Кабели электрические станционные

Кабели электрические станционные: классификация, конструкция, применение и стандарты

Кабели электрические станционные представляют собой специализированный класс кабельной продукции, предназначенный для постоянной прокладки внутри и вне помещений электрических станций и подстанций (ТЭЦ, ГЭС, АЭС, ГРЭС, распределительных устройств) для распределения электроэнергии на собственные нужды, соединения элементов распределительных устройств (РУ), подключения силовых трансформаторов, электродвигателей собственных нужд, систем релейной защиты и автоматики (РЗА). Их ключевая особенность – работа в условиях жестких электромагнитных полей, повышенных механических нагрузок, вибраций, возможных локальных перегревов и требований к высокой пожарной безопасности.

Классификация и основные типы станционных кабелей

Классификация осуществляется по нескольким ключевым параметрам: номинальному напряжению, материалу изоляции и оболочки, конструктивному исполнению и назначению.

1. По номинальному напряжению:

• На напряжение до 1 кВ – для цепей управления, освещения, питания электродвигателей собственных нужд малой и средней мощности.
• На напряжение 6, 10, 20, 35 кВ – для питания мощных двигателей собственных нужд (насосы, вентиляторы), связи между распределительными устройствами разных напряжений, ввода питания на секционные выключатели.

2. По материалу изоляции жил:

• С поливинилхлоридной (ПВХ) изоляцией (ВВГ и др.). Применяются в основном для сетей до 1 кВ в условиях, не предъявляющих повышенных требований к пожарной безопасности и температурному режиму.
• С сшитой полиэтиленовой (СПЭ) изоляцией (ПвВГ и др.). Кабели на напряжение 6-35 кВ. Обладают высокой термостойкостью (допустимая температура жилы до 90°C в продолжительном режиме), отличными диэлектрическими и механическими свойствами.
• С резиновой изоляцией (КГ, КГЭ и др.). Используются для подключения подвижных или часто переключаемых механизмов, а также в условиях повышенной гибкости и стойкости к вибрациям.

3. По материалу оболочки и защитным покровам:

• В поливинилхлоридной (ПВХ) оболочке. Стандартное исполнение для внутренней прокладки в кабельных каналах, туннелях, по конструкциям.
• В оболочке из полимерной композиции, не распространяющей горение (нг). Обязательное требование для групповой прокладки. Материалы оболочки (ПВХ пластикат пониженной горючести, полиолефины) обеспечивают самозатухание.
• В оболочке из безгалогеновых полимеров, не распространяющих горение, с пониженным дымовыделением и коррозионной активностью газов (LS, LSLTx). Применяются в особо ответственных зонах, на объектах АЭС, в кабельных туннелях с плотной прокладкой, где критично обеспечение эвакуации людей и сохранности электронного оборудования при пожаре.
• Бронированные кабели (с ленточной или проволочной броней). Используются для прокладки в земле (траншеях) на территории станции, в грунтах с возможными механическими воздействиями, а также для защиты от грызунов.

Конструктивные особенности

Конструкция станционного кабеля зависит от его назначения и условий эксплуатации. Рассмотрим типовые элементы конструкции.

Конструкция силового станционного кабеля на напряжение 6-35 кВ:

• Токопроводящая жила. Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки, круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма позволяет уменьшить общий диаметр кабеля и более рационально использовать пространство в кабельных каналах. Для кабелей на напряжение до 1 кВ жилы могут быть однопроволочными (сечением до 16-25 мм²) или многопроволочными. Для кабелей на 6 кВ и выше – только многопроволочные.
• Экран по жиле (для кабелей на 6 кВ и выше). Выполняется из электропроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения в изоляции.
• Изоляция. Из сшитого полиэтилена (СПЭ) заданной толщины, рассчитанной на конкретный класс напряжения. Обеспечивает высокие электрическую прочность и термостойкость.
• Экран по изоляции. Состоит из полупроводящей ленты и медных проволок (луженая медная оплетка) или медных лент. Служит для защиты от внешних электромагнитных влияний, является элементом системы заземления и путем для токов утечки. Для трехжильных кабелей экран выполняется индивидуально на каждой жиле.
• Поясная изоляция. Ленты из ПВХ или полимерных материалов, скрепляющие изолированные жилы.
• Оболочка. Внешняя защита из ПВХ, полимеров не распространяющих горение (нг) или безгалогеновых материалов (HF). Защищает от механических повреждений, влаги, агрессивных сред.
• Броня (при наличии). Стальные оцинкованные ленты (тип Б) или проволоки (тип К). Защищает от механических повреждений при прокладке в земле.
• Наружный защитный шланг. Поверх брони накладывается шланг из ПВХ или полиэтилена для защиты брони от коррозии.

