пребыванием людей.

4. Как определить необходимое сечение жилы для конкретной нагрузки?
Необходимо выполнить расчет:

1. Определить расчетный ток нагрузки (I_расч).
2. Выбрать способ прокладки и определить поправочные коэффициенты (на температуру, группировку).
3. По таблицам ПУЭ или каталогам производителя подобрать сечение, для которого допустимый ток I_доп >= I_расч (с учетом всех коэффициентов).
4. Проверить выбранное сечение на потерю напряжения и термическую стойкость к току КЗ. Для точного расчета рекомендуется обращаться к проектировщикам.

5. Что такое «кабель с нулевой жилой пониженного сечения» и когда он применяется?
Это четырехжильный кабель (например, 4х… или 3х…+1х…), в котором четвертая жила имеет меньшее сечение, чем основные фазные. Она предназначена для подключения к нейтрали (нулю) в трехфазных сетях и служит для протекания тока несимметрии и тока однофазного короткого замыкания. Ее сечение регламентировано стандартами (например, 50% от сечения фазной жилы для сечений до 35 мм² и др.).

6. Какой срок службы у современных кабелей 6 кВ с изоляцией из СПЭ?
Расчетный срок службы качественных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, произведенных в соответствии с ГОСТ или международными стандартами, при соблюдении условий эксплуатации, монтажа и нагрузок составляет 30-40 лет и более.

7. Почему при монтаже концевых муфт на кабели 6 кВ необходим ступенчатый срез изоляции?
Ступенчатый срез (или использование конического шлифа) необходим для плавного распределения градиента электрического напряжения вдоль поверхности изоляции в зоне концевой заделки. Резкий обрыв экрана создал бы крайне высокую концентрацию электрического поля, что привело бы к частичным разрядам, трекингу и пробою. Ступенчатый срез «растягивает» зону высоких напряжений, делая ее безопасной.