Кабели силовые 1 жильные 35 кВ с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые одножильные на напряжение 35 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты

Силовые кабели на напряжение 35 кВ с пластмассовой изоляцией представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 35 кВ частотой 50 Гц. Основное преимущество данной категории кабелей заключается в применении полимерных изоляционных материалов, которые обеспечивают высокие электрические и эксплуатационные характеристики при сравнительно простом монтаже и обслуживании.

Конструкция одножильного кабеля 35 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее детально, начиная от центра.

• Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия (марка А) или меди (марка М). Для сечений от 50 мм² и выше, как правило, применяется секторная или сегментная форма для обеспечения компактности. Жила может быть однопроволочной (для меньших сечений) или многопроволочной, скрученной из отдельных проволок.
• Экран на жиле (полупроводящей экран). Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или в виде полупроводящей ленты. Его основная функция – выравнивание электрического поля, устранение микроскопических воздушных включений между жилой и изоляцией и предотвращение возникновения частичных разрядов.
• Изоляция. Основной изоляционный слой. Для кабелей на 35 кВ применяется исключительно сшитый полиэтилен (XLPE). Данный материал обладает высокой электрической прочностью (не менее 20-25 кВ/мм), отличной термостойкостью (длительно допустимая температура жилы +90°C), стойкостью к тепловому старению и воздействию коротких замыканий (до +250°C). Толщина изоляции нормируется стандартами (например, ГОСТ 31996-2012 или МЭК 60502-2) и для 35 кВ составляет, как правило, 10.5 – 12.0 мм.
• Экран на изоляции (полупроводящей экран). Наносится поверх изоляции аналогично внутреннему экрану. Образует совместно с жилой коаксиальную систему, обеспечивая цилиндрическую симметрию электрического поля и его заключение внутри изоляции.
• Металлический экран (заземляющий). Располагается поверх внешнего полупроводящего экрана. Выполняет несколько критически важных функций: защита от внешних электромагнитных помех, обеспечение симметрии поля, отвод токов утечки и, главное, создание безопасного пути для токов короткого замыкания. В одножильных кабелях 35 кВ применяются:
  • Медные или алюминиевые гофрированные ленты (гладкие или гофрированные).
  • Экраны из медных проволок, наложенных спирально поверх проводящей ленты.
  • Комбинированные экраны (лента + проволоки).
• Защитный покров (оболочка). Внешний слой, защищающий все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, химических воздействий и распространения пламени. Выполняется из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката или полиэтилена (PE, HDPE). Для кабелей с требованием нераспространения горения применяются специальные композиции ПВХ пониженной горючести или безгалогенные материалы с низким дымовыделением (LSZH).

Ключевые технические характеристики и параметры

Эксплуатация кабеля определяется рядом нормируемых параметров.

Таблица 1. Основные электрические и температурные характеристики

Параметр	Значение / Описание	Нормативный документ (пример)
Номинальное напряжение U0/U (Um)	20,5 / 35 кВ (40,5 кВ)	ГОСТ 31996, МЭК 60502
Длительно допустимая температура жилы	+90 °C	То же
Максимальная температура при КЗ	+250 °C (продолжительность до 5 с)	То же
Допустимая температура перегрузки	+130 °C	То же
Минимальная температура монтажа (без предварительного подогрева)	-20 °C для ПВХ, -25 °C для PE	То же
Сопротивление изоляции	Не менее 1000 МОм·км	То же
Испытательное переменное напряжение промышленной частоты	65 кВ (на протяжении 10 мин. для готового кабеля)	То же

Таблица 2. Примеры сечений жил и массогабаритных показателей (алюминиевая жила, XLPE-изоляция, ПВХ оболочка)

Сечение жилы, мм²	Примерный наружный диаметр, мм	Примерная масса 1 км кабеля, кг	Допустимый длительный ток в земле (грунт 1.2 К·м/Вт), А	Допустимый длительный ток в воздухе, А
50	55-60	2500-2800	190-210	215-235
95	60-65	3200-3500	250-275	280-305
150	65-70	3900-4300	310-340	345-375
240	75-80	5300-5800	390-425	430-465
400	85-90	7200-7800	510-550	560-600

Примечание: Точные значения зависят от конкретной конструкции и производителя. Данные по токам приведены ориентировочно и требуют точного расчета для каждого случая прокладки.

Области применения и способы прокладки

Одножильные кабели 35 кВ находят применение в следующих областях:

• Вводы и выводы с подстанций и распределительных устройств (РУ).
• Питание мощных промышленных потребителей (заводы, фабрики, горнодобывающие предприятия).
• Создание распределительных сетей в крупных городах (городской кабельный коллектор).
• Прокладка по мостам, эстакадам, в тоннелях.
• Устройство ответвлений от воздушных линий (ВЛ) 35-110 кВ.

Способы прокладки определяются условиями проекта:

• Прокладка в земле (траншее). Требует защиты механическими плитами или кирпичом при глубине менее 1 м, а также устройства подсыпки и засыпки песком. Обязательно наличие сигнальной ленты.
• Прокладка в кабельных сооружениях: туннелях, коллекторах, этажах, галереях. Крепление осуществляется с помощью кабельных конструкций (полок, лотков, кронштейнов).
• Прокладка в воздухе (по фасадам, эстакадам). Требует учета ветровых и гололедных нагрузок, УФ-излучения (оболочка должна быть устойчивой).

