Кабели 3 кВ

Кабели на напряжение 3 кВ занимают важную нишу между низковольтными (до 1 кВ) и высоковольтными (6 кВ и выше) системами. Они широко используются для питания мощного промышленного оборудования и создания распределительных сетей там, где мощности низковольтных кабелей уже недостаточно, а применение более высоких напряжений нецелесообразно.

1. Область применения и назначение

Ключевые сферы применения кабелей 3 кВ:

1. Промышленные предприятия: Питание мощных асинхронных и синхронных двигателей (насосы, вентиляторы, компрессоры, мельницы, дробилки), станочного оборудования с большими пусковыми токами.
2. Горнодобывающая отрасль: Основные силовые линии в шахтах и карьерах, питание подземного и карьерного оборудования (проходческие комбайны, конвейеры).
3. Энергетика: Внутренние связи на подстанциях, подключение вспомогательного оборудования (трансформаторов собственных нужд, систем вентиляции).
4. Железнодорожный транспорт: Стационарная проводка для систем электроснабжения железных дорог.
5. Крупные коммерческие и инфраструктурные объекты: Питание центральных холодильных установок, насосных станций, систем аварийного питания.

Преимущества использования напряжения 3 кВ по сравнению с 1 кВ:

• Снижение токовой нагрузки: При передаче той же мощности сила тока примерно в 3 раза меньше, что позволяет использовать кабели меньшего сечения, снижать потери и стоимость.
• Увеличение длины линий: Возможность передачи энергии на большие расстояния без значительных потерь напряжения.
• Повышение надежности: Специализированная изоляция и конструкция для среднего напряжения.

2. Конструкция кабеля 3 кВ: Детальный разбор

Конструкция таких кабелей сложнее, чем у низковольтных, что обусловлено необходимостью выдерживать более высокие электрические поля и обеспечивать надежную работу.

1. Токопроводящая жила

• Материал: Медь или Алюминий.
  • Медь: Предпочтительна для высоких токовых нагрузок, требует меньшего сечения, более гибкая и надежная в соединениях.
  • Алюминий: Дешевле и легче, но требует большего сечения для той же пропускной способности и особого внимания к соединениям из-за склонности к окислению.
• Строение: Чаще всего однопроволочная (монолитная) для сечений до 240-300 мм², так как кабель предназначен для стационарной прокладки. Для больших сечений и в случаях, когда требуется некоторая гибкость, используется многопроволочная жила.
• Форма: Секторная (для многожильных кабелей) или круглая.
• Класс гибкости: 1 или 2.

2. Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из СПЭ/XLPE)

• Назначение: Критически важный элемент! Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения и пробой изоляции. Без экрана электрическое поле было бы неоднородным, с максимальной напряженностью у поверхности жилы.
• Материал: Полупроводящей (электропроводящей) сшитый полиэтилен или экструдированный полупроводящей слой.

3. Изоляция жилы

• Материал:
  • Сшитый полиэтилен (СПЭ/XLPE): Современный стандарт. Обладает высокой термостойкостью (допустимый нагров жилы до +90°C), отличными диэлектрическими свойствами, стойкостью к току короткого замыкания. Является основным материалом для новых проектов.
  • Поливинилхлорид (ПВХ): Используется реже, в основном в старых проектах или для специальных применений. Допустимая температура жилы ниже (+70°C).
• Толщина: Строго регламентирована стандартами и рассчитывается исходя из рабочего напряжения.

4. Экран по изоляции

• Назначение: Защищает изоляцию от внешних воздействий, выравнивает электрическое поле, служит для заземления и является путем для стекания токов утечки.
• Конструкция: Медные или алюминиевые проволоки, наложенные поверх экрана по изоляции, или медная лента.

5. Поясная изоляция и заполнитель

• Слой, скрепляющий изолированные жилы, и заполнитель из ПЭТ-лент или жгутов, придающий кабелю круглую форму.

6. Оболочка

• Материал: ПВХ-пластикат или полиэтилен (PE).
• Назначение: Защита от механических повреждений, влаги, масел, химикатов и ультрафиолета. Для кабелей в полиэтиленовой оболочке характерна высокая стойкость к атмосферным воздействиям.

