Кабели электрические для наружной прокладки по воздуху

Кабели электрические для наружной прокладки по воздуху: технические аспекты, классификация и применение

Прокладка кабельных линий по воздуху (воздушные линии электропередачи, ВЛ) является распространенным и экономически целесообразным методом электроснабжения объектов на значительных расстояниях. К кабелям для такого способа монтажа предъявляются особые требования, обусловленные постоянным воздействием агрессивных внешних факторов: механических нагрузок (ветер, гололед, собственный вес), ультрафиолетового излучения, перепадов температур, осадков, а также возможностью повреждения птицами или посторонними предметами. В отличие от скрытой прокладки, эти изделия должны обладать усиленной конструкцией, высокой стойкостью к атмосферным воздействиям и, как правило, иметь несущий элемент.

Ключевые требования и условия эксплуатации

Эксплуатация кабеля на открытом воздухе определяет комплекс критически важных параметров, которые должны быть заложены в его конструкцию:

• Механическая прочность: Кабель должен выдерживать растягивающие усилия от собственного веса на пролете, ветровые и гололедные нагрузки. Для этого используются стальные тросы-несущие элементы или интегрированные силовые элементы (стальной сердечник в СИП).
• Стойкость к ультрафиолетовому излучению (УФ): Оболочка из обычного ПВХ пластиката под длительным воздействием солнечного света теряет эластичность, трескается и разрушается. Поэтому обязательным является использование специальных светостабилизированных материалов (ПЭ, сшитый ПЭ, специальные ПВХ-компаунды).
• Температурный диапазон: Рабочий диапазон температур для таких кабелей расширен, обычно от -50°С до +50°С и выше, что гарантирует сохранение гибкости в мороз и отсутствие чрезмерного провисания в жару.
• Влагостойкость и стойкость к осадкам: Конструкция должна обеспечивать герметичность токопроводящих жил, предотвращая продольное распространение влаги.
• Защита от воздействия окружающей среды: Стойкость к окислению, воздействию озона, химических веществ, содержащихся в атмосфере промышленных районов.

Классификация и типы кабелей для воздушной прокладки

Выбор конкретного типа кабеля зависит от напряжения, назначения линии, требуемой надежности и экономических соображений. Условно их можно разделить на две большие группы: кабели с отдельным несущим тросом и самонесущие кабели.

1. Кабели с отдельным несущим тросом (неизолированные и изолированные)

Классический метод, при котором силовой кабель крепится к натянутому между опорами стальному оцинкованному тросу с помощью специальных бандажей или подвесок.

• Неизолированные провода (А, АС и др.): Применяются на магистральных ВЛ высокого и сверхвысокого напряжения (35 кВ и выше). Требуют большой высоты подвеса и зоны отчуждения, обеспечивают минимальные потери.
• Изолированные кабели для подвески на тросе: Например, марки АВТ (с несущим тросом), СИП-1, СИП-2 (где несущий элемент является одновременно и нулевой жилой). Часто используются кабели в черной светостабилизированной полиэтиленовой оболочке (ПЭ), например, ВВГ-ХЛ или АВВГ с индексом «ож» (однопроволочная жила), которые допускаются к прокладке по воздуху при условии защиты от УФ и подвеса на тросе.

2. Самонесущие изолированные провода (СИП)

Наиболее современное и распространенное решение для воздушных линий 0.4/1 кВ и 10-20 кВ. Все жилы изолированы, а механическую нагрузку несет либо одна из жил (нулевая несущая), либо отдельный сердечник.

• СИП-1, СИП-1А: Нулевая несущая жила неизолированна (1) или изолирована (1А). Фазные жилы изолированы светостабилизированным сшитым полиэтиленом.
• СИП-2, СИП-2А: Аналогичны СИП-1, но для линий 10-35 кВ. Нулевая жила может быть изолированной или отсутствовать.
• СИП-3 (Самонесущий защищенный провод): Одножильный провод со стальным сердечником, окруженным алюминиевыми проволоками, и изоляцией из сшитого полиэтилена. Предназначен для ВЛ 6-35 кВ.
• СИП-4, СИП-5: Не имеют отдельной несущей жилы. Все жилы равноправны, несущая способность обеспечивается упрочненной изоляцией и конструкцией скрутки. Применяются для ответвлений к вводу в здания, прокладки по фасадам.

