Кабель ПвВ 20 кВ 240 мм

Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена ПвВ 20 кВ 240 мм²: полный технический анализ

Кабель силовой марки ПвВ на напряжение 20 кВ с номинальным сечением токопроводящей жилы 240 мм² представляет собой ключевой элемент современных распределительных электрических сетей среднего класса напряжения. Данный тип кабеля предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его применение охватывает подземные прокладки в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, каналах), по эстакадам, в земле (траншеях) при условии обеспечения защиты от механических повреждений, а также в промышленных зданиях. Конструкция кабеля ПвВ оптимизирована для надежной работы в условиях длительно допустимой температуры нагрева жил до +90°С и в режиме перегрузки или короткого замыкания.

Расшифровка маркировки и конструктивные особенности

Маркировка «ПвВ 20 кВ 240 мм²» раскрывается следующим образом:

• П – изоляция из сшитого полиэтилена (Cross-linked Polyethylene, XLPE).
• в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката (PVC).
• В – обозначение, указывающее на то, что кабель предназначен для работы в сетях на номинальное напряжение до 20 кВ (в соответствии с классом напряжения 20 кВ).
• 20 кВ – номинальное междуфазное напряжение, на которое рассчитан кабель.
• 240 мм² – номинальное сечение основной токопроводящей жилы.

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию:

1. Токопроводящая жила. Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки (в зависимости от исполнения), круглой или секторной/сегментной формы. Для сечения 240 мм² жила, как правило, многопроволочная, что обеспечивает необходимую гибкость. Материал жилы – одна из ключевых характеристик, определяющих токовую нагрузку, стоимость и массу кабеля.
2. Экран по жиле (полупроводящей слой). Наносится поверх жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные концентрации напряженности, которые могут привести к пробою изоляции.
3. Основная изоляция. Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE) методом экструзии. Толщина изоляции нормирована стандартами (например, ГОСТ 31996-2012 или МЭК 60502-2) и для напряжения 20 кВ составляет, как правило, 5.5-6.0 мм. Сшитый полиэтилен обладает высокой диэлектрической прочностью, термостойкостью (до +90°С в продолжительном режиме) и стойкостью к тепловым деформациям.
4. Экран по изоляции (полупроводящей слой). Аналогичен экрану по жиле. Вместе с экраном по жиле формирует цилиндрический конденсатор с равномерным радиальным электрическим полем внутри изоляции.
5. Металлический экран (заземляющий). Выполняется в виде медной ленты, наложенной спирально или продольно, или в виде медных проволок, наложенных поверх экрана по изоляции. Основные функции: защита от электромагнитных помех, обеспечение симметрии электрического поля, создание пути для тока короткого замыкания и тока утечки. Для кабеля 240 мм² часто применяется комбинация медных проволок и ленты.
6. Поясная изоляция. Выполняется из электроизоляционных лент (например, из ПЭТ) или экструдированного слоя. Предназначена для фиксации металлического экрана и защиты его от коррозии при контакте с оболочкой.
7. Внешняя оболочка. Изготавливается из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката. Защищает внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, агрессивных сред (химических, биологических). Цвет оболочки, как правило, черный. Возможно исполнение с желтой продольной полосой для кабелей с заземляющим экраном.

Основные технические характеристики и параметры

Технические параметры кабеля ПвВ 20 кВ 240 мм² регламентируются национальными (ГОСТ 31996-2012) и международными (МЭК 60502-2) стандартами. Ниже приведены ключевые данные для медной и алюминиевой жилы.

Таблица 1. Сравнительные характеристики кабеля ПвВ 20 кВ 240 мм² с медной и алюминиевой жилой

Параметр	Медная жила (Cu)	Алюминиевая жила (Al)	Примечания
Номинальное сечение, мм²	240		По ГОСТ 22483
Класс гибкости жилы	1 или 2 (многопроволочная)		Класс 2 предпочтительнее для сложной трассы
Максимальное сопротивление жилы при +20°C, Ом/км	0.0754	0.125	ГОСТ 31996-2012, Таблица 6
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдл)	~ 355 А	~ 275 А	Зависит от условий прокладки (в земле, воздухе)
Ток короткого замыкания (Iкз, 1 сек), не менее	21.9 кА	14.2 кА	Расчет по формуле Iкз = S √(q / t), где q — удельная теплоемкость
Минимальный радиус изгиба при прокладке	15-20 наружных диаметров кабеля		Критично для сохранения целостности изоляции и экрана
Масса 1 км кабеля, приблизительно	8000 — 9500 кг	5500 — 6500 кг	Зависит от конкретной конструкции (толщины оболочки, конструкции экрана)
Наружный диаметр, приблизительно	55 — 65 мм		Точное значение уточняется у производителя

