Кабель 3х240

Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-35 кВ 3х240: полный технический анализ

Кабель с обозначением 3х240 является силовым кабелем среднего и высокого напряжения, где цифра «3» указывает на количество основных токопроводящих жил, а «240» – на номинальное сечение каждой жилы в квадратных миллиметрах. Данный типоразмер является одним из наиболее востребованных в магистральных и распределительных сетях напряжением 6, 10, 20 и 35 кВ благодаря оптимальному балансу пропускной способности, механической прочности и экономической целесообразности. В статье рассматривается кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE), который в современной электроэнергетике практически полностью вытеснил кабели с бумажно-масляной изоляцией.

Конструкция кабеля 3х240

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее от центра к внешней оболочке.

• Токопроводящая жила: Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Для сечения 240 мм² жила, как правило, секторной или сегментной формы (для многожильных кабелей) для оптимального заполнения пространства и уменьшения общего диаметра. Медная жила обеспечивает более высокую проводимость, механическую стойкость и долговечность, алюминиевая – меньшую стоимость и вес.
• Экран на жиле (полупроводящий экран): Наносится поверх жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Выравнивает распределение электрического поля вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения и ионизацию.
• Основная изоляция: Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Толщина слоя нормируется в зависимости от номинального напряжения кабеля. Для 10 кВ это обычно 4,5-5,0 мм. XLPE обладает высокой диэлектрической прочностью, термостойкостью (допускает длительную работу при температуре жилы до 90°C) и стойкостью к трекингу.
• Экран на изоляции (полупроводящий экран): Аналогичный слой поверх изоляции. Вместе с экраном на жиле формирует цилиндрический конденсатор, равномерно распределяющий электрическое поле только в толще изоляции.
• Поясная изоляция: Может выполняться в виде полупроводящей ленты, накладываемой поверх скрученных экранированных жил.
• Нулевая жила (опционально, в кабелях 3+1): В исполнении 3х240+1х120 четвертая жила имеет меньшее сечение и предназначена для работы в качестве нулевого (нейтрального) проводника.
• Металлический экран/броня:
  • Экран: Выполняется из медных или алюминиевых проволок (плетенка) или гофрированной ленты. Предназначен для защиты от внешних электромагнитных помех, обеспечения симметрии поля, а также в качестве проводника для токов короткого замыкания и пути для тока утечки при повреждении изоляции.
  • Броня: При необходимости повышенной механической защиты применяется броня из стальных оцинкованных лент (Бл) или проволок (Бп).
• Внешняя оболочка: Изготавливается из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката, полиэтилена (ПЭ) или самозатухающего полиэтилена (ПЭСт). Защищает все внутренние элементы от влаги, агрессивных сред и механических воздействий. Цвет оболочки, как правило, черный.

Основные технические характеристики и параметры

Электрические параметры (на примере кабеля на 10 кВ)

Параметры могут незначительно варьироваться в зависимости от производителя и конкретного исполнения.

Параметр	Значение для кабеля 3х240 мм² (10 кВ)	Примечание
Напряжение, U0/U (Um)	8,7/10 (12) кВ	U0 – напряжение между жилой и землей, U – междуфазное, Um – макс. рабочее
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп) в земле	~ 355 А (для меди, 90°C)	Зависит от условий прокладки, температуры грунта, числа кабелей в траншее
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп) в воздухе	~ 405 А (для меди, 90°C)	Зависит от температуры воздуха, способа прокладки (в лотке, пучком)
Сопротивление жилы постоянному току при 20°C (медь)	Не более 0,0754 Ом/км	По ГОСТ 22483
Сопротивление жилы постоянному току при 20°C (алюминий)	Не более 0,125 Ом/км	По ГОСТ 22483
Индуктивное сопротивление	~0,1 Ом/км	Зависит от расстояния между жилами и наличия экрана
Емкость	~0,3 мкФ/км	Характеристика важна для расчета токов утечки и зарядных токов
Ток короткого замыкания (длительность 1 сек)	~ 21 кА (для меди)	Рассчитывается по формуле I = S k / √t, где k – коэффициент (142 для меди, 92 для Al)

