Кабель ПвКПу 20 кВ

Кабель ПвКПу 20 кВ: полный технический обзор

Кабель ПвКПу 20 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), предназначенный для стационарной прокладки в электрических сетях на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его основное применение – передача и распределение электрической энергии в сетях с изолированной, компенсированной или эффективно заземленной нейтралью. Аббревиатура расшифровывается следующим образом: П – изоляция из сшитого полиэтина, в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката, К – броня из круглых стальных оцинкованных проволок, п – наличие наружного покрова (подушки) под броней, у – кабель предназначен для прокладки в грунте (в траншеях). Конструкция кабеля оптимизирована для работы в условиях агрессивной среды и механических нагрузок.

Конструктивные элементы кабеля ПвКПу 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Понимание устройства каждого слоя критически важно для правильного выбора, монтажа и эксплуатации.

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки, соответствует классу 1 или 2 по ГОСТ 22483. Жила может быть однопроволочной (секторной или круглой) для сечений до 240 мм² включительно, либо многопроволочной (круглой) для больших сечений. Материал и сечение жилы определяют основную токопроводящую способность кабеля.
• Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой): Наносится поверх токопроводящей жилы методом экструзии. Изготавливается из полупроводящего сшитого полиэтина. Его ключевая задача – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений на границе жила-изоляция, что предотвращает возникновение частичных разрядов – основной причины старения изоляции.
• Изоляция: Выполняется из сшитого полиэтина (XLPE). Процесс сшивания (вулканизации) молекул полиэтина под высоким давлением и температурой придает материалу выдающиеся свойства: высокую температурную стойкость (допустимая температура длительной нагрузки +90°C), отличные диэлектрические характеристики, механическую прочность и стойкость к трекингу. Номинальная толщина изоляции для напряжения 20 кВ стандартизирована.
• Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой): Также выполняется из полупроводящего СПЭ. Вместе с экраном по жиле формирует цилиндрический конденсатор, внутри которого заключено однородное радиальное электрическое поле. Этот слой является обязательным элементом конструкции кабелей на напряжение 6 кВ и выше.
• Поясная изоляция: Накладывается в виде лент поверх экрана по изоляции. Служит для выравнивания поверхности и механической защиты экрана.
• Медная экранирующая оплетка (дренажная жила): Представляет собой сплетенные медные проволоки (или наложенную медную ленту), наложенные поверх поясной изоляции. Функции: замыкание цепи тока утечки в случае повреждения основной изоляции, защита от электромагнитных помех, обеспечение симметрии электрического поля, а также использование в системах мониторинга состояния кабеля (например, для систем частичного разряда).
• Подушка (подброневое покрытие): Выполняется из битума, крепированной бумаги или полимерных материалов (ПВХ, полиэтилен). Наносится поверх экрана. Защищает металлическую броню от коррозии и предотвращает ее механическое воздействие на внутренние элементы кабеля.
• Броня: Выполняется из оцинкованных стальных проволок круглого сечения, наложенных поверх подушки. Основное назначение – защита кабеля от механических повреждений (удары, сдавливание, растяжение) при прокладке в грунте и в процессе эксплуатации. Наличие брони делает кабель негибким.
• Наружный защитный шланг (оболочка): Изготавливается из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). Защищает броню от коррозии и агрессивного воздействия окружающей среды (почва, грунтовые воды). Имеет стандартную расцветку (обычно черный) и наносится с маркировкой, содержащей данные о производителе, типе кабеля, напряжении, сечении и годе изготовления.

Основные технические характеристики и условия эксплуатации

Кабель ПвКПу 20 кВ должен соответствовать требованиям технических условий ТУ 16.К71-304-2001 и международному стандарту МЭК 60502-2. Его параметры определяют границы безопасной и долговременной работы.

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 20/35 кВ. Где U₀ – номинальное напряжение между жилой и землей (20 кВ), U – номинальное междуфазное напряжение (35 кВ), U_m – максимальное рабочее напряжение (40,5 кВ).
• Климатическое исполнение: УХЛ и Т категории размещения 1-5 по ГОСТ 15150. Это означает возможность эксплуатации в умеренном и холодном макроклимате при температурах окружающей среды от -50°C до +50°C.
• Температура монтажа: Прокладка без предварительного подогрева допускается при температуре не ниже -15°C. При более низких температурах требуется подогрев кабеля.
• Допустимая температура нагрева жил:
  • При длительной работе: +90°C
  • При коротком замыкании (время не более 4 сек): +250°C
  • При перегрузке: +130°C
• Минимальный радиус изгиба: Для одножильных кабелей с броней из круглых проволок – 15 наружных диаметров кабеля. Соблюдение этого параметра при прокладке критически важно для сохранения целостности изоляции и экранов.
• Срок службы: Не менее 30 лет при соблюдении условий транспортировки, хранения, монтажа и эксплуатации.

Таблица 1. Токовые нагрузки для кабеля ПвКПу 20 кВ с алюминиевыми жилами (проложенного в земле)

Примечание: Данные приведены для условий: температура грунта +25°C, глубина прокладки 0.7 м, удельное тепловое сопротивление грунта 1.0 К·м/Вт, допустимая температура жилы +90°C.

