Кабели силовые 20 кВ с пластмассовой изоляцией бронированные

Кабели силовые на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией бронированные: конструкция, стандарты и применение

Силовые кабели на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией и броней представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках при переменном напряжении частотой 50 Гц. Их основная сфера применения — прокладка в земле (траншеях), кабельных каналах, тоннелях, а также в условиях, где существует риск механических повреждений. Конструкция данных кабелей строго регламентирована национальными и международными стандартами, такими как ГОСТ 31996-2012 (и его актуальные редакции), МЭК 60502-2, что обеспечивает высокую надежность и долговечность.

Детальное описание конструкции

Конструкция бронированного кабеля 20 кВ представляет собой многослойную систему, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим слои от жилы к внешней оболочке.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Жилы могут быть однопроволочными (класс 1 по ГОСТ 22483) для жестких условий прокладки или многопроволочными (классы 2, 3, 4) для повышенной гибкости. Сечение жилы определяется проектной мощностью и варьируется от 25 до 1000 мм² и более. Форма жилы, как правило, секторная или круглая.

2. Экран на жиле (для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, СИП)

Обязательный элемент для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Представляет собой полупроводящий слой в виде ленты или экструдированного покрытия. Его функция — выравнивание электрического поля вокруг жилы, устранение микроскопических воздушных включений и предотвращение частичных разрядов, которые разрушают изоляцию.

3. Изоляция

Основной пластмассовый изоляционный материал, определяющий класс напряжения и термическую стойкость кабеля. Применяются два основных типа:

• Сшитый полиэтилен (XLPE, СИП): Наиболее распространенный материал. Процесс сшивания (вулканизации) молекул полиэтилена придает материалу выдающиеся свойства: рабочая температура до 90°C (кратковременно до 250°C), высокая стойкость к тепловому старению, отличные диэлектрические и механические характеристики.
• Поливинилхлорид (ПВХ, PVC): Применяется реже для данного класса напряжения, но используется. Имеет более низкую рабочую температуру (70°C), но хорошую устойчивость к огню и химическим воздействиям.

4. Экран на изоляции

Также выполняется из полупроводящего материала. Вместе с экраном на жиле образует коаксиальную систему, которая ограничивает электрическое поле внутри изоляции. Поверх полупроводящего слоя накладывается медная или алюминиевая лента (или проволоки), которая служит для проведения токов утечки и, главное, токов короткого замыкания.

5. Поясная изоляция

Лента или оболочка, накладываемая поверх экрана, для защиты его от повреждения при последующих технологических операциях (бронировании).

6. Броня

Защитный механический слой. Существует два основных типа:

• Броня из стальных оцинкованных лент (Бл): Две ленты, наложенные спирально с перекрытием. Обеспечивает защиту от механических воздействий (давление грунта, случайные удары) и от грызунов. Не предназначена для восприятия значительных растягивающих усилий.
• Броня из стальных оцинкованных проволок (Бп): Проволоки, наложенные поверх подушки. Обеспечивает защиту от растягивающих усилий (прокладка по мостам, эстакадам, в вертикальных шахтах с большим перепадом высот).

7. Наружная оболочка

Изготавливается из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ) или полиэтилена (2ПЭ/ПЭ). Защищает броню от коррозии и агрессивных воздействий внешней среды. Цвет оболочки, как правило, черный. Для кабелей с броней из проволок может применяться оболочка повышенной стойкости.

Маркировка и типы кабелей

Согласно ГОСТ 31996-2012, кабели имеют буквенно-цифровую маркировку. Пример для кабеля 20 кВ:
АПвБбШп 1х240/35-20, где:

• А — материал жилы (алюминий). Отсутствие буквы — медь.
• Пв — изоляция из сшитого полиэтилена (Пв — по ГОСТ, часто встречается обозначение ПвП — вулканизированный полиэтилен).
• Б — броня из стальных лент.
• б — без подушки (в современной конструкции подушка под броней часто отсутствует, ее функции выполняет поясная изоляция).
• Шп — защитный шланг (оболочка) из полиэтилена.
• 1х240/35 — количество и сечение основной жилы (1 жила сечением 240 мм²) и сечение экрана (35 мм²).
• 20 — номинальное напряжение, кВ.

Другие распространенные марки: ПвБбШв (с ПВХ оболочкой), ПвПг (броня из проволок с герметизацией), АПвПг.

Технические характеристики и условия эксплуатации

Основные технические параметры кабелей 20 кВ с изоляцией XLPE

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение U0/U (Um)	12/20 (24) кВ
Максимальная рабочая температура жилы	+90°C
Допустимая температура при КЗ (макс. 5 сек)	+250°C
Минимальная температура прокладки (без предварительного подогрева)	-20°C
Минимальный радиус изгиба при прокладке	15-20 наружных диаметров кабеля (зависит от конструкции)
Срок службы	Не менее 30 лет
Испытательное переменное напряжение промышленной частоты после прокладки	30 кВ (2U0) в течение 5 мин.
Испытательное постоянное напряжение (для приемо-сдаточных испытаний на заводе)	52 кВ (4U0) в течение 15 мин.

