Кабели силовые 3-х жильные 3 кВ с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые 3-х жильные на напряжение 3 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение, стандарты

Силовые кабели на напряжение 3 кВ с пластмассовой изоляцией и тремя токопроводящими жилами являются ключевым элементом в системах распределения электроэнергии среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках с номинальным переменным напряжением 3000 В частотой 50 Гц. Основное их преимущество перед кабелями с бумажно-масляной изоляцией заключается в простоте монтажа и эксплуатации, отсутствии необходимости в сложных концевых муфтах с поддержанием уровня масла, а также в повышенной стойкости к механическим и климатическим воздействиям.

Конструктивные элементы кабеля

Конструкция кабеля типа, например, АПвВнг(А)-3кВ или АВВбШв-3кВ, является многослойной и каждый слой выполняет строго определенную функцию.

• Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия (А) или меди (обозначается отсутствием буквы или «К» в старых обозначениях). Для сечений от 50 мм² и выше, как правило, применяется секторная или сегментная форма для компактности. Жилы могут быть однопроволочными (для меньших сечений) или многопроволочными (гибкими).
• Изоляция жилы. Выполняется из сшитого полиэтилена (обозначение «Пв» или «П») или поливинилхлоридного пластиката («В»). Сшитый полиэтилен (XLPE) обладает превосходными электрическими и термическими характеристиками: более высокая допустимая температура длительной нагрузки (90°C против 70°C у ПВХ), стойкость к тепловым ударам, низкие диэлектрические потери.
• Поясная изоляция. Поверх изолированных жил накладывается общий слой изоляции, часто в виде экструдированной ленты из того же материала, что и изоляция жил, что формирует единый изоляционный сердечник.
• Экран по изоляции. Обязательный элемент для кабелей на 3 кВ. Выполняется в виде полупроводящего экструдированного слоя или наложенной полупроводящей ленты. Его назначение – выравнивание электрического поля вокруг жилы, предотвращение поверхностных разрядов и коронного разряда.
• Нулевая жила (при наличии). В кабелях марки 3+1 может присутствовать жила меньшего сечения, предназначенная для подключения нейтрали.
• Заполнитель. Пространство между изолированными жилами заполняется эластичным материалом (например, ПВХ пониженной горючести или резиновыми жгутами) для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
• Поясная оболочка. Часто представляет собой экструдированный слой из того же материала, что и изоляция, поверх экрана.
• Экран (заземляющий). Выполняется в виде медной или алюминиевой фольги в виде ленты с нахлестом или оплетки из медных луженых проволок. Предназначен для защиты от электромагнитных помех, обеспечения симметрии электрического поля и для безопасного стекания токов короткого замыкания на землю.
• Броня (при наличии). Для кабелей, требующих повышенной механической защиты (прокладка в земле, в траншеях, в условиях риска повреждения грызунами), применяется броня из двух стальных оцинкованных лент (обозначение «Б») или круглых/плоских стальных оцинкованных проволок («К»). Под броней и поверх нее накладываются подушка и защитный покров для предотвращения коррозии и повреждения изоляции.
• Наружная оболочка. Защищает все внутренние элементы от воздействия влаги, агрессивных сред, механических повреждений. Выполняется из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). В зависимости от состава композиции, оболочка может обладать свойствами нераспространения горения (нг), пониженным дымовыделением и газовыделением (LS), отсутствием галогенов (HF).

Основные марки и их расшифровка

Маркировка кабелей осуществляется согласно ГОСТ 31996-2012 и ТУ производителей. Рассмотрим типичные примеры:

• АПвВнг(А)-3кВ: А – алюминиевая жила, Пв – изоляция из сшитого полиэтилена, В – оболочка из ПВХ, нг(А) – нераспространение горения по категории А, 3кВ – номинальное напряжение.
• АВВбШв-3кВ: А – алюминиевая жила, В – изоляция из ПВХ, В – оболочка из ПВХ, б – броня из двух стальных лент, Шв – защитный шланг из ПВХ.
• ПвПнг(А)-3кВ: Жила медная (отсутствие «А»), Пв – изоляция из сшитого полиэтилена, П – оболочка из полиэтилена, нг(А) – нераспространение горения, 3кВ – номинальное напряжение.

Области применения и способы прокладки

Кабели на 3 кВ с пластмассовой изоляцией применяются для питания мощных электроприемников промышленных предприятий (насосы, вентиляторы, компрессоры, трансформаторы собственных нужд), в системах электроснабжения городов (распределительные сети от ТП к многоквартирным домам), на объектах инфраструктуры (вокзалы, аэропорты), в шахтах (в специальном исполнении), на судах. Прокладка возможна:

• В земле (траншеях) с песчаной подушкой и защитой кирпичом или плитами (для бронированных марок).
• В кабельных каналах, туннелях, эстакадах, галереях.
• По стенам и конструкциям внутри зданий и сооружений (как правило, в небронированном исполнении с индексом «нг»).
• В блоках и трубах (при необходимости дополнительной защиты).

Важно: прокладка в воздухе (по опорам) для кабелей с ПВХ изоляцией не рекомендуется из-за негативного воздействия солнечного УФ-излучения, для этого применяются кабели с полиэтиленовой оболочкой.

