Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвЭаПг на напряжение 20 кВ: полный технический анализ

Кабель марки АПвЭаПг 20 кВ представляет собой силовой кабель с алюминиевыми жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), с экраном из алюмополимерной ленты и в общей оболочке из поливинилхорида пониженной пожарной опасности. Данная марка является одной из наиболее современных и технологичных для строительства и модернизации распределительных сетей среднего класса напряжения 20 кВ (по ГОСТ 31996-2012 – на номинальное напряжение 20 кВ, междуфазное 21 кВ, относительно земли 12 кВ).

Расшифровка маркировки АПвЭаПг

• А – токопроводящая жила из алюминия.
• П – изоляция из сшитого полиэтилена (внутренняя полупроводящая экранирующая оболочка, изоляция, внешняя полупроводящая экранирующая оболочка – конструктивно входят в систему СПЭ-изоляции).
• в – внутренний защитный покров (экран) в виде алюмополимерной ленты.
• Э – наличие общего экрана для трехжильных кабелей (в виде медных проволок или ленты).
• а – оболочка из полимерной композиции, не распространяющей горение.
• Пг – пониженное газо- и дымовыделение при горении и тлении.

Конструкция кабеля АПвЭаПг 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной и строго регламентированной, каждый слой выполняет критически важную функцию.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия (материал – Al 99,5% по ГОСТ 22483), круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма жил позволяет оптимизировать использование пространства внутри кабеля, уменьшая его общий диаметр и вес. Жилы могут быть однопроволочными (для сечений до 240 мм² включительно) или многопроволочными (для всех сечений, обязательно – для сечений 300 мм² и выше).

2. Внутренний полупроводящий экран

Наносится экструзией непосредственно на токопроводящую жилу. Представляет собой слой из полимерной композиции с добавлением сажи или других проводящих материалов. Его функция – выравнивание электрического поля, устранение микроскопических воздушных включений между жилой и изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов – основной причины старения и пробоя изоляции.

3. Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE)

Основной изолирующий слой. Получается методом сшивки молекул полиэтилена (химической или радиационной), что резко повышает его термостойкость (до +90°C в длительном режиме и до +250°C в режиме перегрузки или короткого замыкания) и механическую прочность по сравнению с термопластичным ПЭ. Толщина изоляции нормирована в зависимости от номинального напряжения. Для 20 кВ она составляет, как правило, 5.5 – 8.0 мм (в зависимости от сечения жилы и стандарта).

4. Внешний полупроводящий экран

Аналогичен внутреннему, наносится поверх изоляции. Выравнивает электрическое поле на внешней границе изоляции. В современных конструкциях часто выполняется в виде легко сдираемой ленты или слоя, что упрощает монтаж и разделку кабеля.

5. Поясная изоляция

Применяется в трехжильных кабелях. Представляет собой обмотку из полупроводящих или нетканых синтетических материалов, поверх которой накладывается металлический экран. Служит для придания кабелю круглой формы и дополнительной защиты.

6. Экранирующий слой (Экраны жил и общий экран)

В кабеле АПвЭаПг используется комбинированная система экранирования:

• Экран из алюмополимерной ленты (АПЛ) – внутренний защитный покров, обозначенный в маркировке литерой «в». Представляет собой ламинат из алюминиевой фольги и полимерной пленки. Обеспечивает 100%-ную продольную герметизацию кабеля от проникновения влаги, а также выполняет функцию нулевой жилы (нейтрали) в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью. Является ключевым элементом для прокладки в грунтах с высокой влажностью.
• Медный экран (обозначен литерой «Э») – поверх алюмополимерной ленты накладывается экран из медных проволок или медной ленты. Основная функция – проведение токов короткого замыкания и обеспечение симметрии электрического поля. В трехжильных кабелях это общий экран для всех трех жил.

