Кабели алюминиевые 4 кВ

Кабели силовые алюминиевые на напряжение 4 кВ: конструкция, применение и технические характеристики

Кабели силовые алюминиевые на напряжение 4 кВ представляют собой ключевой элемент в системах распределения электрической энергии среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 3,6/6 кВ с частотой 50 Гц. Основная область применения – воздушные линии электропередачи, прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах, а также в земле (траншеях) при условии наличия броневой защиты, обеспечивающей механическую стойкость. Использование алюминиевой жилы, по сравнению с медной, обусловлено экономическими факторами: меньшая стоимость и вес при сопоставимой пропускной способности на единицу сечения, что критически важно для протяженных магистралей.

Конструктивные элементы кабеля 4 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Типовая конструкция бронированного кабеля включает:

• Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия марки АВЕ или А99 по ГОСТ. Может быть однопроволочной (монолитной) для сечений до 240 мм² включительно или многопроволочной (скрученной из отдельных проволок). Сечение жилы выбирается исходя из тока нагрузки и условий прокладки. Стандартный ряд сечений: 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 мм² и более.
• Фазная изоляция. Наносится экструзией на каждую жилу. В современных кабелях на 4 кВ применяется сшитый полиэтилен (СПЭ, XLPE) или этиленпропиленовая резина (ЭПР). Эти материалы обладают высокой электрической прочностью, термостойкостью (допустимая температура жилы до +90°C в длительном режиме) и стойкостью к трекингу.
• Поясная изоляция. В кабелях с бумажной пропитанной изоляцией – это обмотка из бумажных лент поверх скрученных изолированных жил. В кабелях с изоляцией из СПЭ и ЭПР поясная изоляция как отдельный слой часто отсутствует, ее функцию выполняет оболочка.
• Экран по изоляции жилы. Обязательный элемент для кабелей на напряжение выше 1 кВ. Выполняется в виде полупроводящего слоя (экструдированный полупроводящий сшитый полиэтилен или наложенная полупроводящая лента). Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения и разряды.
• Экран (заземляющий) поясной. Располагается поверх скрученных изолированных жил. Может быть выполнен в виде медной или алюминиевой фольги, оплетки из медных проволок или комбинации thereof. Предназначен для отвода токов утечки и обеспечения безопасности при касании.
• Разделительный слой. Битумная лента или полимерная пленка, накладываемая под броню для защиты внутренних элементов от коррозии и механических повреждений металлическими покровами.
• Броня. Защищает кабель от механических воздействий (растяжение, сдавливание, грызуны). Выполняется из стальных оцинкованных лент (тип Бл) или стальных оцинкованных проволок (тип Бн). Ленточная броня применяется при умеренных растягивающих нагрузках, проволочная – при значительных (например, при прокладке по мостам, в вертикальных шахтах).
• Защитный шланг (наружная оболочка). Внешний защитный слой из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ) или полиэтилена (ПЭ). Защищает броню от коррозии и агрессивных воздействий внешней среды. Цвет оболочки, как правило, черный.

Классификация и маркировка

Кабели алюминиевые 4 кВ классифицируются по нескольким ключевым признакам:

• По материалу изоляции: С бумажной пропитанной изоляцией (марки ААБл, ААШв), с изоляцией из сшитого полиэтилена (АПвБбШп, АПвПу), с изоляцией из ЭПР (АПвБбШп).
• По типу брони: С ленточной броней (Бл), с проволочной броней (Бн), без брони (голые – для прокладки в блоках, каналах).
• По виду наружной оболочки: ПВХ шланг (Шв), полиэтиленовый шланг (Шп), негорючий ПВХ (нг).
• По конструкции заземляющего экрана: С медным экраном (наличие в марке буквы «э» или конструктивно), с алюминиевым экраном.

Пример расшифровки марки АПвБбШп 4х150: А – алюминиевая жила, Пв – изоляция из сшитого полиэтилена с вулканизацией, Бб – броня из двух стальных оцинкованных лент, Шп – защитный шланг из полиэтилена, 4 – количество жил, 150 – номинальное сечение жилы в мм².

Основные технические и электрические параметры

Параметры регламентируются стандартами ГОСТ 18410-73 (для бумажной изоляции), ГОСТ 31996-2012 (для изоляции из СПЭ) и ТУ производителей.

Таблица 1. Допустимые длительные токовые нагрузки для кабелей с изоляцией из СПЭ, проложенных в земле (однокабельная прокладка, температура грунта +15°C)

Сечение жилы, мм²	Токовая нагрузка, А (для 3-жильных кабелей)
16	95
25	125
35	155
50	190
70	235
95	285
120	330
150	375
185	425
240	495

Важнейшие электрические характеристики:

• Испытательное напряжение промышленной частоты. Для кабелей на 3,6/6 кВ составляет 15 кВ продолжительностью 10 минут после монтажа.
• Сопротивление изоляции. Для кабелей с изоляцией из СПЭ при температуре +20°C должно быть не менее 100 МОм·км.
• Индуктивное сопротивление. Зависит от сечения и расстояния между жилами, ориентировочно 0,09-0,11 Ом/км.
• Емкостной ток. Для кабелей с изоляцией из СПЭ составляет примерно 0,3-0,5 А/км, что важно для расчета устройств компенсации в сетях с изолированной нейтралью.

Области применения и условия прокладки

Кабели 4 кВ являются основой распределительных сетей 6(10)/0,4 кВ. Они используются для:

• Питания мощных промышленных потребителей (насосные станции, компрессорные, вентиляционные установки).
• Создания распределительных петель и лучей в городских и промышленных сетях.
• Прокладки в качестве вводов на территории предприятий, где воздушные линии нежелательны по условиям безопасности или планировки.
• Питания трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ.

