Кабель ПвВ 1-х жильный 20 кВ

Кабель ПвВ 1-х жильный 20 кВ: полный технический анализ

Кабель ПвВ 1х жильный на напряжение 20 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), предназначенный для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на переменное напряжение 20 кВ частоты 50 Гц. Данный тип кабеля является современной и высоконадежной альтернативой кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией и широко применяется в электросетевом хозяйстве, для питания крупных промышленных предприятий, в городских кабельных сетях, а также для ввода в силовые трансформаторы и распределительные устройства.

Расшифровка маркировки ПвВ 1х… 20 кВ

• П – изоляция из полиэтилена.
• в – винил (поливинилхлоридный пластикат), материал оболочки.
• В – обозначение, указывающее на то, что полиэтиленовая изоляция является вулканизированной (сшитой). Таким образом, «ПвВ» фактически означает: кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена в оболочке из ПВХ-пластиката.
• 1х… – одна токопроводящая жила. Количество и сечение жилы указывается далее (например, 1х120, 1х240 и т.д.).
• 20 кВ – номинальное напряжение, на которое рассчитан кабель.

Конструкция кабеля ПвВ 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию.

• 1. Токопроводящая жила. Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Для сечений от 70 мм² и выше, как правило, выполняется секторной или сегментной формы для компактности. Может быть однопроволочной (монолитной) для малых сечений или многопроволочной.
• 2. Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой). Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из сшитого полупроводящего полиэтилена. Выравнивает распределение электрического поля, предотвращая локальные перенапряжения на микронеровностях жилы.
• 3. Основная изоляция. Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Этот материал, подвергнутый процессу поперечной сшивки молекул, обладает высокой нагревостойкостью (допустимая температура длительной работы +90°C), отличными диэлектрическими и механическими свойствами, стойкостью к трекингу.
• 4. Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой). Также выполняется из сшитого полупроводящего полиэтилена. Вместе с экраном по жиле формирует цилиндрический конденсатор, обеспечивая радиальное распределение электрического поля строго в слое изоляции.
• 5. Поясная изоляция. Выполняется в виде наложения медных или алюминиевых лент, либо в виде медной оплетки. Предназначена для выравнивания потенциала и обеспечения безопасного касания оболочки кабеля, а также для отвода токов утечки и токов короткого замыкания.
• 6. Оболочка. Выполняется из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката. Защищает внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, агрессивных сред и обеспечивает необходимую стойкость к распространению горения. Цвет оболочки, как правило, черный.

Основные технические характеристики и параметры

Электрические параметры

Параметры соответствуют ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 6, 10, 20 и 35 кВ».

Таблица 1. Допустимые длительные токовые нагрузки для кабеля ПвВ 20 кВ (с медной жилой) при прокладке в земле (траншее)

Сечение жилы, мм²	Длительно допустимый ток, А (при температуре земли +25°C)	Сопротивление жилы постоянному току при +20°C, Ом/км, не более
50	235	0.387
70	285	0.268
95	340	0.193
120	390	0.153
150	445	0.124
185	505	0.0991
240	590	0.0754
300	670	0.0601

Примечание: Для алюминиевой жилы токовые нагрузки примерно в 1.29 раза ниже, а сопротивление постоянному току – в 1.64 раза выше при одинаковом сечении. Токовые нагрузки могут существенно корректироваться в зависимости от условий прокладки: температура грунта, количество кабелей в траншее, способ охлаждения.

Таблица 2. Испытательные напряжения

Вид испытания	Напряжение, кВ	Продолжительность	Примечание
Приемо-сдаточные (на заводе)	45 (3 U0)	5 мин.	U0 = 12 кВ – фазное напряжение для сети 20 кВ
После монтажа (на объекте)	36 (2.4 U0)	15 мин. (постоянный ток)	Чаще проводят испытание выпрямленным напряжением

Эксплуатационные параметры

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 12/20 (24) кВ. Где U₀ – напряжение между жилой и землей, U – междуфазное напряжение, U_m – максимальное длительно допустимое.
• Диапазон рабочих температур: от -50°C до +50°C (для монтажа без предварительного подогрева до -20°C).
• Допустимая температура нагрева жилы:
  • при длительной эксплуатации: +90°C;
  • при коротком замыкании (до 4 сек): +250°C;
  • при перегрузке: +130°C.
• Минимальный радиус изгиба: 15 наружных диаметров кабеля при монтаже.
• Срок службы: Не менее 30 лет.

