Кабель 5 кв

Классификация и конструкция кабеля на 5 кВ

Кабели на напряжение 5 кВ (или 6 кВ, так как номинальное напряжение часто указывается как 6/10 кВ для междуфазного и землей/экраном соответственно) относятся к классу кабелей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках.

1. Обозначение и маркировка
Маркировка кабелей осуществляется согласно ГОСТ и международным стандартам (МЭК). Основные российские марки:

• АВВГ- : Алюминиевая жила, ПВХ изоляция, ПВХ оболочка, без защитного покрова (для сухих помещений, кабельных каналов).
• ВВГ- : Медная жила, ПВХ изоляция, ПВХ оболочка, без защитного покрова.
• АПвВГ- : Алюминиевая жила, изоляция из сшитого полиэтина (XLPE), ПВХ оболочка.
• ПвП- : Медная жила, изоляция из сшитого полиэтина (XLPE), полиэтиленовая оболочка.
• АСБ- : Алюминиевая жила, бумажная пропитанная изоляция, свинцовая оболочка, броня из стальных лент, защитный покров. Для прокладки в земле.
• ЦСП- : Медная жила, бумажная пропитанная изоляция, свинцовая оболочка, броня, защитный покров.

Цифры после буквенного обозначения указывают на номинальное напряжение, количество и сечение жил (например, АПвВГ-6 кВ 3х120).

2. Конструктивные элементы

• Токопроводящая жила:
  • Материал: Медь (высокая проводимость, стойкость к окислению, механическая прочность) или Алюминий (меньший вес и стоимость, но требует большего сечения для той же пропускной способности).
  • Класс гибкости: Как правило, жилы однопроволочные (класс 1) или многопроволочные (класс 2) для сечений выше 50-70 мм².
  • Форма: Сегментная или секторная для многожильных кабелей, что позволяет уменьшить общий диаметр.
• Слой экструдированной внутренней полупроводящей экранирующей оболочки:
  • Обязательный элемент для кабелей на 5 кВ и выше.
  • Наносится поверх токопроводящей жилы.
  • Назначение: Выравнивание электрического поля вокруг жилы, устранение микроскопических воздушных включений между жилой и изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов (коронный разряд) – основного фактора старения изоляции.
• Изоляция:
  • Сшитый полиэтилен (XLPE): Наиболее распространенный современный материал. Обладает высокой термостойкостью (допустимая температура длительной эксплуатации до +90°C), отличными диэлектрическими и механическими свойствами, не требует сложной системы подпитки. Не поддерживает горение (при использовании негорючих композиций).
  • Поливинилхлорид (ПВХ): Применяется реже, в основном для кабелей общего назначения в легких условиях. Имеет более низкую термостойкость (до +70°C) и худшие диэлектрические потери.
  • Бумажная пропитанная изоляция: Классический, но устаревающий тип. Требует герметичной оболочки (свинцовой или алюминиевой) для предотвращения высыхания пропитки. Имеет высокую емкость, что ограничивает длину линий. Допустимая температура до +80°C.
• Слой экструдированной внешней полупроводящей экранирующей оболочки:
  • Наносится поверх изоляции.
  • Назначение: Аналогично внутреннему экрану – выравнивание электрического поля. Является потенциальной поверхностью, которая соединяется с землей через экран/броню.
• Экран (заземляющий):
  • Выполняется из медных проволок или медной ленты, наложенной по спирали.
  • Назначение: Замыкание электрического поля на землю, защита от внешних электромагнитных помех, обеспечение симметрии поля в многофазных системах, использование в системах защиты (например, для дифференциальной защиты кабельных линий).
• Поясная изоляция:
  • В многожильных кабелях поверх скрученных изолированных жил накладывается слой из ПВХ или специальной бумажной ленты.
• Оболочка:
  • Защищает все внутренние элементы от влаги, химикатов, механических повреждений.
  • Материалы: ПВХ (универсальный, негорючий), Полиэтилен (высокая стойкость к влаге и химии).
• Броня и защитные покровы:
  • Броня из стальных оцинкованных лент (Б): Защита от механических повреждений, воздействия грызунов.
  • Броня из стальных оцинкованных проволок (К): Защита от растягивающих усилий.
  • Подбурпийный и надбронечный покровы: Битумные пропитки, слои пластмассовых лент для защиты брони от коррозии.

Основные технические характеристики и выбор сечения

1. Электрические параметры

• Номинальное напряжение U₀/U (Um): 3,6/6 кВ (7,2 кВ). Где U₀ – напряжение между жилой и землей/экраном, U – междуфазное напряжение, Um – максимальное рабочее напряжение.
• Испытательное переменное напряжение: 15 кВ в течение 10 минут для кабелей после монтажа.
• Допустимый длительный ток нагрузки: Зависит от сечения жилы, материала, способа прокладки и температуры окружающей среды.

