Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвКаП 3-х жильный на напряжение 20 кВ: полный технический анализ

Кабель марки АПвКаП 3-х жильный на напряжение 20 кВ представляет собой современное высокотехнологичное решение для стационарной прокладки в электрических сетях среднего напряжения. Данный тип кабеля предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его конструкция и материалы обеспечивают высокую надежность, долговечность и соответствие жестким требованиям современных энергосистем.

Расшифровка маркировки АПвКаП

Маркировка кабеля производится согласно ГОСТ 31565-2012 (кабели с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ) и единой системы обозначений, принятой в кабельной промышленности СНГ:

• А – токопроводящая жила из алюминия.
• П – изоляция жил из полиэтилена (в данном контексте – сшитого, что уточняется далее).
• в – оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката.
• Ка – броня из круглых стальных оцинкованных проволок.
• П – наружный защитный шланг из полиэтилена (обозначение может варьироваться, иногда используется «2п» для двойной полиэтиленовой оболочки).

Таким образом, полная расшифровка указывает на кабель с алюминиевыми жилами, изолированными сшитым полиэтиленом, в ПВХ оболочке, бронированный стальными проволоками и с наружным полиэтиленовым шлангом. Буква «в» после «П» (изоляция) часто подразумевает, что изоляция выполнена из сшитого полиэтилена (XLPE), что является ключевым для напряжения 20 кВ.

Конструкция кабеля АПвКаП 3х… 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия (марки А5, А5Е, А6, А7 по ГОСТ 22483). Для сечений от 50-70 мм² и выше жилы, как правило, секторной или сегментной формы для компактности. Жилы могут быть однопроволочными (монолитными) для меньших сечений или многопроволочными для больших. Класс гибкости 1 или 2.

2. Экран на жиле (полупроводящий экран)

Поверх токопроводящей жилы накладывается экструдированный слой из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его задача – выравнивание электрического поля и предотвращение локальных перенапряжений на границе жила-изоляция.

3. Изоляция жилы

Основной изоляционный слой выполнен из сшитого полиэтилена (XLPE) с номинальной толщиной, строго регламентированной стандартами (например, 5,5 мм для 20 кВ). Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу повышенные температурные характеристики: стойкость к деформациям при нагреве до +90°С в длительном режиме и до +250°С при коротком замыкании.

4. Экран на изоляции (полупроводящий экран)

Поверх изоляции каждой жилы накладывается экструдированный полупроводящий слой. Он обеспечивает контакт с металлическим экраном и вновь выравнивает электрическое поле.

5. Поясная изоляция и заполнение

Три экранированные изолированные жилы скручиваются вместе. Пространство между ними заполняется полимерным материалом (обычно на основе ПЭ или ПВХ) для придания кабелю круглой формы. Поверх скрутки может накладываться поясная изоляция из полупроводящей ленты или полимерной пленки.

6. Общий экран (металлический)

Поверх поясной изоляции накладывается экран в виде медной или алюминиевой ленты, либо оплетки из медных проволок. Его функция – заземляемый элемент для отвода емкостных токов и обеспечения безопасности при повреждении.

7. Разделительный слой

Под броней обычно располагается слой из ПВХ или полиэтиленовой ленты, либо крепированной бумаги для защиты оболочки от механического воздействия брони.

8. Броня

Выполнена из оцинкованных стальных проволок круглого сечения, наложенных поверх разделительного слоя. Обеспечивает механическую защиту от растягивающих усилий, ударов, грызунов.

9. Наружная оболочка

Защитный шланг из полиэтилена (обозначение «П» в конце марки) или ПВХ. Предназначен для защиты брони от коррозии и агрессивных воздействий внешней среды. Имеет стандартную расцветку (обычно черный) и наносимую маркировку.

Основные технические характеристики

Электрические параметры

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 12/20 кВ (24 кВ). Где U₀ = 12 кВ – напряжение между жилой и землей, U = 20 кВ – междуфазное напряжение.
• Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц: 45 кВ в течение 10 минут после прокладки.

Испытательное постоянное напряжение: 72 кВ в течение 15 минут на готовом кабеле.

