Кабели 4 жилы сечением 50

Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6, 10, 20 и 35 кВ. Конструкция и применение

Силовой кабель с четырьмя жилами сечением 50 мм² является стандартизированным и широко востребованным изделием в электрических сетях среднего напряжения. Его основное назначение – передача и распределение электрической энергии в трехфазных сетях переменного тока с изолированной или эффективно заземленной нейтралью. Номинальное напряжение таких кабелей, как правило, составляет 6, 10, 20 или 35 кВ. Четвертая жила выполняет функцию нулевой рабочей (N) или защитного (PE) проводника, в зависимости от требований системы заземления (TN-C, TN-S, TN-C-S).

Конструктивные особенности кабеля 4х50 мм²

Конструкция современного кабеля на среднее напряжение является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим типичную конструкцию кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE).

1. Токопроводящая жила

Жила сечением 50 мм² изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Медные жилы обладают более высокой проводимостью, механической прочностью и стойкостью к окислению, но имеют большую стоимость. Алюминиевые – легче и дешевле, но требуют большего сечения для той же токовой нагрузки и склонны к ползучести в контактных соединениях.

• Материал: Медь (Cu) или Алюминий (Al).
• Класс гибкости: Для стационарной прокладки обычно используется класс 1 или 2 (однопроволочная или многопроволочная).
• Форма: Жилы выполняются секторной или сегментной формы для компактности общего диаметра кабеля.
• Цветовая маркировка изоляции жил: Для идентификации применяется цветная полоса или сплошная окраска: A (L1) – желтый, B (L2) – зеленый, C (L3) – красный, нулевая/защитная (N/PE) – синий или желто-зеленый.

2. Внутренний полупроводящий экран

Наносится поверх токопроводящей жилы экструзионным способом. Представляет собой слой из полимерной композиции, содержащей сажу. Его функция – выравнивание электрического поля и предотвращение возникновения микроразрядов на границе между жилой и изоляцией.

3. Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE)

Основной диэлектрический барьер. Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу высокие температурные характеристики: длительно допустимая температура жилы +90°C, кратковременно до +250°C при КЗ. Толщина изоляции нормируется стандартами (например, ГОСТ Р 53769-2010 или МЭК 60502-2) и зависит от номинального напряжения.

4. Внешний полупроводящий экран

Аналогичен внутреннему, наносится поверх изоляции. Вместе с внутренним экраном создает идеально коаксиальную конструкцию, ограничивая электрическое поле внутри изоляционного слоя.

5. Поясная изоляция

Лента из медной или алюминиевой фольги или экструдированный слой, накладываемый поверх скрученных изолированных жил. Обеспечивает равномерность электрического поля вокруг каждой жилы в многожильном кабеле.

6. Нулевая жила

Четвертая жила, равного или несколько меньшего (по нормам) сечения (в данном случае 50 мм²), с аналогичной конструкцией. В системах TN-S выполняет функцию отдельного нулевого рабочего (N) и защитного (PE) проводника. В кабелях для сетей с изолированной нейтралью может использоваться в качестве резервной.

7. Экран (металлическая оболочка)

Обязательный элемент для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, гофрированной металлической оболочки или оплетки из медных проволок. Функции:

• Защита от внешних электромагнитных помех.
• Создание пути для тока короткого замыкания.
• Симметрирование электрического поля, замыкая силовые линии.
• Уравнивание потенциалов, обеспечение безопасности.

8. Защитный покров (броня)

Применяется при прокладке в земле (траншеях), в условиях риска механических повреждений. Выполняется из стальных оцинкованных лент (броня типа Бл) или гофрированной стальной ленты. Под броней и поверх нее накладываются защитные подушки из битума, ПВХ-пластиката или полимерных лент для защиты от коррозии и повреждения внутренних слоев.

9. Наружная оболочка

Внешний защитный слой из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (PE) или безгалогеновых материалов (LS). Обеспечивает защиту от влаги, агрессивных сред, ультрафиолета и механических воздействий. Имеет стандартную расцветку, обычно черный.

Основные технические характеристики и параметры

Таблица 1. Длительно допустимые токи нагрузки для кабеля 4х50 мм² (ориентировочно)

Примечание: Точные значения зависят от конкретных условий прокладки, марки кабеля и стандарта. Данные приведены для кабеля с изоляцией из XLPE, проложенного в земле (однокабельно, глубина 0.7 м, температура земли +15°C) и в воздухе (температура воздуха +25°C).

Условия прокладки	Медь, А	Алюминий, А
В земле (грунт)	170 — 190	130 — 150
В воздухе (на трассе)	155 — 175	120 — 135

Таблица 2. Активное и индуктивное сопротивление жил (при +90°C)

Материал жилы	Сопротивление постоянному току, Ом/км (не более)	Индуктивное сопротивление, Ом/км (приблизительно)
Медь	0.387	0.11 — 0.13
Алюминий	0.641	0.11 — 0.13

Таблица 3. Токи короткого замыкания (длительность 1 сек)

Материал жилы	Ток термической стойкости, кА
Медь	7.5 — 8.5
Алюминий	5.0 — 6.0

Области применения кабеля 4х50 мм²

• Распределительные сети 6-35 кВ: Питание трансформаторных подстанций, распределительных пунктов (РП), центров питания (ЦП) в городах и на промышленных предприятиях.
• Промышленные объекты: Питание мощных электродвигателей, печей, технологических линий.
• Инфраструктурные объекты: Прокладка в тоннелях, коллекторах, по мостам для электроснабжения аэропортов, вокзалов, стадионов.
• Объекты генерации: Сборные шины и вспомогательные цепи в пределах электростанций.
• Сельское хозяйство: Питание крупных животноводческих комплексов и перерабатывающих предприятий.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабелей среднего напряжения требует квалификации персонала и соблюдения строгих правил.