Важнейшая особенность одножильных кабелей: при протекании переменного тока вокруг каждой жилы возникает переменное магнитное поле, наводящее вихревые токи в металлических экранах и оболочках, что приводит к дополнительным потерям и нагреву. Поэтому правильное заземление экранов является критичным.

Схемы заземления экранов одножильных кабелей

• Одностороннее заземление. Экран заземляется только в одной точке трассы. Прерывает путь для циркулирующих токов, но при КЗ или перенапряжениях на другом конце может возникнуть опасная разность потенциалов. Применяется для коротких линий.
• Двустороннее заземление. Экран заземляется на обоих концах линии. Наиболее распространенная схема. Обеспечивает безопасность, но приводит к появлению циркулирующих токов в экране (токов, наведенных магнитным полем жилы), вызывающих дополнительные потери мощности (до 3-5% от потерь в жиле).
• Поперечное соединение (cross-bonding). Применяется для трехфазных линий, проложенных в одной траншее. Экраны секционируются на примерно равные участки и перекрестно соединяются между фазами, а затем заземляются в определенных точках. Эта схема позволяет свести к минимуму циркулирующие токи, компенсируя магнитные поля фаз. Требует устройства специальных муфт и пунктов перекрестного соединения.

Сопутствующая арматура для монтажа

Для создания надежной кабельной линии требуются:

• Концевые муфты (КНС) наружной и внутренней установки. Обеспечивают переход с кабеля на воздушную линию или оборудование РУ, герметизацию конца кабеля, контроль заземления экрана.
• Соединительные муфты. Для соединения двух отрезков кабеля по длине. Должны полностью воспроизводить конструкцию кабеля и обеспечивать герметичность.
• Стопорные муфты. Используются в системах с поперечным соединением экранов для изоляции секций.
• Зажимы заземления экрана. Для надежного электрического соединения экрана с землей.
• Маркировочные аксессуары. Бироки, термоусаживаемые маркеры для обозначения трассы и фаз.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) от кабеля с бумажно-масляной изоляцией (БМИ)?

Кабели с XLPE-изоляцией не требуют сложной системы подпитки маслом, имеют меньший вес и радиус изгиба, допускают прокладку на вертикальных участках без ограничений по перепаду высот. Они более экологичны (отсутствие масла), проще в монтаже и обслуживании. БМИ-кабели, несмотря на высокую надежность и долгую историю применения, постепенно вытесняются полимерными аналогами.

Почему в одножильных кабелях 35 кВ возникают циркулирующие токи в экранах и как с ними бороться?

Циркулирующие токи возникают из-за того, что металлический экран, заземленный с двух сторон, образует замкнутый контур, который пронизывается переменным магнитным потоком от тока в жиле. Это приводит к наведению ЭДС и протеканию тока по экрану. Для борьбы с этим явлением применяют схемы поперечного соединения (cross-bonding), которые компенсируют суммарный магнитный поток от трех фаз, или используют одностороннее заземление на коротких линиях.

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля 35 кВ?

Выбор сечения осуществляется по следующим критериям, в порядке приоритета: 1) По допустимому длительному току нагрузки (нагреву) с учетом способа прокладки и условий окружающей среды; 2) По экономической плотности тока (для оптимизации капитальных и эксплуатационных затрат); 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания; 4) По допустимой потере напряжения (для протяженных линий). Расчет должен выполняться в соответствии с ПУЭ и другими нормативными документами.

Каковы основные причины повреждений таких кабелей и методы диагностики?

Основные причины: повреждения при монтаже (заломы, превышение радиуса изгиба), дефекты муфт (нарушение технологии монтажа), сторонние механические воздействия (раскопки), старение изоляции, частичные разряды в дефектах. Методы диагностики: измерение сопротивления изоляции мегаомметром (2.5 кВ), испытание повышенным выпрямленным напряжением, диагностика частичных разрядов, рефлектометрия (импульсный или колебательный разрядный метод) для локализации повреждения.

Обязательно ли использовать кабели с негорючей оболочкой в тоннелях и зданиях?

Да, согласно требованиям пожарной безопасности (СП, ПУЭ), в кабельных сооружениях, производственных зданиях, общественных и многофункциональных комплексах должны применяться кабели с оболочкой из материалов, не распространяющих горение, с низким дымовыделением и без выделения коррозионно-активных газообразных продуктов (галогенов). Как правило, это кабели с маркировкой «нг(А)-LS» или «нг(А)-HF». Использование обычного ПВХ в таких случаях недопустимо.

Какой документ является основным для определения требований к кабелям 35 кВ в РФ?

Основным национальным стандартом является ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ» и его более новые редакции, распространяющиеся и на напряжение 35 кВ. Также применяются межгосударственные стандарты (ГОСТ IEC 60502-2) и, безусловно, Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ, глава 2.3 и 2.4), которые содержат требования к прокладке и защите.