Ключевые технические требования и стандарты

Кабели станционные должны соответствовать ряду национальных и международных стандартов, а также строгим техническим условиям (ТУ) заказчика, особенно для объектов атомной и гидроэнергетики.

• ГОСТ 31565-2012 (МЭК 60332-3) – определяет требования к нераспространению горения при групповой прокладке.
• ГОСТ Р МЭК 60754-2 – определяет количество и кислотность галогенсодержащих газов, выделяемых при горении.

ГОСТ Р МЭК 61034 (МЭК 61034) – определяет уровень дымовыделения.

• ГОСТ 31996-2012 – силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 0,66, 1 и 3 кВ.
• ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-2) – силовые кабели на напряжение от 6 кВ до 30 кВ с пластмассовой изоляцией.
• ПУЭ 7-е издание – правила устройства электроустановок, регламентирующие выбор и условия прокладки кабелей.

Особое внимание уделяется следующим параметрам:

• Огнестойкость: способность кабеля сохранять работоспособность в условиях пожара в течение заданного времени (например, 60, 90, 120 минут). Достигается применением специальных слюдосодержащих лент поверх жил.
• Стойкость к распространению горения: кабели для групповой прокладки должны иметь индекс «нг» и не распространять горение при испытании по категории А F/R (наибольшее тепловое воздействие).
• Удельное объемное дымовыделение: для кабелей категории LS не должно превышать 50%, для LSLTx – 20%.
• Стойкость к химическим и масляным воздействиям: важна для прокладки в машинных залах, где возможно попадание масел и гидравлических жидкостей.

Области применения внутри электростанций

Таблица 1: Применение станционных кабелей по зонам электростанции

Зона/Система электростанции	Тип кабеля (примеры)	Основные требования
Главное распределительное устройство (ГРУ, ОРУ)	АПвВнг(А)-LS, АПвВБбШп, контрольные кабели АКВВГнг(А)-LS	Стойкость к ЭМ помехам, нераспространение горения, возможность прокладки на открытом воздухе (УХЛ1), стойкость к УФ-излучению для ОРУ.
Системы собственных нужд (СН): электродвигатели насосов, вентиляторов	ПвВГнг(А)-LS, ПвБбШпнг(А)-LS на 6/10 кВ; ВВГнг(А)-LS на 0.4 кВ	Повышенная механическая прочность, стойкость к вибрации, нераспространение горения при групповой прокладке.
Цепи управления, сигнализации, релейной защиты и автоматики (РЗА)	Контрольные кабели: КВВГнг(А)-LS, КПВГнг(А)-HF, КПЭВГнг(А)-FRLS	Низкий уровень помех (экранированные исполнения), огнестойкость (FRLS для критичных цепей), безгалогеновые оболочки (HF) в закрытых кабельных сооружениях.
Аварийные системы (пожарная сигнализация, аварийное освещение)	Огнестойкие кабели: ПвВГнг(А)-FRLS 120, КПСЭнг(А)-FRLS 120	Обязательное сохранение работоспособности в течение 120 минут в условиях прямого огня (испытание по ГОСТ Р 53315).
Кабельные туннели, коридоры, шахты (плотная групповая прокладка)	Все кабели с индексами нг(А)-LSLTx или нг(А)-HF	Минимальное дымовыделение и коррозионная активность газов, нераспространение горения по категории А.
Помещения АСУ ТП, щитовые	Контрольные экранированные кабели КВВГЭнг(А)-LSLTx, КПВГЭнг(А)-HF	Экранирование для защиты от помех, безгалогеновые оболочки для защиты дорогостоящей электроники.