7. Оболочка из ПВХ пониженной пожарной опасности (Пв)

Внешняя защитная оболочка из поливинилхлоридной композиции, не распространяющей горение, с пониженным газо- и дымовыделением (индекс «Пг»). Защищает внутренние элементы кабеля от механических повреждений, агрессивных сред (химических, атмосферных) и обеспечивает требуемые пожаробезопасные характеристики для прокладки в зданиях и коллекторах.

Основные технические характеристики и параметры

Электрические параметры (типовые, согласно ГОСТ 31996-2012 и ТУ)

Параметр	Значение / Условие
Номинальное напряжение U0/U (Um)	12/20 кВ (24 кВ)
Максимальная рабочая температура жилы	+90°C
Допустимая температура жилы при КЗ (до 5 с)	+250°C
Допустимая температура жилы при перегрузке	+130°C
Минимальная температура прокладки (без предварительного подогрева)	-15°C
Минимальный радиус изгиба при монтаже	15 x Наружный диаметр кабеля
Сопротивление изоляции при +20°C	Не менее 1000 МОм·км
Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц после монтажа	2.5U0 = 30 кВ, продолжительность 1 час

Данные по длительно допустимому току нагрузки (пример для прокладки в земле)

Сечение жилы, мм²	Одножильный кабель, А	Трехжильный кабель, А	Сопротивление жилы при +90°C, Ом/км
3×50	—	180	0.641
3×95	—	270	0.337
3×150	—	335	0.213
3×240	—	420	0.133

Примечание: Точные значения зависят от конкретных условий прокладки (температура грунта, удельное тепловое сопротивление, глубина заложения, количество кабелей в траншее и их взаимного расположения). Расчет должен производиться по методике ГОСТ Р МЭК 60287.

Области применения кабеля АПвЭаПг 20 кВ

• Стационарная прокладка в электрических сетях на номинальное переменное напряжение 20 кВ частоты 50 Гц.
• Прокладка в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений (бронированный вариант – АПвБбШв/АПвБШв – применяется при повышенных рисках).
• Прокладка в кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам и в помещениях, благодаря оболочке «Пг».
• Питание мощных потребителей: трансформаторные подстанции, крупные промышленные предприятия, насосные и компрессорные станции.
• Строительство и реконструкция распределительных сетей 6-20 кВ в городах и на промышленных объектах.

Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами

Преимущества перед кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (АСБл, СБ):

• Более высокая допустимая температура жилы (+90°C против +70°C), что позволяет пропускать больший ток при том же сечении.
• Отсутствие ограничений по перепаду высот при прокладке (нет стекания пропиточного состава).
• Меньший вес и внешний диаметр, что упрощает транспортировку и монтаж.
• Более высокая стойкость к термическим перегрузкам и коротким замыканиям.
• Простота монтажа и разделки концов, отсутствие необходимости в специальных муфтах для герметизации.
• Продольная герметизация алюмополимерной лентой.

Преимущества перед кабелями в ПВХ изоляции:

• Более высокая термостойкость и стойкость к токам КЗ.
• Лучшие диэлектрические характеристики и стойкость к частичным разрядам.

Недостатки:

• Более высокая чувствительность к механическим повреждениям при монтаже (требуется соблюдение радиуса изгиба, защита от защемлений).
• Чувствительность к контакту с острыми предметами, которые могут стать центрами водных древ (требуется аккуратность при затяжке в трубы).
• Относительно высокая стоимость по сравнению с бумажно-пропитанными кабелями старых марок, однако эксплуатационные преимущества и снижение потерь компенсируют разницу.