Механические и климатические параметры

• Минимальный радиус изгиба: 15-20 наружных диаметров кабеля (для одножильных кабелей с экраном/броней – 25-30 диаметров). Для кабеля 3х240 на 10 кВ это обычно 700-1000 мм.
• Диапазон рабочих температур: от -50°C до +50°C (для монтажа без предварительного прогрева: -15°C для ПВХ, -20°C для ПЭ).
• Допустимая температура нагрева жилы: +90°C – длительно, +130°C – в режиме перегрузки, +250°C – при коротком замыкании (не более 5 сек).
• Стойкость к внешним воздействиям: Кабели выпускаются в исполнениях, стойких к УФ-излучению (для открытой прокладки), агрессивным грунтам, распространению горения (индексы «нг» – нераспространяющие горение, «нг-LS» – с пониженным дымовыделением и газовыделением).

Области применения кабеля 3х240

Данный кабель является магистральным и применяется для передачи и распределения электрической энергии в трехфазных сетях переменного тока частотой 50 Гц.

• Питание крупных промышленных предприятий: Подключение цехов, распределительных пунктов (РП), главных понизительных подстанций (ГПП).
• Городские распределительные сети (ГРС): Кабельные линии 6-10 кВ от ТП к РП, вводы в здания.
• Инфраструктурные объекты: Питание аэропортов, железнодорожных вокзалов, больниц, торговых центров.
• Объекты энергетики: Соединения внутри подстанций, выводы мощности от генераторов, межсекционные связи.
• Кабельные линии в земле (траншеях), кабельных каналах, коллекторах, тоннелях, по эстакадам, а также в помещениях.

Выбор между медным и алюминиевым исполнением

Выбор материала жилы является ключевым при проектировании. Сравнение в контексте кабеля 3х240:

Критерий	Медь (Cu)	Алюминий (Al)
Электропроводность	Выше (удельное сопротивление ~0,0175 Оммм²/м)	Ниже (удельное сопротивление ~0,028 Оммм²/м)
Допустимый ток нагрузки (Iдоп)	Выше (примерно на 30% при одинаковом сечении)	Ниже
Механическая прочность	Выше, жила более устойчива к изломам, растяжению	Ниже, склонен к ползучести (холодной деформации) под зажимами
Вес кабеля	Значительно выше (примерно в 3 раза тяжелее при равной проводимости)	Лече, что упрощает транспортировку и монтаж
Стоимость	Значительно выше (в 3-5 раз дороже по материалу)	Существенно ниже
Стойкость к коррозии	Высокая	Низкая, требует защитных покрытий в местах контакта
Совместимость с арматурой	Универсальна, не требует переходных элементов	Требует биметаллических наконечников или переходных пластин при соединении с медной шиной
Габариты	Может быть несколько компактнее при равной токовой нагрузке	Может потребовать большего сечения для той же мощности

Вывод: Медный кабель выбирают для ответственных объектов с высокими нагрузками, ограниченными габаритами трасс, условиями повышенной вибрации или коррозионной активности. Алюминиевый кабель экономически выгоден для протяженных магистралей с умеренными нагрузками, где его меньший вес и стоимость играют решающую роль.

Особенности монтажа и эксплуатации

• Прокладка: Перед прокладкой необходимо проверить целостность оболочки и изоляции (мегомметром на 2,5-5 кВ). При прокладке в траншее обязательна песчаная подушка (не менее 10 см), защита от механических повреждений (кирпич, сигнальная лента, плиты). Расстояние между параллельно проложенными кабелями должно быть не менее 100 мм для обеспечения теплоотвода.
• Соединение и оконцевание: Требуют применения специальной кабельной арматуры: соединительных и концевых муфт, соответствующих классу напряжения и сечению. Для алюминиевых жил обязательна зачистка от окисной пленки и применение кварцевазелиновой пасты. Затяжка болтовых соединений – динамометрическим ключом с моментом, указанным производителем арматуры.
• Заземление: Металлические экраны и броня должны быть заземлены с двух концов кабельной линии для обеспечения безопасной работы и протекания токов КЗ. В сетях с изолированной нейтралью возможно заземление с одной стороны для снижения потерь, но это требует специального расчета.
• Допустимые усилия при тяжении: Рассчитываются по формуле, не должны превышать допустимых механических напряжений для материала жилы (обычно 50-70 Н/мм² для меди, 30-40 Н/мм² для алюминия). Использование кабельных чулок и специальных смазок обязательно.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Чем отличается кабель АПвП 3х240 от кабеля ПвП 3х240?