Технические характеристики и выбор сечения

Ключевые параметры для выбора и эксплуатации:

• Номинальное напряжение U₀/U (Um): Для кабелей 3кВ это 1.8/3 (3.6) кВ. Где U₀ – напряжение между жилой и землей, U – междуфазное напряжение, U_m – максимальное рабочее напряжение.
• Допустимая длительная температура токопроводящей жилы: +70°C для ПВХ, +90°C для сшитого полиэтилена. В режиме перегрузки и короткого замыкания допускаются более высокие температуры.
• Минимальный радиус изгиба при прокладке: Обычно не менее 10-15 наружных диаметров кабеля для одножильных и 7.5-10 для многожильных.
• Сопротивление изоляции: Не менее 100 МОм·км при температуре +20°C.
• Испытательное напряжение переменным током промышленной частоты: 6.5 кВ в течение 10 минут для кабелей после изготовления.

Выбор сечения жил осуществляется по допустимому длительному току нагрузки с учетом способа прокладки, температуры окружающей среды, количества кабелей в пучке и наличия резервирования. Корректирующие коэффициенты приведены в ПУЭ 7-го издания.

Примерные данные по допустимым длительным токам для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE), проложенных в земле (однокабельная прокладка, температура грунта +20°C)

Сечение жилы, мм²	Медная жила, А	Алюминиевая жила, А
25	160	125
35	195	150
50	235	180
70	290	225
95	350	270
120	405	315
150	460	355
185	520	405

Примечание: Данные ориентировочные. Точные значения необходимо брать из технических каталогов производителя или нормативных документов для конкретных условий прокладки.

Стандарты и нормативная база

• ГОСТ 31996-2012: Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. Основополагающий стандарт, определяющий технические условия.
• ПУЭ 7-е издание: Правила устройства электроустановок. Регламентируют выбор, прокладку и защиту кабельных линий.
• СП 76.13330.2016: Свод правил по проектированию электроустановок.
• МЭК 60502-1: Международный стандарт, на который часто ориентируются производители для экспортной продукции.

Особенности монтажа и соединения

Монтаж требует соблюдения мер по предотвращению повреждения изоляции и экранов. При разделке конца кабеля необходимо аккуратно удалять экраны, обеспечивая плавный переход электрического поля с помощью полупроводящих лент или специальных трубок. Для соединения и ответвления применяются кабельные муфты: концевые (КНС, ПСТ) и соединительные (СС). Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена критически важно использовать муфты, предназначенные именно для этого типа изоляции, так как технология их монтажа (термоусадка, холодная усадка) учитывает особенности материала. Заземление экранов (брони) с двух сторон является обязательным требованием ПУЭ для обеспечения безопасности и нормальной работы релейной защиты.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями с изоляцией из ПВХ и сшитого полиэтилена (XLPE) на 3 кВ?

XLPE обладает более высокой термостойкостью (90°C против 70°C), что позволяет пропускать больший ток при том же сечении. Он имеет лучшие диэлектрические характеристики, меньшие диэлектрические потери, более высокую стойкость к тепловым ударам и растрескиванию. ПВХ дешевле и более гибок при низких температурах, но его применение сегодня ограничивается в пользу более современных и надежных решений на основе сшитого полиэтилена.

Обязательно ли наличие экрана у кабеля на 3 кВ?

Да, согласно ГОСТ 31996-2012, все кабели на напряжение 3 кВ и выше должны иметь экран по изоляции каждой жилы и/или общий экран. Это требование электробезопасности и обеспечения стабильности электрических параметров.

Когда применяется бронированный кабель, а когда нет?

Бронированные кабели (с индексом «б», «Б», «К») применяются при прокладке в земле (траншеях), в местах с риском механических повреждений, в том числе от грызунов. В кабельных сооружениях (тоннелях, эстакадах, по стенам внутри зданий), где такой риск минимален, допускается применение небронированных кабелей, но, как правило, с оболочкой, не распространяющей горение (нг).

Что означает индекс «нг(А)» в маркировке?

Индекс «нг» означает, что кабель не распространяет горение при групповой прокладке. Буква в скобках (А, В, С, D) указывает категорию по нераспространению горения согласно ГОСТ Р МЭК 60332-3. Категория «А» – наивысшая, означающая, что кабель испытывается в пучке наибольшего объема (7 литров горючего материала на 1 метр кабеля) и должен выдержать испытание. Это обязательное требование для прокладки в зданиях и помещениях.

Как правильно выбрать сечение нулевой жилы в кабеле 3+1?

В четырехжильных кабелях на 3 кВ сечение четвертой (нулевой) жилы, как правило, редуцировано. Его выбор зависит от ожидаемой нагрузки по нейтрали, наличия несимметрии и гармоник кратных трем. В большинстве случаев для распределительных сетей применяются кабели с нулевой жилой сечением, равным 50% или 35% от сечения фазных жил (например, 3х120+1х70 или 3х120+1х50). Точный расчет должен проводиться в проекте.

Требуется ли для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена специальная концевые муфты?

Да, абсолютно. Концевые муфты для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (типа КНСп, ПСТп) конструктивно учитывают необходимость контроля электрического поля в зоне среза экрана. В них используются внутренние полупроводящие и изоляционные слои (термоусаживаемые трубки или накладки из силикона/ЭПДМ), которые формируют плавный потенциал. Использование муфт, не предназначенных для XLPE, недопустимо и может привести к пробою изоляции.