Кабели алюминиевые силовые 3 кВ с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые алюминиевые на напряжение 3 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение, стандарты

Кабели силовые алюминиевые на напряжение 3 кВ с пластмассовой изоляцией представляют собой ключевой элемент в системах распределения электроэнергии среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 3000 В частотой 50 Гц. Основное преимущество данной категории кабелей — оптимальное сочетание стоимости, массы и эксплуатационных характеристик, достигаемое за счет применения алюминиевой токопроводящей жилы и полимерной изоляции.

Конструктивные элементы кабеля

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию, обеспечивая надежность и долговечность изделия в течение всего срока службы.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия марки АЕ (алюминий электротехнический) по ГОСТ 22483. Жила может быть однопроволочной (монолитной) для сечений до 240 мм² включительно или многопроволочной (скрученной из отдельных проволок). Многопроволочные жилы обеспечивают большую гибкость кабеля. Класс гибкости жилы — 1 или 2 по ГОСТ 22483.

2. Изоляция

Изоляция жилы выполняется из сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE) или поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката. В современных кабелях на 3 кВ предпочтение отдается сшитому полиэтилену благодаря его превосходным электротехническим и термомеханическим свойствам:

• Повышенная допустимая температура длительной работы: +90°C против +70°C у ПВХ.
• Высокая стойкость к тепловым перегрузкам и коротким замыканиям (до +250°C).
• Отличные диэлектрические характеристики и низкие диэлектрические потери.
• Стойкость к влаге и термостабильность.

Толщина изоляции нормируется стандартами (например, ГОСТ 16442-80) и зависит от номинального напряжения и сечения жилы.

3. Экранирование

Кабели на 3 кВ являются экранированными. Это обязательное требование для кабелей среднего напряжения для обеспечения равномерного распределения электрического поля и безопасности.

• Экран по изоляции (полупроводящий): Выполняется из полупроводящего сшитого полиэтилена или накладывается в виде полупроводящей ленты. Выравнивает электрическое поле вокруг изолированной жилы, устраняя локальные перенапряжения.
• Металлический экран: Располагается поверх полупроводящего экрана. Выполняет две основные функции: защитную (замыкает на себя токи утечки и обеспечивает безопасность при касании) и роль нулевой жилы в режиме однофазного короткого замыкания. Может быть выполнен в виде медной или алюминиевой фольги с продольно наложенной медной лентой (дренажной жилой) или в виде оплетки из медных проволок.

4. Поясная изоляция и оболочка

Поверх металлического экрана накладывается поясная изоляция, обычно из ПВХ или полиэтилена, которая защищает экран от коррозии и механических повреждений. Внешняя оболочка кабеля изготавливается из ПВХ пластиката, полиэтилена или самозатухающего полиэтилена. Она обеспечивает защиту от агрессивных воздействий окружающей среды, механических повреждений, влаги и ультрафиолета. Цвет оболочки, как правило, черный.

Основные марки кабелей и их расшифровка

Маркировка кабелей осуществляется в соответствии с единой системой обозначений. Для кабелей на 3 кВ распространены следующие марки:

• АПвВнг(А)-3кВ: А – алюминиевая жила, Пв – изоляция из сшитого полиэтилена, В – оболочка из ПВХ, нг(А) – нераспространяющий горение по категории А, 3 кВ – номинальное напряжение.
• АПвПнг(А)-3кВ: П – броня из стальных оцинкованных лент, наложенных поверх оболочки. Буква «П» после обозначения изоляции указывает на наличие брони.
• АВВГ-3кВ: Устаревшая, но встречающаяся марка. А – алюминиевая жила, В – изоляция из ПВХ, В – оболочка из ПВХ, Г – голый (без брони).

Области применения и способы прокладки

Кабели данного типа предназначены для эксплуатации в электрических сетях с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор. Они применяются:

• Для питания мощных электроприемников на промышленных предприятиях (насосы, вентиляторы, компрессоры).
• В распределительных сетях городской и сельской инфраструктуры.
• Для электроснабжения объектов ЖКХ, торговых и офисных центров.
• На объектах генерации (внутристанционная кабельная сеть).

Способы прокладки: в кабельных каналах, туннелях, лотках, коробах, по эстакадам, в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений (бронированные марки или прокладка в трубах). Небронированные кабели не предназначены для прокладки в земле без дополнительной защиты.

Технические характеристики и выбор сечения

Ключевые параметры для выбора и эксплуатации кабеля:

• Номинальное напряжение U₀/U (Um): Для кабелей на 3 кВ это 1.8/3 (3.6) кВ, где U₀ – напряжение между жилой и землей, U – междуфазное напряжение, U_m – максимальное длительно допустимое.
• Допустимый длительный ток нагрузки: Зависит от сечения жилы, материала изоляции, способа прокладки и условий охлаждения.