Таблица 1: Примерные допустимые токовые нагрузки для трехжильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE), проложенных в земле (температура грунта +25°C, глубина прокладки 0,7 м, термическое сопротивление грунта 1,0 К·м/Вт)

Сечение жилы, мм²	Медь, А	Алюминий, А
16	150	115
25	190	150
35	230	180
50	275	220
70	330	265
95	390	315
120	445	360
150	505	410
185	570	465
240	655	535

Примечание: При прокладке в воздухе токи могут отличаться. Необходимо руководствоваться ПУЭ и справочными данными производителя.

• Сопротивление изоляции: Нормируется для длины 1 км при температуре +20°C. Для кабелей с пластмассовой изоляцией обычно составляет не менее 100 МОм·км.
• Емкость: Влияет на токи утечки и зарядные токи. Для кабелей с изоляцией из XLPE составляет примерно 0,3-0,5 мкФ/км.

2. Расчет и выбор сечения жилы
Выбор сечения производится по следующим критериям:

1. По допустимому длительному току нагрузки (нагреву): Расчетный ток должен быть меньше или равен допустимому току из таблиц ПУЭ для конкретных условий прокладки.
2. По потере напряжения: Особенно важно для длинных линий. Падение напряжения не должно превышать установленных норм (обычно 5%).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания (КЗ): Сечение должно выдерживать нагрев при прохождении тока КЗ без повреждения изоляции.
4. По экономической плотности тока: Для линий с большим количеством часов использования максимальной нагрузки.

Таблица 2: Поправочные коэффициенты для токовых нагрузок при разных температурах грунта

Температура грунта, °C	15	20	25	30	35	40
Поправочный коэффициент	1,12	1,06	1,00	0,94	0,87	0,79

Области применения и способы прокладки

• Распределительные сети 6-10 кВ: Основное применение – питание районных и городских распределительных подстанций, ответвления к крупным потребителям.
• Питание мощных электродвигателей: Насосные и компрессорные станции, вентиляторные установки, конвейеры на промышленных предприятиях, шахтах, рудниках.
• Объекты инфраструктуры: Аэропорты, вокзалы, метрополитен, больницы.
• Нефтегазовая и химическая промышленность: Используются кабели в специальном исполнении с маслостойкой и химически стойкой оболочкой.

Способы прокладки:

1. В земле (траншеях): Требуется использование бронированных кабелей (АСБл, ПвБбШп). Обязательна песчаная подушка и защита кирпичом или сигнальной лентой.
2. В кабельных каналах, туннелях, эстакадах, галереях: Допускается применение небронированных кабелей (АПвВГ, ПвП), если исключен риск механических повреждений.
3. В воздухе (по фасадам, на тросах): Используются кабели с несущим тросом или прокладываются на поддерживающих конструкциях. Оболочка должна быть устойчива к УФ-излучению.
4. В помещениях: По стенам, в лотках, коробах.

Монтаж, соединение и заделки

Качественный монтаж критически важен для надежности кабельной линии.

• Подготовка к монтажу: Проверка целостности и сопротивления изоляции, аккуратная размотка кабеля с барабана без повреждений.
• Соединение жил: Выполняется с помощью соединительных муфт (соединительных зажимов). Для кабелей с изоляцией из XLPE используются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. Соединение должно обеспечивать надежный электрический контакт и механическую прочность.
• Оконцевание: Установка концевых муфт (концевиков) или кабельных вводов в распределительные устройства. Концевая муфта обеспечивает плавный переход электрического поля с кабеля на открытую шину, герметизирует торец кабеля.
• Заземление: Экран (оплетка) и броня кабеля должны быть надежно заземлены с обеих сторон. Это необходимо для безопасности и корректной работы релейной защиты.

Контроль и диагностика

• Приемо-сдаточные испытания: Измерение сопротивления изоляции, испытание повышенным напряжением переменного тока, проверка целостности и фазировки жил.
• Эксплуатационные испытания: Проводятся периодически. Включают в себя измерение сопротивления изоляции и тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ). Измерение tg δ позволяет оценить степень старения изоляции.
• Диагностика частичных разрядов: Современный метод, позволяющий выявить локальные дефекты в изоляции, которые могут привести к пробою.

