Кабели силовые 15 кВ сечение 800 мм с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые на напряжение 15 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением 800 мм²: технические характеристики, конструкция и применение

Силовые кабели на напряжение 15 кВ с сечением токопроводящей жилы 800 мм² и пластмассовой (полимерной) изоляцией представляют собой высокотехнологичную продукцию, предназначенную для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. В современной электроэнергетике они являются ключевым элементом кабельных линий среднего класса напряжения, используемых в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью. Основным материалом изоляции для данного класса напряжения является сшитый полиэтилен (XLPE), что и подразумевается под термином «пластмассовая изоляция» в профессиональной среде.

Конструкция кабеля 15 кВ 800 мм²

Конструкция кабеля является многослойной, каждый элемент выполняет критически важную функцию. Рассмотрим типовую конструкцию кабеля марки АПвВнг(А)-15 кВ 1х800 или АПвВнг(А)-15 кВ 3х800.

• Токопроводящая жила: Сечение 800 мм². Выполняется из медной или алюминиевой проволоки (соответственно, маркировка «А» в начале). Для такого большого сечения жила, как правило, секторной или сегментной формы для компактности, состоит из множества проволок, скрученных в несколько слоев. Медь обеспечивает более высокую проводимость и механическую прочность, алюминий — меньший вес и стоимость.
• Экран по жиле (для кабелей на напряжение от 6 кВ): Обязательный элемент. Представляет собой экструдированный слой полупроводящего сшитого полиэтилена. Он выравнивает электрическое поле вокруг жилы, устраняя микроскопические неровности и предотвращая локальные перенапряжения в изоляции.
• Изоляция: Основной слой из сшитого полиэтилена (XLPE). Номинальная толщина для напряжения 15 кВ составляет, согласно ГОСТ или МЭК, примерно 5.5-6.5 мм. Сшивание молекул полиэтилена (химическое или радиационное) придает материалу повышенную термостойкость (до 90°C в длительном режиме и до 250°C при КЗ), механическую прочность и стойкость к трекингу.
• Экран по изоляции: Также выполняется из полупроводящего сшитого полиэтилена. Вместе с экраном по жиле образует коаксиальную систему, ограничивающую электрическое поле внутри кабеля.
• Металлический экран (заземляющий): Выполняется в виде медной ленты, наложенной продольно или в виде оплетки из медных проволок. Для сечения 800 мм² часто применяется комбинированный экран: медные проволоки + медная лента. Его функция — защита от электромагнитных помех, обеспечение симметрии поля, а также использование в качестве проводника для токов утечки и, что критично, для токов короткого замыкания.
• Поясная изоляция: Обмотка из электротехнической пленки или нетканого материала, наложенная поверх металлического экрана для его фиксации и защиты.
• Защитная оболочка: Внешний слой из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката пониженной горючести (нг), полиэтилена (в) или безгалогенных композиций (нг-HF). Обеспечивает механическую и химическую защиту, а также выполняет противопожарные требования. Маркировка «нг(А)» означает нераспространение горения при групповой прокладке по категории А.

Ключевые технические параметры и характеристики

Параметры регламентируются стандартами ГОСТ 31996-2012 (Россия), МЭК 60502-2 (международный).

Таблица 1. Основные электрические и механические параметры кабеля 15 кВ 800 мм² (XLPE, алюминий/медь)

Параметр	Значение для алюминиевой жилы	Значение для медной жилы	Примечание
Номинальное напряжение U0/U (Um), кВ	8.7/15 (17.5)		U0 — напряжение между жилой и землей, U — между жилами
Максимально допустимая температура жилы в длительном режиме, °C	90
Максимальная температура при КЗ (до 5 сек), °C	250
Допустимый ток нагрузки (Iдоп) при прокладке в земле (траншея), А*	~ 580 — 620	~ 750 — 800	*Зависит от условий прокладки: глубина, температура грунта, число кабелей в траншее
Допустимый ток нагрузки при прокладке в воздухе, А*	~ 520 — 560	~ 680 — 720	*Зависит от температуры воздуха, солнечной радиации, расположения
Сопротивление жилы постоянному току при 20°C, Ом/км, не более	0.0371	0.0221	По ГОСТ 31996-2012
Емкость, мкФ/км	~ 0.30 — 0.35		Приблизительное значение
Индуктивное сопротивление, Ом/км	~ 0.11 — 0.13		Приблизительное значение
Минимальный радиус изгиба при монтаже	20 x D (наружного диаметра кабеля)		Для одножильных кабелей

Области применения и особенности прокладки

Кабели данного типа применяются для создания магистральных и распределительных линий в сетях 10(15) кВ. Основные сферы применения:

• Вводы и выводы с подстанций и ГРУ.
• Питание крупных промышленных предприятий, насосных и компрессорных станций.
• Кабельные линии в крупных городах (городские распределительные сети).
• Прокладка через водные преграды, в туннелях, коллекторах, по эстакадам.
• Питание объектов инфраструктуры: аэропорты, вокзалы, метрополитен.

