К21
Классификация и стандартизация кабелей К21
Кабель К21 – это общепринятое обозначение в профессиональной среде для силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) на напряжение 20 кВ с медными жилами и броней из стальных оцинкованных проволок. Данная маркировка является упрощенной и базируется на немецком стандарте DIN VDE 0276-620 (часто называемом «норматив К21»), который детально описывает конструкцию, материалы и испытания кабелей среднего напряжения. Ключевой особенностью кабелей, соответствующих этому стандарту, является применение продольной герметизации жил для защиты от влаги, что критически важно для долговечной и надежной эксплуатации.
Конструкция кабеля К21
Конструкция кабеля К21 является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию. Типичная конструкция для кабеля на 20 кВ, 3-жильного, с сечением 3×150 мм² включает следующие элементы:
- Токопроводящая жила: Медь, круглая, компактированная или секторная (для уменьшения общего диаметра кабеля). Класс гибкости, как правило, 2 по МЭК 60228.
- Экран по жиле (проводящий слой): Полупроводящая сшитая полиэтиленовая лента или экструдированный слой. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения в изоляции.
- Изоляция: Сшитый полиэтилен (XLPE). Основной диэлектрический материал, обладающий высокой электрической прочностью, термостойкостью (допустимая температура длительной работы +90°C) и стойкостью к тепловому старению. Толщина изоляции нормирована стандартом (например, 5.5 мм для 20 кВ).
- Экран по изоляции (проводящий слой): Полупроводящая сшитая полиэтиленовая лента. В сочетании с экраном по жиле формирует коаксиальную систему, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции.
- Металлический экран (заземляющий): Медные проволоки, наложенные продольно или в виде оплетки. Предназначен для пропускания токов короткого замыкания и является нулевой точкой электрического поля. Для кабелей К21 часто применяется комбинация медных проволок и медной ленты.
- Герметизация: Ключевой элемент стандарта К21. Под оболочкой и/или поверх металлического экрана накладывается продольная алюмополимерная лента (ЛАПЛ) или аналогичный барьерный материал, обеспечивающий защиту от радиального проникновения влаги.
- Поясная изоляция: Битумизированная бумажная лента или полимерная лента, наложенная поверх герметизирующего слоя для дополнительной защиты и фиксации.
- Броня: Стальные оцинкованные проволоки круглого или плоского сечения, наложенные поверх подушки. Защищает кабель от механических повреждений (растяжения, удары, грызуны).
- Наружная оболочка: Поливинилхлорид (ПВХ) или полиэтилен (PE). Защищает броню от коррозии и обеспечивает стойкость к внешним воздействиям (УФ-излучение, химикаты). Цвет, как правило, черный.
- Испытание изоляции повышенным напряжением переменного тока промышленной частоты.
- Измерение сопротивления изоляции.
- Измерение параметров металлических экранов и брони (сопротивление, целостность).
- Испытание на стойкость к распространению горения (для кабелей с оболочкой из ПВХ).
- Проверка конструкции (толщины слоев, геометрии) и маркировки.
Технические характеристики и условия применения
Кабели К21 предназначены для стационарной прокладки в электрических сетях на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Они могут использоваться для прокладки в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, шахтах, а также на открытом воздухе при условии защиты от прямых солнечных лучей. Основные технические параметры приведены в таблице ниже.
Таблица 1. Основные технические параметры кабеля К21 на напряжение 20 кВ
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 12/20 кВ (24 кВ) |
| Диапазон рабочих температур жилы | От -50°C до +90°C (кратковременно до +130°C при КЗ, +250°C при перегрузке) |
| Минимальный радиус изгиба при прокладке | 15 x наружный диаметр кабеля (для многожильных бронированных) |
| Допустимый ток короткого замыкания (1 сек) | Зависит от сечения. Например, для 150 мм²: ~20 кА |
| Сопротивление изоляции | Не менее 1000 МОм·км при 20°C |
| Испытательное напряжение переменным током | 2.5U0 + 2 кВ (30 кВ) в течение 5 часов |
Сравнение с другими типами кабелей (К20, К22, К23)
Стандарт DIN VDE 0276-620 определяет несколько типов конструкций, различающихся по степени защиты от влаги и механическим характеристикам.