Сечение жилы, мм²	Длительно допустимый ток, А (одножильный кабель)	Длительно допустимый ток, А (трехжильный кабель)
50	165	145
70	200	180
95	240	220
120	275	250
150	310	285
185	350	325
240	405	375
300	455	430

Область применения и особенности прокладки

Кабель ПвКПу 20 кВ предназначен в первую очередь для прокладки в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, включая участки с повышенной механической опасностью (например, в местах возможных раскопок). Благодаря броне он не требует дополнительных защитных труб или коробов при стандартных условиях. Допускается также прокладка в кабельных каналах, туннелях, шахтах и по эстакадам, в том числе в условиях повышенной влажности. Кабель не распространяет горение при одиночной прокладке. При групповой прокладке необходимо учитывать коэффициенты снижения токовой нагрузки. Особое внимание при монтаже уделяется устройству концевых и соединительных муфт, которые должны обеспечивать герметичность, необходимую электрическую прочность и непрерывность экранирующей цепи.

Сравнение с аналогами и выбор кабеля

При выборе кабеля на 20 кВ ключевыми альтернативами ПвКПу являются кабели марок АПвКПу (с алюминиевой жилой), ПвКШп (с броней из стальных оцинкованных плоских проволок, более гибкий), а также кабели в свинцовой оболочке (типа АСБл). Кабель ПвКПу выигрывает у свинцовых аналогов по массе, гибкости и экологичности. По сравнению с кабелями без брони (например, ПвПу) он обладает несомненно более высокой механической надежностью при прокладке в грунте, но проигрывает в гибкости и стоимости. Выбор между медной и алюминиевой жилой основывается на расчетах токовых нагрузок, стоимости жизненного цикла и требований к монтажу (медь имеет лучшую проводимость и гибкость, но значительно дороже).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие кабеля ПвКПу от ПвКШп на 20 кВ?

Основное отличие заключается в конструкции брони. В ПвКПу броня выполнена из круглых стальных проволок, что обеспечивает высокую стойкость к радиальным сдавливающим нагрузкам, но делает кабель менее гибким. В ПвКШп используется броня из стальных оцинкованных плоских проволок (лент), наложенных в виде спирали. Такая броня лучше защищает от осевых растягивающих усилий и позволяет иметь меньший радиус изгиба (около 10 диаметров). ПвКШп часто применяется на сложных трассах.

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля ПвКПу 20 кВ?

Выбор сечения проводится в три этапа: 1) По длительно допустимому току нагрузки (с учетом условий прокладки и поправочных коэффициентов). 2) По потере напряжения (для протяженных линий). 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания. Итоговое сечение выбирается как максимальное из полученных по трем критериям. Рекомендуется использовать специализированное программное обеспечение для расчетов.

Обязательно ли заземлять экран (броню) кабеля ПвКПу с двух сторон?

Да, это обязательное требование безопасности и нормальной работы. Медный экран и стальная броня должны быть надежно заземлены с обоих концов кабельной линии. Это обеспечивает безопасность персонала при повреждении изоляции (срабатывание защит), а также предотвращает наведение опасных потенциалов на броне. В случае большой длины линии (обычно более 1-2 км) для снижения токов, циркулирующих по экрану, может применяться одноточечное или交叉-заземление с использованием специальных разъединяющих муфт, но такая схема требует детального расчета.

Каковы требования к трассе для прокладки кабеля ПвКПу в земле?

• Глубина прокладки от планировочной отметки: не менее 0.7 м для линий до 20 кВ, и не менее 1.0 м при пересечении дорог и въездов.
• Дно траншеи должно быть выровнено, очищено от камней и мусора. Рекомендуется подсыпка песчаной подушки толщиной 100 мм.
• Расстояние между параллельно проложенными кабелями должно быть не менее 100 мм (для 10-20 кВ) для обеспечения теплоотвода.
• Кабель должен быть защищен сверху механическим покрытием (кирпич, бетонные плиты, сигнальная лента) на всем протяжении.

Можно ли использовать кабель ПвКПу для прокладки в воде?

Нет, кабель ПвКПу не предназначен для прокладки непосредственно в воде (реки, озера, морские акватории). Его наружная ПВХ-оболочка и броня не обеспечивают долговременную герметичность в условиях постоянного гидростатического давления. Для подводных переходов применяются специальные кабели с герметичной свинцовой или алюминиевой оболочкой и усиленной антикоррозионной защитой.

Заключение

Кабель ПвКПу 20 кВ является современным, надежным и универсальным решением для создания кабельных линий распределительных сетей среднего класса напряжения, предназначенных для прокладки в грунте. Его конструкция, основанная на изоляции из сшитого полиэтина и защищенная стальной броней, обеспечивает длительный срок службы, высокую пропускную способность и стойкость к сложным условиям эксплуатации. Грамотный выбор сечения, соблюдение нормативов прокладки и монтажа аксессуаров, а также правильное заземление экранирующих элементов являются обязательными условиями для безопасной и бесперебойной работы энергоустановки.