3. Кабели для магистральных высоковольтных ВЛ

Для прокладки по воздуху на большие расстояния используются специальные кабели с внешним несущим элементом, часто в виде троса, интегрированного в конструкцию. Пример: кабели марки ОПТ (ОПГТ) – оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос.

Конструктивные особенности материалов

Токопроводящая жила

• Материал: Алюминий (А, АС, СИП) – легкий, дешевый, требует большего сечения; Медь (реже, для особых ответвлений) – более высокая проводимость, стойкость к окислению, больший вес и стоимость.
• Структура: Для подвесных кабелей часто используются уплотненные или однопроволочные жилы (особенно в СИП), что обеспечивает высокую механическую прочность и жесткость.

Изоляция

• Сшитый полиэтилен (XLPE): Наиболее распространенный материал для изоляции СИП и кабелей на напряжение до 35 кВ. Обладает высокой термостойкостью (до +90°С в длительном режиме), отличными диэлектрическими и механическими свойствами, стойкостью к УФ при добавлении сажи.
• Полиэтилен (ПЭ) светостабилизированный: Черный материал, содержащий сажу (2-3%), эффективно поглощающую УФ-излучение. Применяется для наружных оболочек.
• Поливинилхлорид (ПВХ) с УФ-стабилизаторами: Применяется реже, так как уступает ПЭ по стойкости к атмосферным воздействиям и температурному диапазону.

Несущий элемент

• Стальной трос: Оцинкованная или нержавеющая сталь. Может быть отдельным или интегрированным в нулевую жилу (в СИП-1,2).
• Сталеалюминиевый сердечник: В СИП-3 центральный сердечник из стальных проволок, покрытых алюминием.

Таблица: Сравнительные характеристики основных типов кабелей для воздушной прокладки

Марка кабеля/провода	Напряжение, кВ	Конструктивная особенность	Материал изоляции/оболочки	Основная область применения
А, АС (голый алюминий/сталеалюминий)	0.4 — 220 и выше	Неизолированные провода на опорных изоляторах	Нет изоляции	Магистральные ВЛ высокого напряжения
СИП-1, СИП-1А	до 1 кВ	Нулевая несущая жила (голая или изолир.), 3 фазные жилы	Сшитый полиэтилен (XLPE)	Магистрали и ответвления ВЛ 0.4 кВ
СИП-2, СИП-2А	10-35 кВ	Нулевая несущая жила (опционально), 3 фазные жилы	Сшитый полиэтилен (XLPE)	Магистрали ВЛ 10-35 кВ
СИП-3	20-35 кВ	Одножильный, сталеалюминиевый сердечник	Сшитый полиэтилен (XLPE)	ВЛ 20-35 кВ
ВВГ-ХЛ, АВВГ в ПЭ оболочке	до 1 кВ	Кабель с ПЭ оболочкой, подвешиваемый на отдельный трос	ПВХ/ПЭ (светостаб.)	Ответвления к зданиям, прокладка между сооружениями

Нормативная база и стандарты

Производство и применение кабелей для воздушной прокладки регламентируется рядом национальных и международных стандартов:

• ГОСТ Р 52373-2005 (МЭК 61089:1991): Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи. Основной стандарт для СИП.
• ГОСТ 31996-2012: Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3 кВ. Определяет требования к кабелям, которые могут использоваться для прокладки на тросах.
• ПУЭ (Правила устройства электроустановок), Глава 2.4: Содержит прямые требования к устройству воздушных линий электропередачи, включая выбор проводов, условия их подвески, расстояния и т.д.
• СНиП 3.05.06-85: Электротехнические устройства. Правила монтажа.

Особенности монтажа и аксессуары

Правильный монтаж критически важен для долговечности воздушной кабельной линии. Для каждого типа кабеля используется специализированная арматура:

• Анкерные зажимы: Для крепления и натяжения несущего троса или самонесущего кабеля на опорных конструкциях.
• Поддерживающие зажимы (гильзы): Для промежуточной подвески кабеля на опорах, не препятствующие продольному перемещению.
• Прокалывающие зажимы: Обеспечивают герметичный и надежный электрический контакт при ответвлениях с СИП без зачистки изоляции.
• Головки концевые: Для герметизации конца кабеля и перехода на кабель другой конструкции (например, при вводе в здание).
• Гасители вибрации: Устанавливаются на тросы для предотвращения усталостного разрушения от ветровых колебаний.

