Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена ПвБП2г 20 кВ: полный технический анализ
Кабель ПвБП2г на напряжение 20 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), бронированный стальными лентами, с медными жилами. Данный тип кабеля предназначен для стационарной прокладки в электрических сетях на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его конструкция и материалы обеспечивают высокую надежность, длительный срок службы и возможность эксплуатации в широком диапазоне условий, включая прокладку в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, в кабельных каналах, туннелях и шахтах, при условии отсутствия значительных растягивающих усилий.
Расшифровка маркировки ПвБП2г
- П – Изоляция из силанольносшитого полиэтилена.
- в – Оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката.
- Б – Броня из двух стальных оцинкованных лент.
- П – Наружная защитная оболочка (покров) из ПВХ пластиката поверх брони.
- 2г – Модификация, указывающая на герметизацию токопроводящей жилы и экрана: «2» – алюмополимерная лента, «г» – продольная герметизация водоблокирующими лентами и заполнение промежутков гидрофобным составом. Ключевая особенность, обеспечивающая стойкость к продольному распространению влаги.
- 20 кВ – Номинальное напряжение 20 000 Вольт.
- Полупроводящая лента или экструдированный полупроводящий слой, наложенный непосредственно на изоляцию.
- Медные экранирующие проволоки (проволочный экран). Накладываются поверх полупроводящего слоя. Представляют собой медные проволоки малого сечения, спирально наложенные с заданным шагом. Их функция – создание равного потенциала по всей поверхности изоляции, отвод емкостных токов и обеспечение безопасного заземления. В некоторых конструкциях может применяться медная лента, наложенная продольно или спирально.
- Точные значения токовых нагрузок зависят от конкретных условий прокладки: температуры грунта, его теплового сопротивления, глубины заложения, количества работающих кабелей вплотную. Расчет ведется по ПУЭ 7 изд., глава 1.3.
- Основные и распределительные сети напряжением 10(20) кВ.
- Питание мощных потребителей: трансформаторные подстанции, крупные промышленные предприятия, насосные и компрессорные станции.
- Устройство вводов в здания и сооружения.
- Прокладка на трассах с повышенными требованиями к надежности и долговечности, где недопустимы утечки масла (в отличие от маслонаполненных кабелей).
- Участки трасс с сложным рельефом и значительными перепадами высот.
- Высокие электрические характеристики: низкие диэлектрические потери, высокая стойкость к тепловым перегрузкам.
- Отсутствие масла: Пожаро- и экологическая безопасность, возможность прокладки на вертикальных участках без ограничений.
- Высокая стойкость к влаге: Благодаря конструкции «2г» кабель устойчив к продольному распространению влаги, что повышает надежность при повреждении оболочки.
- Механическая защита: Наличие стальной брони позволяет прокладывать кабель в земле без дополнительных защитных труб (при соблюдении условий ПУЭ).
- Большая допустимая длина участка: Из-за низких потерь и отсутствия необходимости в компенсации давления длина кабельной линии может быть значительно больше, чем у маслонаполненных кабелей.
- Простой монтаж и обслуживание: Более легкий вес по сравнению с бронированными кабелями с бумажной изоляцией, удобство разделки и монтажа муфт.
- Чувствительность к точечным механическим повреждениям изоляции: При монтаже необходимо исключить риск задиров, вмятин. Требуется аккуратная работа.
- Чувствительность к частичным разрядам: Качество монтажа соединительных и концевых муфт должно быть безупречным, так как внутренние микроскопические полости в зоне изоляции могут привести к развитию частичных разрядов и последующему пробою.
- Более высокая стоимость по сравнению с кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (ААБл), но часто более низкая стоимость жизненного цикла.
- Требовательность к качеству заземления экрана: Необходимо обеспечить надежное и, как правило, двустороннее заземление медного экрана.
- По допустимому длительному току нагрузки: Расчетный максимальный ток линии должен быть меньше допустимого тока для выбранного сечения с учетом условий прокладки (температура грунта/воздуха, количество кабелей вплотную, тепловое сопротивление среды).
- По экономической плотности тока: Для линий с большим числом часов использования максимума нагрузки (обычно от 3000 ч/год и выше) сечение выбирается так, чтобы приведенные затраты были минимальными (учитываются потери электроэнергии).
- По термической стойкости к токам короткого замыкания: Проверяется, что выбранное сечение выдержит расчетный ток КЗ за время его отключения защитой без нагрева выше 250°C для СПЭ.