Маркировка по ГОСТ:

• А – материал жилы (алюминий). Отсутствие буквы «А» означает медь.
• Пв – изоляция жил из сшитого полиэтилена (XLPE).
• П – внешняя оболочка из полиэтилена.

Таким образом, АПвП 3х240 – кабель с алюминиевыми жилами, изоляцией из XLPE и полиэтиленовой оболочкой. ПвП 3х240 – тот же кабель, но с медными жилами. Конструктивно они идентичны, кроме материала токопроводящей жилы.

2. Какой максимальный ток может выдержать кабель 3х240, проложенный в земле?

Допустимый длительный ток (I_доп) зависит от множества факторов: материала жилы (для меди ~355 А, для Al ~275 А при прокладке в земле с удельным тепловым сопротивлением 1,2 К*м/Вт), глубины прокладки, температуры грунта, количества работающих рядом кабелей. Точное значение для конкретных условий необходимо брать из ПУЭ (Глава 1.3) или расчетных таблиц производителя. Указанные цифры – ориентировочные для стандартных условий.

3. Можно ли использовать кабель на 10 кВ в сети 6 кВ и наоборот?

Кабель, рассчитанный на напряжение 10 кВ (8,7/10 кВ), можно применять в сети 6 кВ (3,6/6 кВ) с запасом по электрической прочности. Это безопасно и часто практикуется. Обратное – категорически запрещено. Применение кабеля на 6 кВ в сети 10 кВ приведет к работе изоляции в режиме перенапряжения, ее ускоренному старению и пробою.

4. Что означает маркировка «3х240+1х120» и когда она применяется?

Это кабель с тремя основными фазными жилами сечением 240 мм² и одной нулевой (нейтральной) жилой сечением 120 мм². Применяется в четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью (например, 0,4 кВ или в сетях 6-35 кВ с эффективно заземленной нейтралью, где требуется полноценный нулевой рабочий проводник). В большинстве распределительных сетей 6-35 кВ используется кабель 3х240 без четвертой жилы, так как нейтраль часто изолирована или заземлена через дугогасящий реактор.

5. Как правильно выбрать сечение кабеля 3х240 по току короткого замыкания?

Сечение должно быть проверено на термическую стойкость к токам КЗ. Используется формула: S_min = (I_кз √t) / K, где I_кз – установившийся ток КЗ в кА, t – время его действия (до срабатывания защиты) в секундах, K – коэффициент, зависящий от материала жилы (142 для меди, 92 для алюминия). Для сечения 240 мм² необходимо убедиться, что расчетное S_min не превышает 240. Например, для I_кз=10 кА и t=1 с, минимальное сечение для меди составит (10√1)/142 ≈ 70 мм², что меньше 240 мм² – условие выполняется.

6. В чем преимущество кабеля с изоляцией XLPE перед бумажно-масляной изоляцией (МНС)?

• Более высокая допустимая температура жилы (90°C против 70-80°C).
• Отсутствие риска течи масла и необходимости в маслоподпитывающей аппаратуре.
• Меньший вес и радиус изгиба.
• Простота монтажа и обслуживания (не требуются специальные масляные муфты).
• Возможность прокладки на вертикальных участках без ограничений.
• Более высокая стойкость к ударным нагрузкам и вибрации.

7. Нужно ли использовать кабель с броней для прокладки в земле?

Да, для прямой прокладки в земле (траншее) без дополнительных защитных труб или коробов настоятельно рекомендуется применять кабель с броней из стальных оцинкованных лент (Бл) или проволок (Бп), например, ПвБбШп. Броня защищает кабель от механических повреждений при раскопках, давления грунта, грызунов. Прокладка кабеля без брони (например, ПвП) в земле допускается только в защитных трубах (ПНД, асбестоцементных) или кабельных блоках, что существенно увеличивает стоимость проекта.