Области применения и способы прокладки

Бронированные кабели 20 кВ применяются для создания надежных и защищенных линий электропередачи. Основные способы прокладки:

• Прокладка в земле (траншеях): Наиболее частый способ. Кабель укладывается на подготовленную подушку из песка, защищается сигнальной лентой или плитами, засыпается мягким грунтом. Броня защищает от давления грунта и механических повреждений при земляных работах.
• Прокладка в кабельных каналах, блоках, тоннелях и коллекторах: Броня обеспечивает стойкость к возможным смещениям конструкций, вибрациям, а также защищает от грызунов.
• Прокладка по эстакадам, мостам, внутри здаений и сооружений: В этих случаях часто применяется кабель с проволочной броней (Бп), которая воспринимает растягивающие нагрузки и обеспечивает механическую прочность на разрыв.

Кабели без брони (например, АПвПу) применяются для прокладки в кабельных сооружениях, где исключен риск механических повреждений.

Сравнение с кабелями в бумажно-масляной изоляции

Кабели с пластмассовой (XLPE) изоляцией практически полностью вытеснили кабели с бумажно-масляной изоляцией (типа СБ) в новых проектах по следующим причинам:

• Отсутствие необходимости в сложных системах подпитки маслом и постоянном мониторинге давления.
• Более высокая допустимая температура жилы (90°C против 70-80°C).
• Меньший вес и радиус изгиба, что упрощает транспортировку и монтаж.
• Возможность прокладки на трассах с большими перепадами высот без ограничений, связанных с течением масла.
• Экологическая безопасность (отсутствие масла).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кабель АПвБбШв от АПвБбШп?

Отличие заключается в материале наружной оболочки (шланга). АПвБбШв имеет оболочку из поливинилхлорида (ПВХ), которая обладает лучшей стойкостью к распространению горения и малой дымообразованием. АПвБбШп имеет оболочку из полиэтилена, которая обладает более высокими влагозащитными и механическими характеристиками, но горит с плавлением. Выбор зависит от условий прокладки: Шв — для коллекторов, туннелей; Шп — преимущественно для прокладки в земле.

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля 20 кВ?

Выбор сечения осуществляется по току длительно допустимой нагрузки с учетом способа прокладки, температуры окружающей среды, количества работающих кабелей вплотную, а также по условиям срабатывания защиты при коротком замыкании (термическая стойкость) и по потере напряжения. Расчет должен выполнять проектировщик на основании ПУЭ 7-го издания, глава 1.3. Для ориентира: сечение 70-120 мм² часто используется для фидеров РП, 150-240 мм² — для магистральных линий, 300-500 мм² и более — для вводов мощных потребителей.

Нужно ли заземлять экран и броню кабеля 20 кВ?

Да, это обязательное требование безопасности и правильной работы. Медный экран (проволочный или ленточный) должен быть заземлен с двух сторон кабельной линии для обеспечения пути тока короткого замыкания и снятия потенциала. Броня также подлежит заземлению. На практике часто экран и броня соединяются и заземляются вместе. В схемах с односторонним заземлением экрана (например, для уменьшения токов в оболочке на длинных линиях) применяются специальные решения (установка защитных аппаратов, поперечные связи), требующие детального расчета.

Каковы особенности монтажа и оконцевания кабелей 20 кВ с изоляцией XLPE?

Монтаж требует высокой квалификации персонала. Ключевые этапы:

• Радиометрический контроль изоляции перед монтажом.
• Соблюдение минимального радиуса изгиба.
• Термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты (соединительные, концевые) должны соответствовать классу напряжения 20 кВ и типу кабеля. Особое внимание уделяется восстановлению экрана и изоляции.
• Обязательная фазировка линии после монтажа.
• Проведение высоковольтных испытаний повышенным напряжением постоянного или выпрямленного тока после прокладки и монтажа муфт.

Что означает маркировка «U₀/U (U_m) = 12/20 (24) кВ»?

Это стандартное обозначение номинального напряжения для кабелей среднего класса:

• U₀ (12 кВ) — номинальное напряжение между жилой и землей (экраном/броней).
• U (20 кВ) — номинальное междуфазное напряжение сети, в которой работает кабель.
• U_m (24 кВ) — максимальное рабочее междуфазное напряжение, которое может действовать в сети в нормальных условиях в течение неограниченного времени.

Таким образом, кабель рассчитан для работы в сети 20 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью.

Какой срок службы у такого кабеля и от чего он зависит?

Заявленный срок службы составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации зависит от:

• Соблюдения условий прокладки и монтажа (особенно качества муфт).
• Режима работы (непревышение токовых нагрузок, отсутствие частых перегрузок).
• Корректности работы релейной защиты, отключающей поврежденные участки.
• Внешних условий (коррозионная активность грунта, вибрации, блуждающие токи).
• Качества проведенных приемо-сдаточных и эксплуатационных испытаний.

Регулярный мониторинг частичных разрядов и диагностика состояния изоляции позволяют прогнозировать и продлевать ресурс кабельной линии.