• Максимально допустимая рабочая температура жилы: +90°С в длительном режиме.
• Допустимая температура жилы при коротком замыкании: +250°С (продолжительность до 5 сек).
• Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева: -15°С.
• Температурный диапазон эксплуатации: от -50°С до +50°С.

Таблица 1. Примерные данные по допустимым токам нагрузки (I_доп) для кабеля АПвКаП 3х… 20 кВ при прокладке в земле (траншее)

Примечание: Точные значения зависят от конкретных условий прокладки (глубина, температура грунта, удельное тепловое сопротивление), приведены ориентировочные значения для стандартных условий.

Номинальное сечение жил, мм²	Примерный наружный диаметр, мм	Примерная масса 1 км, кг	Ориентировочный длительно допустимый ток (Iдоп), А*
3х50	55-60	4500-5000	180-200
3х70	60-65	5500-6000	220-240
3х95	65-70	6500-7000	260-280
3х120	70-75	7500-8000	300-320
3х150	75-80	9000-9500	340-360
3х185	80-85	10500-11000	380-400
3х240	85-90	12500-13000	440-460

*Ток указан для прокладки в земле (траншее) при температуре грунта +25°С, глубине прокладки 0.7-1.0 м, удельном тепловом сопротивлении грунта 1.2 К·м/Вт.

Области применения

Кабель АПвКаП 3х20 кВ предназначен для прокладки в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, коллекторах, шахтах, а также в помещениях с повышенной влажностью. Благодаря броне из стальных проволок он рекомендован для использования на участках с повышенным риском механических повреждений, включая растягивающие нагрузки, вибрацию, воздействие грызунов. Типичные объекты применения:

• Распределительные сети 6-10/20 кВ городской и промышленной инфраструктуры.
• Кабельные линии отходящие от подстанций и ГРП.
• Питание крупных промышленных предприятий, насосных станций, горнодобывающих объектов.
• Устройство вводов в здания и сооружения.
• Прокладка по мостам и эстакадам, где возможны механические воздействия.

Кабель не предназначен для прокладки в воздухе (по опорам ЛЭП) без дополнительной защиты от солнечного УФ-излучения, так как наружная полиэтиленовая оболочка подвержена его воздействию.

Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами

Сравнение с кабелем с бумажно-масляной изоляцией (АСБл, СБ)

Преимущества АПвКаП:

• Более высокая допустимая температура жилы (+90°С против +70-80°С).
• Отсутствие риска течи пропиточного состава, возможность прокладки на вертикальных участках без ограничений.
• Меньшая масса и внешний диаметр при аналогичных параметрах.
• Более простая и чистая монтажная технология (не требуется муфт с системой подпитки маслом).
• Меньшие требования к обслуживанию в процессе эксплуатации.

Недостатки АПвКаП:

• Более высокая чувствительность к качеству монтажа концевых и соединительных муфт (требуется абсолютная чистота, отсутствие влаги).
• Восприимчивость к частичным разрядам при наличии дефектов.

Сравнение с кабелем в ПВХ изоляции (АВВГ)

Кабели с ПВХ изоляцией на напряжение 20 кВ практически не применяются, так как сшитый полиэтилен имеет несоизмеримо лучшие диэлектрические и температурные характеристики для среднего напряжения.

Сравнение с медным аналогом (ПвКаП)

Преимущества алюминиевого АПвКаП:

• Значительно меньшая стоимость (как материала, так и итогового кабеля).
• Меньший вес, что облегчает транспортировку и монтаж.

Недостатки:

• Большее удельное электрическое сопротивление, что при одинаковом сечении приводит к более высоким потерям и меньшей пропускной способности по току (примерно на 20-30% ниже, чем у меди при том же сечении).
• Склонность алюминия к окислению, требующая применения специальных контактных паст и арматуры.
• Меньшая механическая прочность и стойкость к циклическим изгибам.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабеля АПвКаП 20 кВ должен производиться квалифицированным персоналом с соблюдением ПУЭ, ПТЭЭП и инструкций завода-изготовителя. Ключевые моменты:

• Радиус изгиба: Минимально допустимый радиус изгиба при прокладке составляет не менее 15-20 наружных диаметров кабеля.
• Подогрев: При температуре воздуха ниже -15°С требуется предварительный подогрев кабеля перед размоткой и укладкой.
• Оконцевание и соединение: Обязательно применение специализированных кабельных арматуры – концевых и соединительных муфт, предназначенных для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Работа должна вестись в условиях чистоты, с использованием диэлектрических инструментов для снятия изоляции и экрана.
• Заземление: Металлические экраны и броня должны быть надежно заземлены с двух сторон кабельной линии для обеспечения безопасности и нормального режима работы.
• Испытания: После прокладки и монтажа муфт кабельная линия подлежит приемо-сдаточным испытаниям повышенным постоянным напряжением.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается АПвКаП от АПвПу?