Таблица 2. Сравнение типов кабелей по стандарту DIN VDE 0276-620
| Тип кабеля | Конструктивные особенности | Тип брони | Защита от влаги | Типичная область применения |
|---|---|---|---|---|
| К20 | Без брони, с медными экранами | Нет | Продольная герметизация (ЛАПЛ) | Прокладка в кабельных каналах, туннелях, помещениях, где нет риска механических повреждений. |
| К21 | Броня из стальных оцинкованных проволок | Круглые проволоки | Продольная герметизация (ЛАПЛ) | Прокладка в земле (траншеях), в местах с риском механических воздействий, растягивающих нагрузок. |
| К22 | Броня из стальных оцинкованных лент | Две стальные ленты | Продольная герметизация (ЛАПЛ) | Прокладка в земле, защита от механических повреждений (сдавливание, удары), но без значительных растягивающих нагрузок. |
| К23 | Броня из стальных оцинкованных проволок | Круглые проволоки | Продольная и поперечная герметизация (заполнитель в межжильном пространстве) | Условия с возможным затоплением, в болотистой местности, при пересечении водоемов. Максимальная защита от влаги. |
Особенности монтажа и соединения
Монтаж кабелей К21 требует соблюдения строгих правил. Перед прокладкой необходимо проверить целостность оболочки и герметичность концевых заглушек. Радиус изгиба не должен быть меньше 15-кратного наружного диаметра кабеля. При прокладке в траншеях обязательна песчаная подушка толщиной не менее 10 см и защита кирпичом или сигнальной лентой. Броня кабеля подлежит обязательному заземлению с обоих концов для безопасности и нормальной работы защит.
Соединение и оконцевание выполняются с помощью специализированных муфт: соединительных, концевых (внутренней и наружной установки). Технология монтажа муфт на кабели с изоляцией из XLPE включает следующие ключевые этапы: ступенчатая зачистка изоляции, монтаж полупроводящих экранов, установка изолирующего тела муфты или наложение термоусаживаемых элементов, восстановление металлического экрана и брони, герметизация. Качество работ определяет срок службы всей линии.
Контроль качества и испытания
Кабели, соответствующие стандарту К21, проходят обязательный набор испытаний, включающий:
После монтажа трассы проводятся приемо-сдаточные испытания: измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2.5-5 кВ и испытание постоянным выпрямленным напряжением (например, 4U0 в течение 15 мин).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие кабеля К21 от К22?
Принципиальное отличие заключается в типе брони. К21 имеет броню из стальных оцинкованных проволок, которая эффективно воспринимает растягивающие нагрузки. К22 имеет броню из двух стальных оцинкованных лент, которая лучше защищает от сдавливающих и ударных воздействий, но не рассчитана на значительное растяжение. Выбор зависит от условий прокладки.
Можно ли прокладывать кабель К21 в воде?
Нет, кабель типа К21 не предназначен для длительной прокладки в воде. Его конструкция включает продольную, но не поперечную герметизацию. Для прокладки в водоемах, в условиях постоянного затопления или высокого уровня грунтовых вод следует применять кабели типа К23, которые имеют заполнение межжильного пространства гидрофобным материалом, обеспечивающим полную радиальную герметизацию.
Как правильно выбрать сечение жилы кабеля К21?
Выбор сечения осуществляется на основе расчета по допустимому длительному току нагрузки с учетом способа прокладки (в земле, в воздухе), температуры окружающей среды, количества параллельных кабелей в траншее и других факторов. Дополнительно проверяется сечение по потере напряжения и току короткого замыкания. Рекомендуется использовать специализированное программное обеспечение или таблицы из ПУЭ (Правила устройства электроустановок) и каталогов производителей.
Требуется ли дополнительная защита при прокладке К21 в агрессивных грунтах?
Да, при прокладке в грунтах с повышенной химической агрессивностью (засоленных, щелочных, содержащих блуждающие токи) рекомендуется применять кабели с наружной оболочкой из полиэтилена (PE), который обладает более высокой химической стойкостью по сравнению с ПВХ. Также может потребоваться дополнительная защита в виде коррозионно-стойких лент или прокладка в асбестоцементных или пластиковых трубах.
Как осуществляется заземление брони и экрана кабеля К21?
Металлический экран (медные проволоки/лента) и стальная броня должны быть заземлены с обоих концов кабельной линии. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала (снятие напряжения с брони при пробое), нормального функционирования релейной защиты (прохождение тока КЗ) и снижения электромагнитных помех. Заземление выполняется с помощью специальных заземляющих проводников, присоединяемых к контактным лепесткам муфт или наконечникам, и выводимых на контур заземления.
Заключение
Кабель К21 представляет собой высокотехнологичное изделие, предназначенное для надежной передачи электроэнергии в сетях среднего напряжения в условиях, требующих механической защиты. Его конструкция, регламентированная стандартом DIN VDE 0276-620, обеспечивает высокий уровень эксплуатационных характеристик, долговечность и безопасность. Корректный выбор между типами К20, К21, К22, К23, грамотный монтаж с соблюдением технологии соединения и заземления, а также проведение полного комплекса приемо-сдаточных испытаний являются обязательными условиями для создания устойчивой и отказоустойчивой кабельной инфраструктуры. Понимание деталей конструкции и области применения каждого типа кабеля позволяет проектировщикам и монтажникам оптимизировать капитальные затраты и обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей.