Кабели монтажные 4 кВ

Классификация и конструкция монтажных кабелей на 4 кВ

Монтажные кабели на напряжение 4 кВ представляют собой специализированную группу кабельно-проводниковой продукции, предназначенную для неподвижного присоединения электрооборудования, аппаратов, сборных шин распределительных устройств (РУ) и силовых трансформаторов к электрическим сетям среднего класса напряжения. Основное их отличие от силовых кабелей – отсутствие наружных защитных покровов (бронепокровов) и, как следствие, применение исключительно внутри закрытых распределительных устройств (ЗРУ) и других помещений с защитой от механических повреждений и прямого воздействия окружающей среды.

Основные сферы применения:

• Внутренняя разводка в ячейках КРУ (комплектных распределительных устройств) и КТП (комплектных трансформаторных подстанций).
• Соединение ячеек РУ между собой.
• Подключение силовых трансформаторов к распределительным устройствам.
• Монтаж цепей ввода и вывода в устройствах плавного пуска и частотных преобразователях.

Конструктивные элементы

1. Токопроводящая жила:
   • Материал: Медь или алюминий. Медные жилы обладают более высокой проводимостью, стойкостью к окислению и лучшими механическими характеристиками, что делает их предпочтительными для ответственных соединений и при ограниченном пространстве. Алюминиевые жилы применяются для экономии средств в менее требовательных установках, однако требуют большего сечения для обеспечения той же токовой нагрузки.
   • Класс гибкости: Для монтажных кабелей 4 кВ, как правило, применяются жилы класса 2 (твердые) или класса 1 (полутвердые) по ГОСТ 22483. Это обусловлено необходимостью обеспечения жесткости и сохранения формы после монтажа для надежного контакта в клеммных соединениях. Гибкие жилы (класс 3 и выше) используются реже, в основном для подключения вибрирующего оборудования.
   • Форма: Жилы могут быть круглыми или секторными (сегментными). Секторные жилы применяются для оптимизации пространства в кабеле и уменьшения его общего диаметра.
2. Изоляция:
   • Материал: Основными материалами для изоляции кабелей на 4 кВ являются сшитый полиэтилен (XLPE) и этиленпропиленовая каучуковая резина (EPR).
   • Сшитый полиэтилен (XLPE): Обладает высокими диэлектрическими характеристиками, стойкостью к тепловому старению, высокой допустимой температурой длительной эксплуатации (до 90°C). Кабели с XLPE имеют меньший наружный диаметр и массу по сравнению с резиновой изоляцией при аналогичных характеристиках.
   • Этиленпропиленовая резина (EPR): Отличается исключительной гибкостью, стойкостью к многократным изгибам, трекингу и воздействию озона. Кабели с EPR-изоляцией часто предпочитают в условиях сложного монтажа, при наличии вибраций и в местах, где требуется высокая стойкость к перегрузкам.
   • Толщина изоляции стандартизирована и зависит от номинального напряжения. Для 4 кВ (фактически для кабелей на номинальное напряжение 3,6/6 кВ) толщина typically составляет от 2,5 до 3,5 мм.
3. Экран:
   • Является обязательным элементом для кабелей на напряжение 3 кВ и выше. Его назначение – выравнивание электрического поля вокруг жилы, снижение тангенциальных напряжений в изоляции и защита от внешних электромагнитных помех.
   • Конструкция: Обычно состоит из полупроводящего экрана (наложенного непосредственно на изоляцию) и металлического экрана.
   • Полупроводящей экран (conductive screen) изготавливается из полупроводящего сшитого полиэтилена или экструдированной полупроводящей резины.
   • Металлический экран выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, оплетки из медных проволок или их комбинации. Экран из медных проволок также служит в качестве заземляющего проводника и проводника для токов короткого замыкания.
4. Наружная оболочка:
   • Защищает внутренние элементы кабеля от механических повреждений, воздействия влаги, масел, химических веществ и обеспечивает стойкость к распространению горения.
   • Материал: Поливинилхлорид (ПВХ) различных рецептур, безгалогенные полимеры (LSZH — Low Smoke Zero Halogen), полимеры на основе полиэтилена.
   • Цвет: Как правило, черный, оранжевый или красный для легкой идентификации в пучках кабелей.

Технические характеристики и выбор кабеля

Номинальное напряжение

Для кабелей на 4 кВ используется стандартизированное обозначение напряжения U0/U (Um):

• U0 – номинальное напряжение между жилой и землей (экраном). Для данного класса составляет 3,6 кВ.
• U – номинальное напряжение между жилами. Для данного класса составляет 6 кВ.
• Um – максимальное наибольшее рабочее напряжение сети, для которой предназначен кабель. Составляет 7,2 кВ.

Таким образом, стандартное обозначение – 3,6/6 (7,2) кВ.

Токовая нагрузка

Длительно допустимый ток нагрузки зависит от множества факторов: сечения жилы, материала жилы, способа прокладки (одиночная прокладка, в пучке, в лотке, в трубе), температуры окружающей среды и типа изоляции.

Таблица 1: Примерные значения длительно допустимых токов нагрузки для медных монтажных кабелей 3,6/6 кВ с изоляцией из XLPE, проложенных одиночно в воздухе при температуре окружающей среды +40°C

Сечение жилы, мм²	Длительно допустимый ток, А
16	130
25	170
35	210
50	260
70	320
95	385
120	445
150	505
185	570
240	665

Примечание: Для алюминиевых жил значения токов следует умножить на коэффициент примерно 0,77. При групповой прокладке вводятся понижающие коэффициенты (0,85-0,9 для двух кабелей, 0,75-0,8 для трех и более).

Токи короткого замыкания

Кабель должен выдерживать термическое воздействие токов короткого замыкания (КЗ) в течение времени, пока срабатывает защита. Расчет ведется по формуле:
I²t = (S * K)², где:

• I – ток КЗ, кА;
• t – время отключения, с;
• S – сечение жилы, мм²;
• K – константа, зависящая от материала жилы и изоляции (для меди с XLPE K ≈ 143 А·с¹/²/мм²).

Таблица 2: Допустимые токи термической стойкости для медных жил (t=1с)

Сечение жилы, мм²	Допустимый ток КЗ, кА (t=1с)
25	35.8
50	71.5
95	135.9
150	214.5
240	343.2

Условия прокладки и монтажа

• Радиус изгиба: Минимально допустимый радиус изгиба является критическим параметром. Для кабелей с однопроволочными жилами он обычно составляет не менее 10-12 наружных диаметров кабеля. Для кабелей с многопроволочными жилами или с EPR-изоляцией – 6-8 диаметров.
• Температурный режим:
  • Длительная рабочая температура: от -50°C до +90°C (для XLPE).
  • Максимальная температура при коротком замыкании (до 5 сек): +250°C для XLPE, +220°C для EPR.
  • Минимальная температура монтажа: -15°C для кабелей с ПВХ оболочкой, -20°C и ниже для кабелей с морозостойкой оболочкой. При более низких температурах монтаж запрещен из-за риска повреждения изоляции и оболочки.
• Стойкость к распространению горения: Кабели для прокладки в ЗРУ должны соответствовать категориям нераспространения горения: по ГОСТ Р МЭК 60332-1-2 (одиночная прокладка) или, что более важно, по ГОСТ Р МЭК 60332-3-Категория С (групповая прокладка с испытанием на пламенное горение). Для объектов с повышенными требованиями к безопасности (метро, АЭС, ТЭЦ) применяются кабели с оболочкой LSZH, которые при горении выделяют минимальное количество дыма и коррозионно-активных газов.

Маркировка и стандартизация

Монтажные кабели производятся в соответствии с национальными и международными стандартами.

• ГОСТ: В России основным стандартом является ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ».
• МЭК: Международный стандарт IEC 60502-2 распространяется на кабели на напряжение от 6 кВ до 30 кВ.

Типовые обозначения марок:

• ПвП – с изоляцией из сшитого полиэтилена, с медным экраном из проволок, в оболочке из ПВХ.
• АПвП – то же, но с алюминиевой жилой.
• ПвПу – с изоляцией из сшитого полиэтилена, с экраном из медной ленты, в оболочке из ПВХ.
• КГВЭ – кабель гибкий силовой с медной жилой, с резиновой изоляцией (EPR), с экраном, в ПВХ оболочке для тяжелых условий эксплуатации.

Сравнительный анализ материалов изоляции

Таблица 3: Сравнение изоляции XLPE и EPR

Характеристика	Сшитый полиэтилен (XLPE)	Этиленпропиленовая резина (EPR)
Диэлектрическая прочность	Очень высокая	Высокая
Гибкость	Удовлетворительная	Отличная
Стойкость к влаге	Высокая	Высокая
Стойкость к нагреву	До 90°C (длит.)	До 90°C (длит.)
Стойкость к трекингу	Хорошая	Превосходная
Стойкость к удару и изгибу	Средняя	Высокая
Минимальный радиус изгиба	Больший (10-12D)	Меньший (6-8D)
Стойкость к перегрузкам	Хорошая	Очень высокая
Относительная стоимость	Ниже	Выше

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем ключевое отличие монтажного кабеля 4 кВ от силового?
Монтажный кабель предназначен для стационарной прокладки внутри электротехнических помещений (ЗРУ, КРУ) и не имеет бронепокрова, защищающего от механических воздействий извне. Силовой кабель, как правило, имеет бронепокров (стальные ленты или оцинкованная проволока) и защитные outer покровы, позволяющие прокладывать его в земле (траншеях), кабельных каналах и по открытому воздуху.

2. Можно ли прокладывать монтажный кабель 4 кВ в земле?
Нет, категорически запрещено. Отсутствие бронепокрова делает его уязвимым для механических повреждений при давлении грунта, работах землеройной техники, а также для воздействия грунтовых вод и агрессивных сред. Для прокладки в земле необходимо применять силовые бронированные кабели, например, АВБбШв или ПвБбШв.

3. Как правильно выбрать сечение монтажного кабеля?
Выбор сечения производится по трем основным критериям:

• По длительно допустимому току нагрузки: Расчетный ток в цепи должен быть меньше или равен допустимому току для выбранного сечения с учетом всех поправочных коэффициентов (на групповую прокладку, температуру окружающей среды).
• По потере напряжения: Особенно актуально для длинных линий. Потеря напряжения не должна превышать установленных норм (например, 5% для электродвигателей).
• По термической стойкости к токам КЗ: Проверка, что кабель выдержит расчетный ток короткого замыкания за время срабатывания защиты.

4. Почему при монтаже важно соблюдать минимальный радиус изгиба?
Превышение минимального радиуса изгиба может привести к необратимому повреждению изоляции и экрана. В изоляции возникают микротрещины, происходит локальное искажение электрического поля, что резко снижает диэлектрическую прочность и срок службы кабеля. В экране из ленты возможен его разрыв.

5. Что означает маркировка «нг(А)-LS» на кабеле?
Эта маркировка указывает на повышенные требования к пожарной безопасности:

• «нг» – не распространяющий горение при групповой прокладке.
• «(А)» – высшая категория по испытаниям на нераспространение горения (пониженное выделение тепла при горении).
• «LS» (Low Smoke) – пониженное дымовыделение при возгорании.
  Кабели с такой маркировкой обязательны для применения на объектах с массовым пребыванием людей и на ответственных промышленных предприятиях.

6. Нужно ли заземлять экран монтажного кабеля 4 кВ и если да, то как?
Да, экран подлежит обязательному заземлению с обеих сторон. Это необходимо для обеспечения электробезопасности, выравнивания потенциалов и нормальной работы релейной защиты. Заземление осуществляется с помощью медных оплеток или специальных концевых заделок (муфт), которые обеспечивают надежный контакт экрана с землей.

7. Какой кабель лучше для подключения мощного двигателя с частыми пусками: с XLPE или EPR изоляцией?
Для приводов с тяжелыми условиями пуска (высокие пусковые токи, вибрация) часто предпочтительнее кабель с EPR-изоляцией. Его высокая гибкость и стойкость к многократным термоциклам (нагрев-остывание) обеспечивает больший ресурс в таких эксплуатационных режимах.

8. Каков средний срок службы монтажных кабелей 4 кВ?
При соблюдении условий эксплуатации, монтажа и норм токовой нагрузки, срок службы кабелей с изоляцией из XLPE и EPR составляет не менее 30 лет.