Особенности проектирования и прокладки

При проектировании трасс станционных кабелей учитывают:

• Разделение потоков: силовые кабели напряжением выше 1 кВ, кабели до 1 кВ и контрольные кабели рекомендуется прокладывать раздельно. При параллельной прокладке расстояние между группами должно быть не менее 0.5 м, либо применяются локальные экраны/перегородки.
• Термическое воздействие: допустимые токи нагрузки выбираются с учетом способа прокладки (одиночная, в пучке, в лотке, в земле) и температуры окружающей среды. Для кабелей, проложенных в зонах с повышенной температурой (например, вдоль паропроводов), применяют поправочные коэффициенты или кабели с повышенной температурой изоляции.
• Резервирование: кабели ответственных систем (пожарной защиты, аварийного останова) прокладываются по разным, физически разделенным трассам, чтобы исключить одновременный выход из строя при локальном повреждении.
• Заземление экранов: экраны кабелей на 6 кВ и выше должны быть надежно заземлены с двух сторон для предотвращения наведения потенциала и обеспечения нормальной работы защит. В некоторых схемах применяют одностороннее заземление для прерывания циркулирующих токов.
• Маркировка: обязательна четкая и стойкая маркировка кабелей на концах и в местах соединений/ответвлений с указанием номера цепи, напряжения, сечения и назначения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями «нг(А)-LS» и «нг(А)-HF» или «нг(А)-LSLTx»?

«нг(А)-LS» – кабель не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А, с пониженным дымовыделением. Оболочка и изоляция могут содержать галогены (хлор в ПВХ), но в меньшем количестве, чем у обычных кабелей. При пожаре выделяет коррозионно-активные газы.
«нг(А)-HF» – кабель не распространяющий горение, безгалогеновый. Не выделяет коррозионно-активные газы (кислотные пары), дымовыделение низкое. Более безопасен для людей и оборудования.
«нг(А)-LSLTx» – это высшая категория: Low Smoke, Low Toxicity. Сочетает крайне низкое дымовыделение (индекс дымопоглощения менее 20%) и минимальную токсичность продуктов горения. Является предпочтительным для любых закрытых кабельных сооружений с массовой прокладкой.

Когда обязательно применение огнестойких кабелей (FRLS)?

Огнестойкие кабели (с индексом FR – Fire Resistance) обязательны для цепей, которые должны функционировать в условиях пожара для обеспечения безопасной остановки оборудования, работы систем аварийной вентиляции, дымоудаления, противопожарных клапанов, аварийного освещения и эвакуационной сигнализации. На АЭС, например, по нормам ОПБ-88/97, такие кабели применяются для систем безопасности. Время огнестойкости (60, 90, 120, 180 мин.) определяется проектом на основании расчетного времени развития пожара и требований к выполнению функций безопасности.

Почему на электростанциях предпочтительна медь, несмотря на более высокую стоимость по сравнению с алюминием?

Медь имеет более высокую электропроводность, что позволяет при одинаковом токе использовать жилы меньшего сечения. Медные кабели более гибкие и стойкие к многократным изгибам и вибрациям. Медь менее подвержена ползучести в контактных соединениях, что критически важно для надежности. Медные соединения более стабильны. На объектах повышенной ответственности (станции) эти преимущества перевешивают разницу в стоимости.

Как правильно выбрать сечение экрана для контрольного кабеля в цепях РЗА?

Сечение экрана (обычно из медных проволок или ленты) выбирается из условия проведения токов короткого замыкания, которые могут навестись на экран при КЗ на соседних силовых цепях. Обычно минимальное сечение экранирующей жилы/проволоки нормируется и составляет от 4 до 16 мм² в зависимости от стандарта заказчика и расчетных значений токов КЗ. Недостаточное сечение экрана может привести к его перегоранию и потере защитных свойств при аварии.

Допустима ли прокладка кабелей с СПЭ-изоляцией в земле на территории станции?

Да, допустима и широко применяется. Однако для прямой прокладки в земле (траншее) кабель должен иметь броневой покров (чаще всего из стальных оцинкованных лент – «БбШп» или проволок – «КШп»), защищающий от механических повреждений при раскопках и давления грунта. Прокладка в трубах или тоннелях повышает надежность и ремонтопригодность трассы.

Каковы особенности монтажа и оконцевания кабелей с СПЭ-изоляцией 6-35 кВ?

Монтаж требует высокой культуры производства. При разделке кабеля необходимо использовать специальные шаблоны и инструмент для точного снятия полупроводящих экранов без повреждения основной изоляции. Край экрана должен быть гладким, без заусенцев. Обязательна тщательная зачистка и обезжиривание изоляции перед установкой муфты или концевой заделки. Для контроля качества разделки часто применяются оптические увеличители. Температурный режим монтажа, как правило, не должен быть ниже -5°C без предварительного подогрева кабеля.