Таблица 1. Примерные значения длительно допустимых токов для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), проложенных в земле (однокабельная прокладка, температура грунта +20°C)

Сечение жилы, мм²	Допустимый ток, А
16	105
25	135
50	205
120	360
240	540

• Сопротивление жилы: Активное сопротивление постоянному току нормируется при температуре +20°C.
• Ток короткого замыкания: Рассчитывается по сечению жилы с учетом времени отключения КЗ. Для алюминиевых жил допустимая температура при КЗ составляет +200°C (для ПВХ) и +250°C (для СПЭ).

Выбор сечения осуществляется по следующим критериям в порядке проверки: 1) По допустимому длительному току нагрузки; 2) По потере напряжения; 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания; 4) По экономической плотности тока (для проектов с большим количеством кабелей).

Стандарты и нормативная база

Производство и применение кабелей в РФ регламентируется:

• ГОСТ 31996-2012 (IEC 60502-1:2009) «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ». Основополагающий стандарт.
• ГОСТ 31565-2012 (IEC 60332) на требования пожарной безопасности.
• Правилами устройства электроустановок (ПУЭ, главы 2.3 и 2.1).
• Строительными нормами и правилами (СНиП) на проектирование кабельных линий.

Особенности монтажа и соединения

Работа с алюминиевыми жилами требует учета физических свойств материала:

• Окисление: На поверхности алюминия быстро образуется тугоплавкая окисная пленка с высоким сопротивлением. Перед соединением или оконцеванием ее необходимо удалить специальной пастой и защитить контактную поверхность кварцевазелиновой пастой или иным ингибитором окисления.
• Ползучесть (холодная текучесть): Алюминий под давлением склонен к «вытеканию» из-под контактного давления. Требуется применение специальных наконечников с контрольным окном для опрессовки и динамометрического инструмента для болтовых соединений с регулярным подтягиванием.
• Гальваническая пара: Прямое соединение алюминия с медью недопустимо. Необходимо использовать биметаллические (алюмомедные) наконечники или переходные пластины.

Для монтажа применяются кабельные муфты (соединительные, концевые) на 3 кВ, соответствующие материалу изоляции кабеля (СПЭ или ПВХ).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие кабеля с изоляцией из СПЭ от кабеля с ПВХ изоляцией на 3 кВ?

Ключевые отличия: более высокая допустимая рабочая температура (+90°C против +70°C), значительно лучшая стойкость к тепловым перегрузкам и токам КЗ, меньшие диэлектрические потери, большая стойкость к влаге. СПЭ-кабель имеет больший срок службы и допускает большие нагрузки при том же сечении, но стоимость его выше.

Можно ли прокладывать небронированный кабель марки АПвВнг в земле?

Нет, напрямую в земле прокладывать небронированные кабели без дополнительной механической защиты (например, в полиэтиленовых или ПВХ трубах) не рекомендуется и часто прямо запрещено ПУЭ. Для прокладки в траншеях следует применять бронированные кабели (марки АПвПнг, АПвБбШп) или обеспечивать защиту от механических повреждений.

Как правильно выбрать сечение алюминиевого кабеля на 3 кВ для двигателя 1600 кВт?

Расчет ведется в несколько этапов: 1) Определение номинального тока двигателя с учетом КПД и cos φ. 2) Выбор сечения по таблице допустимых токов для конкретных условий прокладки (в земле, в воздухе) с запасом. 3) Проверка по потере напряжения (не более 5% при нормальном режиме). 4) Проверка на термическую стойкость по току КЗ защищаемого участка. Для такой мощности ориентировочно может потребоваться сечение 185-240 мм², но точный расчет должен выполнять проектировщик.

Требуется ли заземление металлического экрана кабеля на 3 кВ?

Да, и это критически важно. Металлический экран должен быть заземлен с обеих сторон кабельной линии. Это обеспечивает безопасность персонала (снижает напряжение прикосновения на оболочке), создает путь для токов утечки и, главное, для тока однофазного короткого замыкания, что необходимо для корректной работы релейной защиты.

Каков типичный срок службы такого кабеля?

Номинальный срок службы кабелей с пластмассовой изоляцией, заявленный в ГОСТ 31996-2012, составляет 30 лет. Фактический срок эксплуатации может превышать этот показатель при соблюдении условий прокладки, монтажа и эксплуатационных нагрузок. Для кабелей с изоляцией из СПЭ реальный срок может достигать 40-50 лет.

Почему алюминий до сих пор применяется, несмотря на распространение медных кабелей?

Алюминиевые кабели сохраняют свою нишу благодаря существенно более низкой стоимости (в пересчете на единицу длины и единицу передаваемой мощности) и меньшему весу (примерно в 3 раза легче меди при том же сопротивлении). Для стационарных прокладок, где не требуется высокая гибкость, а стоимость проекта является критическим фактором, алюминиевые кабели остаются экономически оптимальным решением.