- Дополнительно: Проверка по потере напряжения (для протяженных линий).
Конструкция кабеля ПвБП2г 20 кВ
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее от центра к периферии.
1. Токопроводящая жила
Изготавливается из медной проволоки (материал – медь по ГОСТ 22483). Жила может быть однопроволочной (секторной или круглой) для сечений до 240 мм² включительно, либо многопроволочной (круглой) для всех сечений. Класс гибкости – 1 или 2. Медь обеспечивает высокую электропроводность, стойкость к окислению и надежность контактных соединений.
2. Экранирующий слой по жиле (экран жилы)
Поверх жилы накладывается экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен. Его назначение – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений на границе между жилой и основной изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов.
3. Основная изоляция
Выполняется из сшитого полиэтилена (СПЭ) методом экструзии. Толщина изоляции нормируется в зависимости от номинального напряжения (например, для 20 кВ типичная толщина составляет 8,0-9,0 мм). СПЭ, полученный по технологии сшивания, обладает превосходными диэлектрическими и термомеханическими свойствами по сравнению с ПВХ или бумажно-масляной изоляцией: высокая допустимая температура длительной эксплуатации (до 90°C), стойкость к токам короткого замыкания (до 250°C), низкие диэлектрические потери.
4. Экранирующий слой по изоляции (экран изоляции)
Состоит из двух элементов:
5. Разделительный слой и герметизация (индекс «2г»)
Поверх экрана накладывается слой алюмополимерной ленты (АПЛ), которая служит барьером для проникновения влаги в продольном направлении. Далее применяются водоблокирующие ленты или нити, пропитанные гидрофобным гелем. При контакте с влагой они разбухают, герметично закупоривая любые полости в кабеле. Это критически важный элемент для кабелей, прокладываемых в грунте.
6. Поясная изоляция
Выполняется из ПВХ или полиэтилентерефталатной ленты. Служит для скрепления сердечника и защиты его от повреждения при наложении брони.
7. Броня
Выполнена из двух стальных оцинкованных лент, наложенных с перекрытием. Толщина лент нормируется в зависимости от диаметра кабеля. Назначение брони – защита кабеля от механических повреждений (удары, сдавливание грунтом, грызуны) при прокладке в земле без дополнительных защитных конструкций.
8. Наружная оболочка
Экструдируется из ПВХ пластиката поверх брони. Выполняет функции защиты брони от коррозии, объединения конструкции в единое целое и дополнительной изоляции. Имеет цветовую маркировку (обычно черный) и нанесенную несмываемую маркировку с указанием типа кабеля, сечения, напряжения, производителя и метража.
Основные технические характеристики и условия эксплуатации
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 12/20 кВ (24 кВ) |
| Система измерения напряжения | U0 – напряжение между жилой и землей (12 кВ), U – междуфазное напряжение (20 кВ), Um – максимальное длительно допустимое (24 кВ) |
| Частота | 50 Гц |
| Климатическое исполнение | УХЛ, категории размещения 1-5 по ГОСТ 15150 (для эксплуатации от -50°C до +50°C, при прокладке без предварительного подогрева до -15°C) |
| Допустимая температура нагрева жил: | |
| – при длительной эксплуатации | +90°C |
| – при коротком замыкании (не более 5 сек) | +250°C |
| – при перегрузке | +130°C |
| Минимальный радиус изгиба при прокладке | Не менее 15 наружных диаметров кабеля для одножильных и 12 для многожильных кабелей |
| Срок службы | Не менее 30 лет |
| Способ прокладки | В земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам. Прокладка в воздухе возможна, но требует оценки УФ-стойкости оболочки. |
| Сечение жилы, мм² | Наружный диаметр, мм (приблизительно) | Масса 1 км, кг (приблизительно) | Сопротивление жилы при 20°C, Ом/км, не более | Допустимый длительный ток нагрузки (в земле), А* |
|---|---|---|---|---|
| 50 | 45-50 | 3500-4000 | 0.387 | 215-230 |
| 95 | 55-60 | 5000-5500 | 0.193 | 310-330 |
| 150 | 60-65 | 6500-7000 | 0.124 | 380-410 |
| 240 | 70-75 | 9000-9500 | 0.0754 | 480-520 |
Области применения
Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами (кабелями ААБл, ЦААБл, ПвПг)
Преимущества ПвБП2г:
Недостатки / Особенности:
Требования к монтажу и эксплуатации
1. Транспортировка и хранение: Барабаны должны перевозиться и храниться в вертикальном положении. Запрещены сбрасывания и удары.
