Кабель АПвКаПг 1-х жильный 20 кВ
Кабель АПвКаПг 1-х жильный 20 кВ: полный технический анализ
Кабель марки АПвКаПг на напряжение 20 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, предназначенный для стационарной прокладки в электрических сетях среднего класса напряжения. Его конструкция и материалы подобраны для обеспечения высокой надежности, долговечности и безопасности при эксплуатации в сложных условиях. Расшифровка маркировки АПвКаПг следующая: А – алюминиевая токопроводящая жила; Пв – изоляция из вулканизированного (сшитого) полиэтилена; Ка – экран по изоляции из полупроводящего сшитого полиэтилена в виде экструдированного слоя; Пг – герметизированная оболочка из полиэтилена.
Конструкция кабеля АПвКаПг 1х 20 кВ
Конструкция кабеля является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее детально, начиная от центра.
- Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия (материал — А5Е, А7Е по ГОСТ 22483). Для сечений от 50 мм² и выше жила, как правило, секторной или сегментной формы, что позволяет оптимизировать диаметр кабеля. Жила может быть однопроволочной (для меньших сечений) или многопроволочной.
- Экран по жиле (полупроводящий, внутренний): Наносится методом экструзии поверх токопроводящей жилы. Изготавливается из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его ключевая задача – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений между жилой и основной изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов.
- Основная изоляция: Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Этот материал, подвергнутый процессу вулканизации (сшивке молекул), обладает выдающимися диэлектрическими и механическими свойствами, сохраняя их в широком температурном диапазоне (от -50°C до +90°C при длительной эксплуатации). Толщина изоляции нормирована стандартами в зависимости от класса напряжения.
- Экран по изоляции (полупроводящий, внешний): Также выполнен из экструдированного полупроводящего сшитого полиэтилена. Вместе с внутренним экраном формирует цилиндрический конденсатор, внутри которого заключено электрическое поле, защищая окружающие объекты от его воздействия.
- Металлический экран (заземляющий): Располагается поверх внешнего полупроводящего экрана. Выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, либо в виде повива медных проволок. Основные функции: защита от внешних электромагнитных помех, обеспечение симметрии электрического поля, а также использование в качестве проводника для токов короткого замыкания и для устройства защитного заземления. В кабеле АПвКаПг это, как правило, экран из медных проволок.
- Поясная изоляция: Накладывается поверх металлического экрана. Обычно представляет собой ленту из полимерного материала (например, ПЭТФ). Ее задача – дополнительная механическая защита и фиксация экрана.
- Герметизирующая оболочка: Внешний защитный слой из полиэтилена (индекс «г» в маркировке). Полиэтиленовая оболочка обладает высокой стойкостью к влаге, агрессивным химическим средам (кислоты, щелочи, соли), солнечному излучению (если используется светостабилизированный полиэтилен) и механическим повреждениям. Она обеспечивает полную герметичность конструкции, исключая продольное распространение влаги.
- Распределительные сети 6-20 кВ (воздушные линии, переведенные в кабель).
- Питание мощных потребителей: трансформаторные подстанции, крупные промышленные предприятия, насосные и компрессорные станции.
- Прокладка в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, эстакадах).
- Прокладка в земле (траншеях) при условии отсутствия значительных растягивающих усилий.
- Прокладка в помещениях, шахтах, туннелях.
- Рабочая температура жилы: от -50°C до +90°C (длительно допустимая +70°C для алюминиевой жилы).
- Максимальная температура жилы при коротком замыкании (до 4 сек): +250°C.
- Допустимая температура при перегрузке: +130°C.
- Минимальный радиус изгиба при прокладке: не менее 15 наружных диаметров кабеля.
- Прокладка без предварительного подогрева возможна при температуре не ниже -20°C.
- Кабель рассчитан на работу в средах с повышенной влажностью (до 98% при +35°C) и в условиях воздействия агрессивных сред.
- Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц в течение 10 минут после прокладки: 45 кВ.
- Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц для готовых кабелей на барабане: 55 кВ.
- Удельное сопротивление изоляции при +20°C: не менее 1000 МОм·км.
- Емкость жилы относительно экрана: зависит от сечения и конструкции, обычно в диапазоне 0.3 — 0.5 мкФ/км.
- Высокие диэлектрические свойства изоляции XLPE: Высокая стойкость к тепловому старению, низкие диэлектрические потери, высокая допустимая температура.
- Полная герметичность конструкции: Полиэтиленовая оболочка и экструдированные полупроводящие слои надежно защищают от влаги, что исключает необходимость применения металлических оболочек (свинцовых, алюминиевых).
- Меньший вес и радиус изгиба: По сравнению с кабелями в свинцовой оболочке (АПвВ) или с бумажной изоляцией (АСБ) кабель АПвКаПг значительно легче и гибче, что упрощает транспортировку и монтаж.
- Простота монтажа и оконцевания: Технология монтажа муфт и концевых заделок для кабелей с изоляцией XLPE хорошо отработана и требует меньше времени.
- Длительный срок службы: Составляет не менее 30 лет при соблюдении условий эксплуатации.
- Экологическая безопасность: Отсутствие свинца и масла в конструкции.
- Чувствительность к механическим повреждениям оболочки: При глубоких порезах или проколах может быть нарушена герметичность. Требуется аккуратная прокладка.
- Ограниченная стойкость к открытому пламени: Стандартный полиэтилен горит и выделяет большое количество дыма. Для прокладки в местах с повышенными требованиями пожарной безопасности необходимо применять исполнения с пониженной пожарной опасностью (АПвКаПг-нг(А)-LS, -FR).
- Более высокая стоимость по сравнению с кабелями в ПВХ изоляцией на среднее напряжение, но ниже, чем у кабелей с бумажно-масляной изоляцией в металлической оболочке.