Таблица 2. Электрические испытательные параметры (ГОСТ 31996-2012)

Вид испытания	Параметры испытания	Требования
Испытание переменным напряжением частотой 50 Гц на готовом кабеле	Напряжение 2U0 = 24 кВ, продолжительность 5 мин.	Пробой не допускается
Испытание постоянным напряжением (для приемо-сдаточных испытаний)	Напряжение 4U0 = 48 кВ, продолжительность 15 мин.	Пробой не допускается
Испытание на стойкость к частичным разрядам	Чувствительность не более 5 пКл при напряжении 1.5U0 (18 кВ)	Частичные разряды отсутствуют
Измерение сопротивления изоляции	При температуре +20°C	Не менее 1000 МОм*км

Области применения и условия эксплуатации

Кабель ПвВ 20 кВ 240 мм² применяется для создания и модернизации кабельных линий электропередачи в следующих сферах:

• Городские распределительные сети (ГРС): Питание от центров питания (ЦП) и главных понизительных подстанций (ГПП) до районных трансформаторных подстанций (ТП) и распределительных пунктов (РП).
• Промышленные предприятия: Снабжение электроэнергией цеховых подстанций и мощного технологического оборудования.
• Инфраструктурные объекты: Электроснабжение аэропортов, железнодорожных вокзалов, метрополитена, больших торговых центров, стадионов.
• Объекты генерации: Сборные сети для подключения генераторов на электростанциях малой и средней мощности, соединения внутристанционного оборудования.

Условия эксплуатации:

• Рабочая температура токопроводящей жилы: от -50°С до +90°С (длительно допустимая).
• Максимальная температура жилы в режиме перегрузки: +130°С.
• Максимальная температура жилы при коротком замыкании (до 5 сек): +250°С.
• Прокладка и монтаж без предварительного подогрева допускается при температуре не ниже -15°С.
• Допустимая влажность воздуха при эксплуатации: до 98% при температуре до +35°С.
• Кабель стойкий к воздействию плесневых грибов, агрессивных почв и блуждающих токов (при целостности оболочки).

Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (СБ, ЦСБ)

Преимущества кабеля ПвВ:

• Высокая допустимая рабочая температура: +90°С против +70°С для бумажно-пропитанной изоляции, что позволяет пропускать больший ток по тому же сечению.
• Отсутствие риска стекания пропитки: Возможность прокладки на вертикальных и наклонных трассах без ограничений по перепаду высот.
• Простота монтажа и соединения: Меньший вес, более удобные технологии монтажа муфт и концевых заделок.
• Высокая стойкость к термическим и механическим перегрузкам.
• Отсутствие необходимости в сложных системах подпитки и контроля изоляции.
• Большая длина строительных отрезков за счет отсутствия ограничений по транспортировке пропитанных отрезков.

Недостатки/особенности:

• Чувствительность к дефектам монтажа: Требуется высокая культура производства работ при заделке концов и соединении, необходимость строгого контроля за чистотой, снятием полупроводящих слоев и применением специализированного инструмента.
• Чувствительность к точечным механическим повреждениям (проколам) при прокладке, которые могут стать очагом развития электрического дерева.
• Более высокая стоимость по сравнению с кабелем с бумажной изоляцией на аналогичное напряжение и сечение, хотя этот разрыв сокращается.

Особенности монтажа, соединения и оконцевания

Монтаж кабеля ПвВ 20 кВ 240 мм² требует соблюдения строгих правил:

• Радиус изгиба: Не менее 15-20 наружных диаметров кабеля во избежание повреждения изоляции и экрана.
• Раскатка: Запрещается сбрасывание барабанов с транспортных средств, использование методов раскатки, вызывающих скручивание или перекручивание кабеля.
• Температура монтажа: При температуре ниже -15°С кабель требует предварительного прогрева в отапливаемом помещении.

Для соединения и оконцевания применяются специализированные муфты:

• Соединительные муфты: Предназначены для соединения двух отрезков кабеля в линию. Типы: стопорные (для секционирования металлического экрана) и простые соединительные. Конструкция включает изоляционные и полупроводящие компоненты, экранирующие элементы и герметичную металлическую или пластиковую оболочку.
• Концевые муфты (заделки): Предназначены для оконцевания кабеля на оборудовании (в ячейке КРУ, на трансформаторе). Бывают наружной (для открытого воздуха) и внутренней установки. Современные технологии основаны на использовании термоусаживаемых или холодноусаживаемых компонентов из силикона или EPDM.