Условия прокладки определяют выбор марки кабеля:

• Прокладка в земле (траншее). Обязательно применение кабелей с броней (АПвБбШп, ААБл). Требуется устройство песчаной подушки и защита кирпичом или плитами от механических повреждений. Глубина прокладки не менее 0,7 м.
• Прокладка в кабельных каналах, туннелях, по эстакадам. Допускается применение кабелей как с броней, так и без нее (АПвПу, АВВГ), если исключен риск механических повреждений. Важен учет требований пожарной безопасности (кабели с индексом «нг-LS»).
• Прокладка в воздухе (по фасадам, опорам). При отсутствии риска механических повреждений возможна прокладка небронированных кабелей. При риске растяжения (пролеты) – кабели с проволочной броней (АПвБбШп, АСБ). Необходима стойкость к УФ-излучению (оболочка из светостабилизированного полиэтилена).

Сравнение с кабелями на 1 кВ и 10 кВ

Таблица 2. Сравнительные характеристики кабелей разных классов напряжения

Параметр	Кабель 0,6/1 кВ	Кабель 3,6/6 кВ (4 кВ)	Кабель 8,7/15 кВ (10 кВ)
Толщина изоляции жилы, мм (пример для 150 мм²)	1,5-2,0	3,0-3,5	4,5-5,5
Наличие экрана по жиле	Нет (кроме специальных)	Обязательно	Обязательно
Испытательное напряжение, кВ	3,5	15	30
Типичная область применения	Внутренние сети, фидеры НН	Распределительные сети СН, питание крупных двигателей	Магистральные линии СН, питание ГПП

Монтаж и соединение

Монтаж кабелей 4 кВ требует специальной квалификации. Ключевые этапы:

• Разделка конца кабеля. Послойное удаление оболочки, брони, экранов с соблюдением длин для установки концевых муфт.
• Установка концевых муфт (заделок). Применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты, которые обеспечивают герметизацию, восстановление экрана и изоляции. Для кабелей с бумажной изоляцией используются мастиконаполненные муфты.
• Установка соединительных муфт. Для соединения двух отрезков кабеля в линию. Конструктивно сложнее концевых, так как необходимо обеспечить электрический контакт жил, непрерывность экранов и брони.
• Заземление. Экран (оплетка) и броня кабеля на обоих концах должны быть надежно заземлены для безопасности и нормальной работы релейной защиты.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное преимущество алюминиевых кабелей 4 кВ перед медными?

Главное преимущество – экономическое. При сопоставимой токовой нагрузке алюминиевый кабель значительно дешевле и легче медного, что снижает затраты на закупку и монтаж, особенно на протяженных трассах. Однако алюминий имеет более низкую механическую прочность и склонность к ползучести, что требует применения специальных концевых зажимов и соблюдения моментов затяжки.

Можно ли использовать кабель 4 кВ в сети 6 кВ или 10 кВ?

Кабель, маркированный как 3,6/6 кВ, рассчитан для работы в сетях с номинальным напряжением 6 кВ. Его использование в сети 10 кВ (8,7/15 кВ) недопустимо, так как толщина изоляции и конструкция не рассчитаны на более высокий уровень электрических напряжений, что приведет к ускоренному старению изоляции и пробою. Обратная ситуация (кабель 10 кВ в сети 4 кВ) допустима, но экономически нецелесообразна.

Как правильно выбрать сечение алюминиевого кабеля 4 кВ?

Выбор сечения производится по трем основным критериям: 1) По допустимому длительному току нагрузки (нагреву) с учетом условий прокладки и количества параллельных кабелей. 2) По потере напряжения, которая не должна превышать допустимых значений (обычно 5%). 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания. Расчет должен выполняться в соответствии с ПУЭ (Правила устройства электроустановок) и проектной документацией.

Что означает маркировка «АПвБбШп» и «ААБл»?

Это условные обозначения марок кабелей:
АПвБбШп – Алюминиевая жила, Изоляция из сшитого полиэтилена (Пв), Броня из двух стальных лент (Бб), Защитный шланг из полиэтилена (Шп).
ААБл – Алюминиевая жила, Бумажная пропитанная изоляция (А), Алюминиевая оболочка (А), Броня из двух стальных лент (Бл), без наружного покрова (голый). Для защиты от коррозии требует прокладки в сухих каналах или нанесения антикоррозионного покрытия при прокладке в земле.

Требуется ли дополнительная защита при прокладке бронированного кабеля АПвБбШп в земле?

Да, согласно ПУЭ, при прокладке в земле (траншее) даже бронированный кабель должен быть защищен от механических повреждений (например, при раскопках) на всем протяжении. Обычно для этого поверх кабеля, уложенного на песчаную подушку, настилают кирпич или специальные сигнальные пластиковые плиты, после чего производят обратную засыпку.

Какой срок службы у современных кабелей 4 кВ с изоляцией из СПЭ?

Номинальный срок службы качественных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, произведенных согласно ГОСТ 31996-2012, при соблюдении условий эксплуатации, монтажа и нагрузок составляет не менее 30 лет. Фактический ресурс может быть больше. На срок службы негативно влияют перегрузки, термические воздействия от внешних источников, повреждения оболочки и брони, ведущие к увлажнению.

Чем опасен пробой экрана в кабеле 4 кВ?

Пробой или разрыв экрана нарушает симметрию электрического поля вокруг жилы, что приводит к локальным перенапряжениям, частичным разрядам в толще изоляции и ее ускоренному разрушению. Кроме того, на поврежденном экране возникает потенциал, опасный для персонала. Непрерывность и целостность экрана критически важны, поэтому при монтаже муфт необходимо тщательно восстанавливать экранирующий слой.