Особенности монтажа и эксплуатации

• Прокладка: Допускается прокладка в грунтах любой степени коррозионной активности (при наличии защиты от механических повреждений). При температуре ниже -15°C кабель требует предварительного прогрева.
• Радиус изгиба: Строгое соблюдение минимального радиуса изгиба (15D) обязательно для предотвращения повреждения изоляции и экранов.
• Заземление: Медный экран и алюмополимерная лента на обоих концах кабеля должны быть надежно заземлены. Заземление выполняется с помощью медных проводников и контактных зажимов. При большой длине линии рекомендуется выполнить перекрестное соединение экранов для снижения потерь.
• Монтаж муфт: Используются специальные термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты для кабелей с СПЭ-изоляцией на 20 кВ. Процесс включает ступенчатую зачистку изоляции, наложение полупроводящих и изолирующих слоев, монтаж заземления и герметизацию.
• Испытания после монтажа: Обязательным является проведение высоковольтных испытаний повышенным напряжением постоянного или выпрямленного тока (по нормам ПУЭ, ПТЭЭП) для проверки целостности изоляции после монтажных работ.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие АПвЭаПг от АПвПу?

Основное отличие – в материале внешней оболочки. У АПвЭаПг оболочка из ПВХ пониженной пожарной опасности («Пг»). У кабеля АПвПу оболочка из полиэтилена, который не обладает такими огнезащитными свойствами, но имеет лучшие механические и влагозащитные характеристики. АПвПу чаще применяется для прокладки в земле и воде, а АПвЭаПг – для смешанной прокладки, в том числе в зданиях и сооружениях.

Можно ли прокладывать кабель АПвЭаПг 20 кВ в земле без защитных труб?

Да, прокладка в траншеях разрешена. Однако при риске механических повреждений (например, в местах возможных земляных работ, в каменистых грунтах) рекомендуется либо использовать бронированный вариант кабеля (АПвБбШв), либо защитить кабель плитами или кирпичом, либо проложить в полимерных или асбестоцементных трубах. Прямая засыпка грунтом допускается только при отсутствии таких рисков.

Как правильно выбрать сечение жилы для конкретной нагрузки?

Выбор сечения производится по двум основным критериям: 1) По длительно допустимому току нагрузки (чтобы рабочий ток был меньше допустимого с учетом всех поправочных коэффициентов на условия прокладки). 2) По потере напряжения (чтобы она не превышала нормированных значений, обычно 5-6% от номинального). Расчет должен выполнять проектировщик с учетом всех конкретных условий.

Что означает «алюмополимерная лента» и почему она важна?

Это композитный материал из тонкой алюминиевой фольги (толщиной ~0.15 мм), ламинированной с одной или двух сторон полимерной пленкой (чаще всего полиэтилентерефталатной). Лента накладывается продольно с перекрытием и обеспечивает абсолютную барьерную защиту от проникновения влаги вдоль кабеля. Это предотвращает одно из самых опасных явлений – рост водных древ в изоляции из СПЭ, которое неизбежно приводит к пробою.

Требуется ли для кабеля АПвЭаПг 20 кВ специальный концевой задел?

Да, обязательно. Открытые концы кабеля должны быть оконцованы с помощью кабельных концевой заделки (КВК) – полимерной (термоусаживаемой или холодноусаживаемой) или с использованием фарфоровых изоляторов. Заделка обеспечивает плавный градиент электрического поля, защиту от влаги и внешних воздействий, а также безопасное подключение к шинам распределительного устройства или трансформатора.

Какой срок службы у данного кабеля?

Номинальный срок службы кабеля АПвЭаПг 20 кВ, заявленный производителями и нормируемый стандартами, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может быть больше и напрямую зависит от соблюдения условий прокладки, режимов нагрузки (отсутствия хронических перегрузок), качества монтажа и проведения плановых диагностических испытаний.

Можно ли соединять кабели АПвЭаПг с кабелями старых марок (например, АСБл)?

Технически это возможно с помощью специальной переходной соединительной муфты, рассчитанной на соединение разных типов изоляции (СПЭ-бумага). Однако такое соединение является слабым местом линии и требует особого внимания при монтаже и эксплуатации. Рекомендуется рассматривать его как временное решение при ремонтах, а в проектах новой прокладки использовать кабель единого типа по всей длине линии.