7. Броня (опционально, но часто используется)

• Назначение: Защита от механических повреждений при прокладке в земле, в кабельных сооружениях, от грызунов и растягивающих усилий.
• Тип: Две оцинкованные стальные ленты (броня типа «Б») или оцинкованные стальные проволоки (броня типа «К»).
• Под броней и поверх нее накладываются защитные подушные слои (например, из битума или крепированной бумаги) для защиты от коррозии и повреждения внутренних/внешних слоев.

3. Основные марки кабелей 3 кВ и их расшифровка

• ПвПг:Провод с изоляцией из вулканизированного (сшитого) полиэтилена, голый.
  • Расшифровка: Медный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, без защитного покрова. Для прокладки в кабельных сооружениях, где нет риска механических повреждений.
• ПвБбШп:Провод с изоляцией из вулканизированного полиэтилена, с броней из стальных лент, в шланге полиэтиленовом.
  • Расшифровка: Медный кабель с изоляцией из СПЭ, бронированный стальными лентами, в полиэтиленовой оболочке. Для прокладки в земле (траншеях).
• АПвБбШв:Алюминиевый провод с изоляцией из вулканизированного полиэтилена, с броней из стальных лент, в шланге виниловом (ПВХ).
  • Расшифровка: Алюминиевый аналог ПвБбШв.
• ВВГ: С изоляцией и оболочкой из ПВХ-пластиката. В настоящее время для 3 кВ используется реже, вытесняется более надежными кабелями с изоляцией из СПЭ.

4. Технические характеристики и условия эксплуатации

• Номинальное напряжение (U₀/U): 1.8/3 кВ (для кабелей по ГОСТ). U₀ = 1.8 кВ — напряжение между жилой и землей, U = 3 кВ — междуфазное напряжение.
• Частота: 50 Гц.
• Температурный режим:
  • Для изоляции из СПЭ: Длительно допустимая температура жилы: +90°C. Максимальная температура при коротком замыкании (до 4 сек): +250°C.
  • Для изоляции из ПВХ: Длительно допустимая температура жилы: +70°C.
• Минимальная температура прокладки без подогрева: -15°C…-20°C.
• Минимальный радиус изгиба: Обычно 15-20 наружных диаметров кабеля (критически важно для сохранения целостности изоляции и экранов).
• Срок службы: Не менее 30 лет.

5. Особенности монтажа и эксплуатации

1. Концевые заделки: Для подключения кабеля 3 кВ к оборудованию (двигателям, ячейкам КРУ) обязательно используются специальные концевые муфты (заделки). Они обеспечивают плавный вывод электрического поля, герметизацию и защиту от внешних воздействий. Применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты.
2. Соединительные муфты: Для соединения двух отрезков кабеля в одну линию используются соединительные муфты, восстанавливающие целостность всех слоев.
3. Заземление экранов: Экраны кабеля обязательно должны быть заземлены с обеих сторон. Это требование безопасности, которое также обеспечивает корректную работу защитной аппаратуры.
4. Испытания после монтажа: Перед вводом в эксплуатацию кабельная линия подвергается высоковольтным испытаниям повышенным напряжением постоянного или переменного тока (согласно ПУЭ) для проверки прочности изоляции.

Заключение

Кабели на 3 кВ — это специализированная и надежная продукция для ответственных промышленных и инфраструктурных объектов. Их конструкция, основанная на использовании сшитого полиэтилена и обязательной экранировке, обеспечивает долговечность и безопасность работы в сетях среднего напряжения.

Ключевые выводы:

• Выбор между медью и алюминием зависит от бюджета, токовых нагрузок и требований к надежности соединений.
• Кабели с изоляцией из СПЭ (ПвПг, ПвБбШп) являются современным и предпочтительным выбором.
• Бронированные кабели (ПвБбШп) — стандарт для прокладки в земле.
• Правильный монтаж с использованием специализированных муфт и заземлением экранов не менее важен, чем выбор самого кабеля.

Использование качественных кабелей 3 кВ и профессиональный монтаж — это залог бесперебойного питания мощного оборудования и стабильной работы всего предприятия.