Ключевой этап монтажа любой муфты – подготовка кабеля: ступенчатая зачистка изоляции с точным удалением полупроводящих слоев, зачистка и соединение жил (с помощью опрессовки или сварки), восстановление электрического поля с помощью экранирующих колпачков или лент, и окончательная герметизация.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями ПвВ и АПвВ?

Первая буква в маркировке указывает на материал токопроводящей жилы. «А» — алюминий, отсутствие буквы «А» (или подразумеваемая «М») — медь. Таким образом, АПвВ — это кабель с алюминиевой жилой, а ПвВ (или МПвВ) — с медной. Все остальные элементы конструкции (изоляция, экраны, оболочка) идентичны. Выбор зависит от требований по токовой нагрузке, бюджета проекта и условий монтажа (алюминий легче, но требует большего сечения для той же проводимости).

Какой допустимый длительный ток для кабеля ПвВ 20 кВ 240 мм² при прокладке в земле?

Точное значение зависит от множества факторов: удельного теплового сопротивления грунта (1.0 или 2.0 Км/Вт), глубины прокладки (стандартно 0.7 м), температуры грунта (обычно +15°С или +25°С), количества работающих кабелей в траншее и расстояния между ними. Согласно типовым расчетам по ПУЭ 7-го изд. и ГОСТ 31996-2012, для одиночного кабеля с медной жилой 240 мм², проложенного в земле с удельным тепловым сопротивлением 1.0 Км/Вт на глубине 0.7 м при температуре грунта +15°С, допустимый длительный ток составляет приблизительно 355 А. Для алюминиевого кабеля в тех же условиях — около 275 А. Для точного проектного расчета необходимо использовать специализированное ПО или таблицы с учетом всех местных условий.

Можно ли использовать кабель ПвВ для прокладки в воде?

Нет, стандартное исполнение кабеля ПвВ с ПВХ-оболочкой не предназначено для длительной прокладки непосредственно в воде (реках, озерах, морях). Для подводной прокладки требуются специальные кабели с усиленной герметизирующей оболочкой (например, из полиэтилена), бронепокровом из оцинкованных проволок и дополнительными гидроизолирующими элементами (заполнителями, алюминиевой оболочкой).

Как правильно выбрать сечение кабеля 20 кВ, и почему 240 мм² является популярным?

Выбор сечения производится по допустимому длительному току нагрузки (по нагреву) и проверяется на термическую стойкость к токам короткого замыкания, а также на потерю напряжения. Сечение 240 мм² является экономически и технически оптимальным для многих участков распределительных сетей 6-20 кВ, так как обеспечивает передачу значительных мощностей (порядка 8-12 МВА при 20 кВ) при разумных затратах на кабель, монтаж и занимаемое в кабельном сооружении пространство. Оно представляет собой баланс между пропускной способностью (~355 А для Cu) и технологическими ограничениями по гибкости, массе и сложности монтажа муфт.

Что означает «сшитый полиэтилен» и в чем его преимущества перед ПЭ изоляцией?

Сшитый полиэтилен (XLPE) — это полимер, молекулы которого соединены поперечными связями («сшиты») в трехмерную сетку. Этот процесс (химический или радиационный) кардинально меняет свойства материала по сравнению с термопластичным полиэтиленом (ПЭ) низкой или высокой плотности (LDPE/HDPE). Преимущества XLPE: резкое повышение термостойкости (рабочая температура с +70°С до +90°С), устойчивость к тепловой деформации и растрескиванию под напряжением, высокая стойкость к воздействию влаги и частичным разрядам. Для кабелей на среднее и высокое напряжение используется исключительно XLPE.

Требуется ли для кабеля ПвВ 20 кВ дополнительная защита при прокладке в земле?

Да, согласно ПУЭ (Глава 2.3), кабели напряжением выше 1 кВ, прокладываемые в земле, должны быть защищены от механических повреждений. Для этого применяются: сигнальные ленты из пластика, уложенные на 250 мм выше кабеля; кирпичная защита (в один слой поперек трассы); бетонные плиты; асбоцементные или полимерные трубы. Выбор способа защиты зависит от активности земляных работ в зоне прокладки и требований местных нормативов.