Особенности прокладки и монтажа: Из-за большого сечения (800 мм²) и, как следствие, значительного веса и жесткости, монтаж требует применения специальной техники (кабельные барабаны, направляющие ролики, лебедки). Критически важно соблюдать минимальный радиус изгиба (обычно не менее 1.2 — 1.5 метров для одножильного кабеля). При прокладке в земле необходима песчаная подушка и защита от механических повреждений (бетонные плиты, сигнальная лента). Для однофазных кабелей (1х800) при переменном токе необходимо учитывать возникновение вихревых токов в металлических экранах, поэтому применяется перекрестное соединение экранов и их заземление в специальных точках (по концам линии и, при большой длине, в промежуточных точках).

Сравнение с кабелями с бумажно-масляной изоляцией

Кабели с изоляцией из XLPE вытесняют традиционные кабели с бумажно-масляной изоляцией (СБ, ЦСБ) благодаря ряду преимуществ:

• Более высокая допустимая температура: 90°C против 70-80°C, что позволяет пропускать больший ток нагрузки.
• Отсутствие риска утечки масла и, как следствие, меньшие экологические риски и упрощение монтажа вертикальных трасс.
• Большая стойкость к ударным нагрузкам и изгибам.
• Упрощение монтажа муфт и концевых заделок (не требуется слив и заправка масла).
• Меньший вес и более простая транспортировка.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какой материал жилы предпочтительнее для сечения 800 мм²: медь или алюминий?

Выбор зависит от технико-экономического расчета. Медь имеет примерно на 30% меньшие потери, большую стойкость к механическим нагрузкам и коррозии, но стоимость кабеля с медной жилой в 2-2.5 раза выше. Алюминий легче и дешевле. Для ответственных объектов с высокими нагрузками, ограничениями по габаритам (например, в туннелях) часто выбирают медь. Для протяженных магистральных линий, где решающим фактором является капитальные затраты, может быть выбран алюминий.

2. Как рассчитывается ток короткого замыкания, который может выдержать кабель?

Термическая стойкость к току КЗ определяется сечением жилы и материалами изоляции и оболочки. Для кабеля 15 кВ 800 мм² с изоляцией XLPE допустимая температура при КЗ составляет 250°C. Расчет ведется по формуле: S = (I_кз / K)

• √t, где S — сечение (мм²), I_кз — ток КЗ (кА), t — время отключения КЗ (сек), K — коэффициент, зависящий от материала жилы (для меди ~141, для алюминия ~93). Для кабеля 800 мм² при времени отключения 1 секунда допустимый ток КЗ составляет примерно 112 кА для меди и 74 кА для алюминия.

3. Какие муфты используются для соединения и оконцевания таких кабелей?

Применяются специальные соединительные и концевые муфты на напряжение 15 кВ, рассчитанные на сечение 800 мм². Для кабелей с изоляцией XLPE используются муфты с холодной усадкой (на основе термоусаживаемых или эластомерных компонентов) или заливные муфты. Концевые муфты могут быть как для внутренней, так и для наружной установки. Критически важно, чтобы монтаж выполнялся квалифицированным персоналом с соблюдением технологии очистки полупроводящих экранов и обеспечения равномерного градиента напряжения.

4. Нужно ли учитывать потери в металлическом экране одножильного кабеля?

Да, обязательно. В одножильных кабелях при переменном токе в замкнутых на землю экранах наводятся циркулирующие токи, которые могут достигать 70-90% от тока жилы, приводя к значительным дополнительным потерям и нагреву. Для их снижения применяется схема «cross-bonding» (перекрестное соединение) экранов, при которой экраны трех фаз секционируются и соединяются так, чтобы сумма наведенных ЭДС в каждом малом цикле была близка к нулю. При малых длинах линии допустимо заземление экранов только по концам, но это требует проверки допустимых напряжений.

5. Какой стандарт определяет требования к таким кабелям в РФ?

Основным стандартом является ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ» и «на номинальное напряжение 6, 10, 20, 35 кВ». Он устанавливает требования к конструкции, материалам, электрическим и механическим параметрам, методам испытаний. Для кабелей, поставляемых на экспорт или для крупных проектов, часто используются международные стандарты МЭК 60502-2 или национальные стандарты заказчика (например, DIN VDE 0276-620).