Сравнительный анализ: Бумажная изоляция vs Сшитый полиэтилен (XLPE)

Таблица 3: Сравнение кабелей с бумажной пропитанной и изоляцией из сшитого полиэтилена

Параметр	Бумажная пропитанная изоляция (АСБ, ЦСП)	Сшитый полиэтилен (XLPE) (АПвВГ, ПвП)
Термостойкость	До +80°C (длит.)	До +90°C (длит.), до +250°C при КЗ
Допустимая температура монтажа	Не ниже 0°C (риск повреждения изоляции)	До -20°C и ниже
Влагозащита	Требует герметичной металлической оболочки	Высокая, не гигроскопичен
Вес и гибкость	Больший вес, меньший радиус изгиба	Меньший вес, большая гибкость
Монтаж и соединение	Сложный, требует спецоборудования и навыков	Относительно простой, с использованием усаживаемых муфт
Экологичность	Наличие масляной пропитки, свинцовой оболочки	Более экологичен
Стоимость	Зачастую выше из-за металла и сложности производства	Конкурентная, тенденция к снижению
Ремонтопригодность	Сложный ремонт	Относительно простой ремонт

---

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем принципиальная разница между кабелями на 5 кВ и 6 кВ?
С точки зрения стандартизации, это, как правило, одни и те же кабели. Номинальное напряжение указывается как 3,6/6 кВ или 6/10 кВ. Кабель, рассчитанный на 6 кВ, может применяться в сетях 5 кВ с запасом по прочности. При выборе необходимо ориентироваться на паспортные данные и фактическое напряжение в сети.

2. Как правильно выбрать между медным и алюминиевым кабелем?

• Медь: Выше проводимость (меньшее сечение при том же токе), лучше стойкость к механическим нагрузкам (изгиб, вибрация), выше стойкость к многократному подключению/отключению, меньше проблемы с окислением в контактных соединениях. Основной недостаток – высокая стоимость.
• Алюминий: Значительно дешевле, легче. Недостатки: требует большего сечения, склонен к ползучести и окислению, что требует использования специальной контактной пасты и качественных зажимов.

Выбор делается на основе технико-экономического расчета, учитывающего капитальные затраты, потери электроэнергии и срок службы.

3. Обязательно ли использовать броню при прокладке в земле?
Да, для прокладки непосредственно в земле (траншее) необходимо использовать кабели с броней (буквы «Б» или «К» в маркировке, например, ПвБбШп). Броня защищает от механических повреждений при раскопках, давления грунта, а также от грызунов. Прокладка небронированного кабеля в земле допускается только в трубах или блоках, где исключено прямое механическое воздействие.

4. Почему при монтаже кабеля с изоляцией из XLPE необходимо заземлять экран с двух сторон?
Заземление экрана с двух сторон (на обоих концах линии) необходимо для:

• Обеспечения безопасного потенциала на экране для персонала.
• Создания пути для токов утечки и емкостных токов.
• Правильной работы устройств релейной защиты (дифференциальной, направленной), которые используют ток в экране для определения повреждения.

В очень длинных линиях может применяться одноточечное заземление для снижения потерь, но это требует специальных расчетов и мер защиты.

5. Что такое «холодная» и «горячая» усадка муфт?

• Термоусаживаемые муфты («горячая» усадка): Для их монтажа требуется нагрев строительным феном или газовой горелкой. Материал муфты под воздействием тепла сжимается, плотно обжимая кабель и создавая герметичное соединение.
• Холодноусаживаемые муфты: Монтаж осуществляется без нагрева. Усадка происходит за счет предварительного растяжения эластомера на монтажной спирали. При ее снятии материал возвращается к исходным размерам. Этот метод безопаснее (нет риска перегрева изоляции) и проще в исполнении, но часто дороже.

6. Как часто нужно проводить эксплуатационные испытания кабельных линий 5 кВ?
Согласно ПТЭЭП, для кабельных линий до 10 кВ, находящихся в эксплуатации более 15 лет, измерения сопротивления изоляции и испытания повышенным напряжением проводятся 1 раз в 2 года. Для линий до 5 лет – 1 раз в 5 лет. Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена часто применяется диагностика частичных разрядов с периодичностью 1 раз в 6-12 лет.

7. Что опаснее для кабеля: длительная перегрузка или короткое замыкание?
Оба режима опасны, но по-разному.

• Длительная перегрузка приводит к постепенному термическому старению изоляции. Превышение температуры на 8-10°C сверх нормы сокращает срок службы изоляции из XLPE в 2 раза.
• Короткое замыкание создает огромные электродинамические усилия (способные разрушить жилы) и тепловой импульс. Если кабель не термически стоек, изоляция может быть мгновенно разрушена (расплавлена, обуглена). Поэтому выбор сечения по термической стойкости к току КЗ обязателен.