2. Раскатка: Допускается раскатка с неподвижного барабана или с движущегося транспорта. Необходимо контролировать, чтобы радиус изгиба не был меньше минимально допустимого.
3. Прокладка в земле: Глубина траншеи – не менее 0,7 м (0,5 м при прокладке в трубах). Подготовка песчаной подушки (посыпки) и засыпка слоем мягкого грунта без камней обязательны. При пересечении с коммуникациями и дорогами кабель должен быть защищен трубами или блоками.
4. Защита от коррозии: В грунтах с повышенной коррозионной активностью может потребоваться дополнительная катодная защита брони и экрана.
5. Монтаж муфт: Должен производиться квалифицированным персоналом с использованием специального инструмента и материалов, предназначенных именно для СПЭ-кабелей. Обязательна проверка герметичности и отсутствия частичных разрядов после монтажа.
6. Заземление: Броня, экран и металлические элементы муфт подлежат надежному заземлению с двух сторон линии.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем кабель ПвБП2г принципиально отличается от ПвПг?
Основное отличие – наличие брони. Индекс «Б» в маркировке ПвБП2г указывает на бронирование стальными лентами, что обеспечивает механическую защиту. Кабель ПвПг имеет только защитный покров (оболочку) без брони, поэтому для прокладки в земле без дополнительных защитных труб (например, в асбестоцементных или ПНД трубах) не пригоден. ПвПг чаще применяется для прокладки в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах), где риск механических повреждений минимален.
Что означает «сшитый полиэтилен» и почему он лучше бумажной изоляции?
Сшитый полиэтилен (СПЭ, XLPE) – это термореактивный материал, получаемый из термопластичного полиэтилена высокого давления путем «сшивания» его молекулярных цепей в трехмерную сетку под действием химических агентов или радиации. Это придает материалу новые свойства: резко повышается термостойкость (рабочая температура с 70°C у ПВХ до 90°C у СПЭ), стойкость к растрескиванию и текучести под нагрузкой, механическая прочность при высоких температурах. По сравнению с бумажно-масляной изоляцией СПЭ не требует сложной системы поддержания давления масла, экологически безопасен, имеет меньшие диэлектрические потери и позволяет создавать кабели большей длины.
Обязательно ли заземлять экран (медные проволоки) с двух сторон?
Для кабелей на напряжение 6 кВ и выше, согласно действующим нормам (ПУЭ, ГОСТ Р 50571.5.52-2011), рекомендуется или является обязательным двустороннее заземление металлических экранов. Это обеспечивает безопасность персонала (снижает напряжение прикосновения на оболочке), создает путь для токов короткого замыкания и способствует селективности срабатывания релейной защиты. При одностороннем заземлении в нормальном режиме на незаземленном конце может наводиться опасное напряжение, а при повреждении изоляции токи могут найти путь через землю, создавая неконтролируемые магнитные поля и затрудняя работу защиты.
Можно ли использовать кабель ПвБП2г для прокладки в воде?
Конструкция «2г» с герметизацией и броней обеспечивает высокую стойкость к проникновению влаги, но кабель не предназначен для длительной прокладки непосредственно в воде (подводные переходы). Для таких целей существуют специальные кабели с усиленной свинцовой или алюминиевой герметизирующей оболочкой (например, ПвПу2г). ПвБП2г может кратковременно находиться в воде, но постоянная эксплуатация в водной среде не рекомендуется производителем и может привести к преждевременному старению и коррозии брони.
Как определить необходимое сечение жилы для конкретной нагрузки?
Выбор сечения производится по трем основным критериям, указанным в ПУЭ (Глава 1.3):
Расчет должен выполнять квалифицированный инженер-проектировщик.
Каков реальный срок службы такого кабеля?
Заявленный производителями срок службы – не менее 30 лет. Фактический ресурс сильно зависит от условий эксплуатации: стабильности нагрузки, отсутствия частых перегрузок и токов КЗ, коррозионной активности грунта, качества монтажа муфт и концевых заделок. При соблюдении всех норм прокладки и эксплуатации современные кабели с изоляцией из СПЭ могут служить 40 лет и более. Критическим фактором является состояние соединительных муфт, которые требуют периодического контроля (например, тепловизионного обследования).
Комментарии