Область применения и условия эксплуатации
Кабель АПвКаПг 1х20 кВ предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Основные сферы применения:
Условия эксплуатации:
Технические характеристики и параметры
Основные электрические и конструктивные параметры кабеля АПвКаПг 1х20 кВ регламентируются стандартами ГОСТ 18410-73 (общие ТУ на кабели с пластмассовой изоляцией), ТУ 16.К71-304-2001 и международным стандартом МЭК 60502-2. Ниже приведены ключевые данные.
Таблица 1. Длительно допустимые токовые нагрузки для кабеля АПвКаПг 1х20 кВ при прокладке в земле (траншее)
Условия: температура земли +15°C, глубина прокладки 0.7 м, удельное тепловое сопротивление грунта 1.0 К·м/Вт.
| Номинальное сечение жилы, мм² | Допустимый длительный ток, А |
|---|---|
| 50 | 190 |
| 70 | 235 |
| 95 | 285 |
| 120 | 330 |
| 150 | 375 |
| 185 | 430 |
| 240 | 505 |
| 300 | 575 |
Таблица 2. Конструктивные параметры (примерные) для кабеля на напряжение 20 кВ
| Сечение жилы, мм² | Толщина изоляции, мм | Толщина оболочки, мм | Примерный наружный диаметр, мм | Примерная масса 1 км, кг |
|---|---|---|---|---|
| 70 | 8.0 | 3.0 | 42-45 | 1800-2000 |
| 120 | 8.0 | 3.0 | 47-50 | 2400-2600 |
| 240 | 9.0 | 3.5 | 60-63 | 4000-4300 |
Электрические параметры:
Преимущества и недостатки кабеля АПвКаПг по сравнению с аналогами
Преимущества:
Недостатки и ограничения:
Особенности монтажа и соединения
Монтаж кабеля АПвКаПг требует соблюдения ряда правил. Перед прокладкой необходимо провести входной контроль: осмотр барабана, проверка целостности оболочки, измерение сопротивления изоляции и емкости жилы. Прокладка в траншее осуществляется на подготовленную песчаную подушку. Глубина прокладки должна быть не менее 0.7 м для сетей 20 кВ. При пересечении с коммуникациями и дорогами кабель защищают плитами или трубами. Радиус изгиба должен строго соблюдаться.
Для соединения и ответвления используются специальные кабельные муфты – соединительные и стопорные. Для оконцевания – концевые муфты (наружной или внутренней установки). Критически важным этапом является подготовка кабеля: ступенчатая зачистка с точным снятием слоев, тщательная зачистка и обезжиривание экрана, изоляции. Все работы должны выполняться с использованием специализированного инструмента и материалов, поставляемых в комплекте с муфтой, в условиях чистоты для исключения загрязнения изоляции.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между АПвКаПг и АПвПуГ?
Основное отличие – в материале внешней оболочки. У АПвКаПг оболочка из полиэтилена (Пг), у АПвПуГ – из полиэтилена усиленного (Пу). Усиленный полиэтилен имеет более высокие механические характеристики (прочность на разрыв, стойкость к истиранию и растрескиванию), что делает кабель АПвПуГ более предпочтительным для прокладки в сложных грунтах, с возможностью механических воздействий, а также для применения метода горизонтально-направленного бурения (ГНБ).
Можно ли прокладывать кабель АПвКаПг в воздухе (по фасадам, эстакадам)?
Да, можно. Полиэтиленовая оболочка устойчива к ультрафиолетовому излучению. Однако необходимо учитывать, что стандартное исполнение не является нераспространяющим горение. Для открытой прокладки в зданиях или сооружениях следует применять исполнение с индексом «нг(А)-LS» – не распространяющее горение, с пониженным дымовыделением и газовыделением.
Какой экран эффективнее: из медных проволок или из медной ленты?
Экран из повива медных проволок (как в АПвКаПг) обладает значительно большей проводимостью по постоянному току, что делает его более эффективным для отвода токов короткого замыкания. Он также обеспечивает лучшую гибкость кабеля. Экран из медной ленты (фольги) дешевле, но его проводимость ниже, и он более подвержен повреждениям при изгибах. Для сетей 20 кВ, где токи КЗ могут быть значительными, предпочтительнее экран из проволок.
Требуется ли для кабеля АПвКаПг дополнительная защита при прокладке в земле?
Полиэтиленовая оболочка сама по себе является отличной защитой от влаги и химической агрессии. Однако для защиты от механических повреждений (например, при раскопках) рекомендуется укладывать кабель в траншее с сигнальной лентой, а на участках с повышенным риском – в защитных трубах (ПНД, ПВХ) или закрывать сверху плитами.
Как правильно выбрать сечение жилы кабеля АПвКаПг 20 кВ?
Выбор сечения производится по трем основным критериям: 1) По длительно допустимому току нагрузки (с учетом способа прокладки и условий окружающей среды) – см. Таблицу 1. 2) По потере напряжения (должна быть в пределах нормы для сетей 20 кВ). 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания. Окончательный расчет должен выполнять проектировщик с учетом всех факторов конкретного объекта.
Заключение
Кабель АПвКаПг 1-жильный на 20 кВ является современным, технологичным и надежным решением для строительства и модернизации распределительных сетей среднего класса напряжения. Его конструкция на основе сшитого полиэтилена обеспечивает высокие электрические и эксплуатационные характеристики, долгий срок службы и относительную простоту монтажа. Правильный выбор сечения, соблюдение норм прокладки и качественный монтаж арматуры являются залогом безаварийной работы кабельной линии на протяжении десятилетий. При проектировании необходимо учитывать условия окружающей среды и требования пожарной безопасности, при необходимости выбирая специальные исполнения кабеля.