Области применения и способы прокладки

Кабель ПвВ 20 кВ применяется для создания кабельных линий в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, а также в сетях с эффективно заземленной нейтралью. Одножильное исполнение требует особого внимания к прокладке из-за влияния электромагнитных полей.

• Прокладка в земле (траншее): Наиболее распространенный способ. Кабель укладывается на подготовленную подушку из песка, защищается сверху кирпичом или сигнальной лентой и засыпается грунтом. При прокладке нескольких кабелей в одной траншее для однофазных цепей их располагают в вершинах треугольника (треугольная formation) для снижения потерь и нагрева. Расстояние между параллельно проложенными одножильными кабелями должно быть не менее 100 мм (регламентируется ПУЭ).
• Прокладка в кабельных сооружениях: В туннелях, коллекторах, эстакадах, галереях. Обязательно применение несгораемых разделительных перегородок между кабелями разных фаз для предотвращения распространения пожара и снижения потерь от вихревых токов.
• Прокладка в блоках и трубах: Допускается, но с учетом сложности последующей замены и ухудшения условий охлаждения.

Преимущества и недостатки кабеля ПвВ 20 кВ по сравнению с аналогами

Преимущества перед кабелем с бумажно-пропитанной изоляцией (например, АСБл):

• Более высокая допустимая температура жилы (+90°C против +70°C), что позволяет пропускать больший ток при том же сечении.
• Меньший вес и внешний диаметр, что облегчает транспортировку и монтаж.
• Отсутствие ограничений по перепаду высот при прокладке (нет стекания пропиточного состава).
• Более высокая стойкость к ударным нагрузкам и вибрации.
• Простота монтажа и разделки концов (не требуется спецоборудование для опрессовки воронок).
• Более длинная строительная длина (меньшее количество муфт на трассе).

Недостатки и особенности:

• Более высокая чувствительность к точечным механическим повреждениям (задирам, надрезам) при монтаже, которые могут стать очагом развития электрического дерева.
• Требовательность к качеству монтажа муфт и концевых заделок. Необходима абсолютная чистота, обезжиривание и соблюдение геометрии.
• Для одножильных кабелей – значительные потери в оболочке и броне при неправильной прокладке (несимметричное расположение фаз).
• Относительно высокая стоимость по сравнению с кабелями на низкое напряжение.

Монтаж и соединение. Особенности для одножильного кабеля.

Монтаж кабеля ПвВ требует профессионального подхода. Для соединения и ответвления используются специальные соединительные и стопорные муфты, для подключения к оборудованию – концевые заделки (наружные или внутренние). Ключевые этапы монтажа муфты: ступенчатая зачистка изоляции с сохранением экранов, монтаж геометрического маркера (stress cone) для контроля распределения напряжения, восстановление экрана с помощью токопроводящих лент и проволоки, герметизация и изоляция корпуса муфты.

Критически важный момент для одножильных кабелей 20 кВ – правильное заземление экранов. Существует три основных схемы:

• Заземление с одной стороны: Экран каждой жилы заземляется только в одной точке (обычно в РУ). На противоположном конце экран изолируется. Это исключает циркуляцию уравнительных токов по экранам, но приводит к появлению на изолированном конце высокого напряжения относительно земли (особенно при КЗ), что требует установки ограничителей напряжения (ОПН).
• Заземление с двух сторон: Экран заземляется с обоих концов. Это безопасно по напряжению, но приводит к появлению циркулирующих токов в экранах (до 60-70% от тока жилы), вызывающих дополнительные потери и нагрев кабеля.
• Поперечное соединение (cross-bonding): Оптимальный метод для длинных трасс. Экраны секционируются на три примерно равные секции и перекрещиваются таким образом, чтобы суммарная ЭДС в каждом малом цикле была близка к нулю. Это позволяет заземлять экраны с двух сторон, минимизируя циркулирующие токи.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кабель ПвВ от кабеля ПвП?