При монтаже необходимо строго соблюдать допустимые радиусы изгиба, усилие натяжения (определяется расчетом в зависимости от сечения, пролета, климатических условий) и обеспечить отсутствие механических повреждений изоляции.

Расчетные параметры: выбор сечения и определение механической нагрузки

Выбор кабеля для воздушной прокладки – инженерная задача, включающая два ключевых расчета:

1. Электрический расчет: Определение минимального сечения жилы по допустимому длительному току нагрузки (ПУЭ, Глава 1.3) и потере напряжения.
2. Механический расчет: Проверка кабеля и троса на механическую прочность. Учитывается:
   • Вес кабеля/провода.
   • Длина пролета.
   • Толщина стенки гололеда (по региону).
   • Скорость ветра.
   • Температурный режим (минимальная температура определяет максимальное натяжение).

   Расчет ведется на условие максимальной нагрузки (гололед + ветер) и на условие наибольшей стрелы провеса (высокая температура).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается СИП от обычного ВВГ, подвешенного на тросе?

СИП – это комплексная система, где изоляция рассчитана на постоянное воздействие УФ, а несущий элемент является частью конструкции. Он монтируется с помощью специальной арматуры, обеспечивающей надежность и безопасность. ВВГ, даже в ПЭ оболочке, не является самонесущим, требует отдельного расчета и крепления троса, а его арматура для подключения менее технологична. СИП обеспечивает более высокую надежность и безопасность ВЛ 0.4-10 кВ.

Можно ли использовать кабель ВВГ для постоянной прокладки по воздуху на улице?

Стандартный ВВГ в ПВХ оболочке не предназначен для постоянного воздействия солнечного света и мороза. Его использование для открытой воздушной прокладки не рекомендуется и может привести к быстрому разрушению оболочки, растрескиванию и выходу из строя. Допускается кратковременное применение (например, временное энергоснабжение) или прокладка в гофрированной трубе, защищающей от УФ. Для постоянных трасс следует выбирать кабели с маркировкой оболочки «ПЭ» (полиэтилен) или «СИП».

Как выбрать сечение несущего троса для подвески кабеля?

Сечение и материал троса выбираются по расчету на механическую прочность, исходя из суммарной нагрузки: вес кабеля, возможное обледенение, ветровое давление. Расчет выполняется согласно ПУЭ (Глава 2.4) и нормативным документам на проектирование ВЛ. Как правило, используют оцинкованные стальные тросы сечением от 35 мм² и выше. Важно, чтобы запас прочности троса был не менее 2.5.

Что означает маркировка «ож» в кабеле АВВГ-ож и важно ли это для воздушной прокладки?

Маркировка «ож» означает, что токопроводящая жила выполнена однопроволочной (одножильной). Для воздушной прокладки на тросе это часто предпочтительнее, так как однопроволочная жила обладает большей жесткостью и прочностью на разрыв по сравнению с многопроволочной того же сечения, что уменьшает ее растяжение под действием собственного веса. Однако она менее гибкая.

Какой кабель лучше для ответвления от воздушной линии к частному дому: СИП-4 или ВВГ?

Безусловно, СИП-4. Он предназначен именно для таких задач: самонесущий, стойкий к атмосферным воздействиям, не требует отдельного троса. Монтаж осуществляется с помощью прокалывающих зажимов, что обеспечивает герметичность и скорость подключения. ВВГ для этой цели потребует монтажа несущего троса, герметичных концевых заделок и менее надежен в длительной перспективе.

Каков срок службы СИП на воздушной линии?

Номинальный срок службы самонесущих изолированных проводов (СИП), изготовленных согласно ГОСТ, составляет не менее 40 лет. Реальный срок зависит от качества монтажа, климатических условий и воздействия агрессивных сред. Изоляция из сшитого полиэтилена сохраняет свои свойства десятилетиями.

Нужно ли заземлять несущий трос при подвеске на него кабеля?

Да, стальной несущий трос должен быть заземлен на каждой опоре. Это требование безопасности (ПУЭ), которое обеспечивает защиту от перенапряжений при грозе или замыкании на трос, а также защиту от электрокоррозии.