• Радиус изгиба: Нормируется стандартами. Для кабелей с XLPE и многопроволочными жилами минимальный радиус изгиба обычно составляет 15-20 наружных диаметров кабеля.
• Термообработка: При низких температурах (ниже 0°C для ПВХ и -20°C для PE) перед прокладкой кабель необходимо выдержать в теплом помещении или прогревать трансформаторами тока. Запрещено изгибать непрогретый кабель.
• Концевые заделки и соединительные муфты: Требуется применение специальных муфт (концевых и соединительных), обеспечивающих герметичность, сохранение электрической прочности и правильное распределение напряжения. Монтаж должен производиться в условиях чистоты для исключения загрязнения полупроводящих слоев и изоляции.
• Прокладка в земле: Требуется песчаная подушка толщиной не менее 100 мм, защита кирпичом или сигнальной лентой от механических повреждений. Глубина прокладки – не менее 0.7 м до верха кабеля.
• Испытания после монтажа: Обязательным этапом является проведение высоковольтных испытаний выпрямленным напряжением (постоянным током) или переменным напряжением очень низкой частоты (VLF). Например, для кабеля 10 кВ испытательное напряжение постоянным током составляет 42 кВ в течение 15 минут.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем ключевое отличие кабеля 4х50 мм² от 5х50 мм²?

Кабель 5х50 мм² содержит пятую жилу меньшего сечения (обычно 16, 25 или 35 мм²), которая выполняет функцию защитного заземления (PE) в системах TN-S. В кабеле 4х50 мм² функции нулевого рабочего (N) и защитного (PE) проводника объединены в одной жиле (PEN-проводник) для систем TN-C или жила используется только как N в системах TN-S, где заземление осуществляется отдельным контуром.

2. Как правильно выбрать между медным и алюминиевым кабелем?

Выбор основан на технико-экономическом расчете. Медь предпочтительна при:

• Ограничениях по габаритам и весу (выше токовая плотность).
• Повышенных требованиях к механической надежности и гибкости.
• Агрессивной среде (окисление алюминия более критично).
• Частых перегрузках или циклических нагрузках.

Алюминий выбирают при:

• Жестком ограничении бюджета.
• Стационарной прокладке без частых изгибов.
• Отсутствии проблем с увеличенным диаметром жил.

3. Какие существуют методы контроля состояния изоляции такого кабеля в процессе эксплуатации?

Применяются следующие методы диагностики:

• Измерение сопротивления изоляции мегаомметром (2.5 или 5 кВ). Базовый метод, оценивает общее состояние утечек.
• Испытание повышенным выпрямленным напряжением постоянного тока. Контрольный метод после монтажа и ремонта.
• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ). Позволяет оценить старение и увлажнение изоляции по всей длине.
• Частичный разряд (ЧР/PD) диагностика. Наиболее информативный метод для выявления локальных дефектов в изоляции, экранах и муфтах.
• Тепловизионный контроль. Выявляет точки перегрева на контактах и в муфтах.

4. Можно ли использовать кабель 4х50 мм² для прокладки в воде?

Да, но только при условии, что кабель имеет соответствующую конструкцию. Для прокладки в воде (по дну водоемов, через реки) применяются специальные кабели с гидрофобным заполнением (заполнение жил и пространства под оболочкой водоотталкивающим гелем) или с металлической герметичной оболочкой (свинцовой или алюминиевой), которая поверх брони покрыта водонепроницаемой защитой. Стандартный кабель с ПВХ оболочкой и броней из стальных лент для постоянной прокладки в воде не предназначен.

5. Как определяется необходимость применения бронированного исполнения?

Бронирование (типы Бл, Бн, Бв) обязательно при:

• Прокладке в земле (траншеях) без защиты трубами.
• Прокладке в зонах с риском механических повреждений (стройплощадки, пересечения с дорогами).
• Бестраншейной прокладке методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ).
• Вертикальных участках шахт, колодцев с натяжением.

Для прокладки в кабельных лотках, тоннелях, по стенам зданий, как правило, достаточно небронированного кабеля с наружной оболочкой из ПВХ.

6. Каковы особенности монтажа концевых муфт на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена?

Ключевые этапы и особенности:

• Тщательная ступенчатая зачистка изоляции с сохранением внешнего полупроводящего экрана.
• Абсолютно точная фазировка и геометрия установки.
• Использование специального токопроводящего и изолирующего компаунда (геля) или термоусаживаемых элементов для восстановления экрана и изоляции.
• Герметизация места ввода кабеля в муфту для предотвращения проникновения влаги.
• Защита от коронных разрядов: отсутствие острых кромок, плавные переходы потенциала.
• Обязательный контроль чистоты на всех этапах работы.