Основное отличие – в материале внешней оболочки. У кабеля ПвП оболочка выполнена из полиэтилена, а у ПвВ – из ПВХ. Полиэтиленовая оболочка обладает лучшими механическими и влагозащитными свойствами, большей стойкостью к агрессивным средам и ультрафиолету, поэтому кабель ПвП чаще применяется для прокладки в сложных условиях, в том числе в воде. Кабель ПвВ более распространен для стандартной прокладки в земле и кабельных сооружениях.

Почему для сетей 20 кВ используется именно сшитый полиэтилен, а не ПВХ?

Поливинилхлорид (ПВХ) имеет низкую нагревостойкость (допустимая температура +70°C) и склонен к деградации при повышенных температурах, а также подвержен явлению трекинга (образование проводящих дорожек под воздействием поверхностных токов утечки). Сшитый полиэтилен (XLPE) лишен этих недостатков: он термостабилен до +90°C, обладает отличными диэлектрическими характеристиками, высокой стойкостью к трекингу и влагопоглощению, что критически важно для среднего класса напряжения 20 кВ.

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля ПвВ 20 кВ?

Выбор сечения производится по двум основным критериям, указанным в ПУЭ (Глава 1.3):
1. По длительно допустимому току нагрузки (нагреву). Ток нагрузки должен быть меньше или равен допустимому току из Таблицы 1 с учетом всех поправочных коэффициентов (на температуру земли, группировку кабелей, способ прокладки).
2. По экономической плотности тока. Для кабелей 20 кВ это обязательный расчет. Определяется сечение, при котором приведенные затраты на потери энергии и стоимость кабеля минимальны.
Дополнительно выполняется проверка на термическую стойкость при токах короткого замыкания и на потерю напряжения (для протяженных линий).

Можно ли прокладывать одножильные кабели ПвВ 20 кВ в стальных трубах?

Прокладка в стальных трубах не рекомендуется и часто прямо запрещена нормами для одножильных кабелей на напряжение выше 1 кВ. Переменное магнитное поле от одиночной жилы наводит в стальной трубе вихревые токи, что приводит к значительным дополнительным потерям (нагрев трубы и кабеля) и может вызвать опасный перегрев. Если механическая защита трубой необходима, следует использовать трубы из непроводящих материалов (пластик, асбоцемент) либо применять специальные меры (разрезные трубы с изолирующими вставками).

Каковы основные причины выхода из строя кабелей ПвВ 20 кВ?

• Ошибки при монтаже муфт и заделок: Загрязнение изоляции, неправильная ступенчатая зачистка, воздушные включения – приводят к локальным перегревам и пробою.
• Механические повреждения оболочки и изоляции при укладке: Надрезы, задиры, которые со временем развиваются в электрическое дерево.
• Некачественная прокладка: Превышение минимального радиуса изгиба, натяжение, прокладка в трубах с острыми кромками.
• Неправильное заземление экранов: Вызывает перегрев или перенапряжение.
• Внешние воздействия: Повреждение ковшом экскаватора, коррозия оболочки в агрессивном грунте.

Какой кабель предпочтительнее для новой строительной линии 20 кВ: ПвВ или АВВГ?

Для напряжения 20 кВ кабель АВВГ (с изоляцией из ПВХ) не применяется. Его максимальное рабочее напряжение – до 1 кВ (0.66/1 кВ). Для линий 20 кВ используется исключительно кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (ПвВ, ПвП, ПвПу и т.д.) или бумажно-пропитанной изоляцией. Сравнение ПвВ и, например, АСБл (бумажный в алюминиевой оболочке) было приведено выше в разделе «Преимущества и недостатки».