Основное отличие – в конструкции брони. АПвКаП имеет броню из кругых стальных проволок, что обеспечивает повышенную стойкость к растяжению. АПвПу имеет броню из двух стальных оцинкованных лент (защита от механических повреждений, но не от растяжения). Буква «у» в конце может обозначать усиленную защитную оболочку. Выбор зависит от условий прокладки: для участков с риском растяжения – АПвКаП, для стандартной защиты – АПвПу.

Можно ли прокладывать АПвКаП в воздухе (по фасадам, эстакадам)?

Да, можно, но с учетом двух факторов: 1) Необходима защита от прямых солнечных лучей (прокладка в лотках, коробах), так как полиэтиленовая оболочка подвержена УФ-старению. 2) Необходимо учитывать увеличение допустимого тока нагрузки при прокладке в воздухе по сравнению с прокладкой в земле (обычно он на 10-20% выше при одинаковом сечении).

Как правильно выбрать сечение жил кабеля АПвКаП 20 кВ?

Выбор сечения производится по двум основным критериям: 1) По длительно допустимому току нагрузки (I_доп > I_расч), с учетом способа прокладки и поправочных коэффициентов на температуру и количество кабелей в траншее. 2) По потере напряжения (должна быть в пределах нормы, обычно не более 5% от U_ном). Расчет должен выполняться проектной организацией согласно ПУЭ гл. 1.3.

Требуется ли для кабеля АПвКаП 20 кВ система постоянного контроля изоляции?

Для кабельных линий 6-35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, согласно действующим нормативам (ПУЭ, СО 153-34.20.567-2003), рекомендуется применение устройств непрерывного контроля изоляции (УНКИ) или систем локации повреждений. Это позволяет оперативно выявлять развивающиеся дефекты изоляции и предотвращать внезапные отключения.

Каков срок службы кабеля АПвКаП 20 кВ?

Номинальный срок службы, заявленный производителями при соблюдении условий транспортировки, монтажа и эксплуатации, составляет не менее 30 лет. Фактический ресурс может быть больше и зависит от режимов нагрузки, отсутствия перегрузок, качества монтажа и условий окружающей среды.

Что означает «сшитый полиэтилен» и в чем его преимущество для изоляции?

Сшитый полиэтилен (XLPE) – это полимер, молекулы которого соединены поперечными связями («сшиты») в трехмерную сетку. Это резко повышает его термостойкость: обычный ПЭ размягчается при +70-80°С, а XLPE сохраняет форму и диэлектрические свойства при длительном нагреве до +90°С и кратковременном до +250°С. Также повышается стойкость к растрескиванию и химическая стойкость.

Как маркируются концы жил кабеля АПвКаП?

Согласно ГОСТ 18690, жилы кабелей на напряжение выше 1 кВ маркируются цифрами 1, 2, 3 или цветными метками на изоляции у концов. Чаще применяется цифровая маркировка. Фазировка (определение принадлежности жилы к фазе A, B, C) осуществляется при помощи мегомметра или специального прибора-фазировщика перед подключением к шинам РУ.

Заключение

Кабель АПвКаП 3-х жильный на напряжение 20 кВ является надежным, современным и экономически обоснованным решением для создания распределительных сетей среднего напряжения в условиях, требующих повышенной механической защиты. Его конструкция, основанная на изоляции из сшитого полиэтилена и броне из стальных проволок, обеспечивает высокие электрические характеристики, долговечность и возможность прокладки в сложных условиях. Правильный выбор сечения, квалифицированный монтаж с применением соответствующей арматуры и соблюдение правил эксплуатации являются залогом безаварийной службы кабельной линии на протяжении всего ее жизненного цикла.