Кабель АПвКПу 1-х жильный 20 кВ
Кабель АПвКПу 1-х жильный 20 кВ: полный технический обзор
Кабель АПвКПу 1х… 20 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), предназначенный 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 в современных электрических сетях среднего напряжения. Расшифровка маркировки по ГОСТ 31565-2012 и ТУ 16.К71-304-2001: А – алюминиевая токопроводящая жила; Пв – изоляция из сшитого полиэтилена с применением пероксидного способа сшивки; К – экран по жиле из полупроводящего сшитого полиэтилена; Пу – усиленная защитная оболочка из полиэтилена.
Конструкция кабеля АПвКПу
Конструкция кабеля является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную электротехническую и защитную функцию.
- Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия (марок А5, А5Е, А6, А7Е) круглой формы. Сечение жилы выбирается в соответствии с требованиями по токовой нагрузке и условиями прокладки. Жила может быть однопроволочной (сечения 35-240 мм²) или многопроволочной (сечения 120-800 мм² и более).
- Экран по жиле (полупроводящий слой): Наносится поверх токопроводящей жилы методом экструзии. Изготовлен из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его ключевая функция – выравнивание электрического поля и предотвращение возникновения локальных перенапряжений на границе жила-изоляция, что критически важно для кабелей среднего и высокого напряжения.
- Основная изоляция: Выполнена из сшитого полиэтилена (XLPE) пероксидным способом. Этот материал обладает высокой электрической прочностью, отличными диэлектрическими характеристиками, стойкостью к тепловому старению и способностью сохранять свойства при повышенных температурах (до 90°C в продолжительном режиме и до 130°C в режиме короткого замыкания). Толщина изоляции нормирована в зависимости от номинального напряжения.
- Экран по изоляции: Состоит из двух обязательных компонентов: полупроводящего слоя и металлической части. Полупроводящей слой, аналогичный экрану по жиле, обеспечивает плавный контакт изоляции с металлическим экраном. Металлический экран выполняется в виде медной ленты, наложенной продольно с перекрытием, или в виде медных проволок, спирально наложенных поверх полупроводящего слоя. В некоторых конструкциях применяется комбинация ленты и проволок. Основное назначение – замыкание емкостных токов и обеспечение безопасности при повреждении (защита от поражения током).
- Поясная изоляция: Представляет собой ленту из полимерного материала, наложенную поверх металлического экрана. Служит для его фиксации и дополнительной защиты от коррозии.
- Защитная оболочка (усиленная): Выполнена из полиэтилена (марки ПЭ) черного цвета. Маркировка «Пу» (усиленная) означает увеличенную толщину оболочки, что обеспечивает повышенную механическую прочность, стойкость к истиранию, повреждениям при протяжке, а также защиту от агрессивных сред, влаги и ультрафиолетового излучения. Оболочка является ключевым барьером от внешних воздействий.
- Номинальное напряжение: 20 кВ.
- Максимальное рабочее напряжение U0/U (Um): 12/20 (24) кВ.
- Диапазон рабочих температур: от -50°C до +50°C.
- Допустимая температура нагрева жилы: +90°C – в продолжительном режиме; +130°C – в режиме короткого замыкания (не более 4 сек.); +250°C – при перегрузке.
- Минимальный радиус изгиба при прокладке: 15 наружных диаметров кабеля для одножильных кабелей с поясной изоляцией и оболочкой из полиэтилена.
- Срок службы: Не менее 30 лет.
- Преимущества:
- Высокие электрические и механические характеристики изоляции: Сшитый полиэтилен сохраняет свойства в более широком температурном диапазоне.
- Меньший вес и наружный диаметр: Облегчает транспортировку и монтаж, позволяет использовать кабели большего сечения на ограниченном пространстве.
- Отсутствие риска стекания пропиточного состава: В отличие от бумажной изоляции, что позволяет прокладывать трассы с большим перепадом уровней.
- Высокая стойкость к влаге и агрессивным средам благодаря полиэтиленовой оболочке.
- Большая допустимая температура при КЗ: +250°C против +200°C у бумажных кабелей.
- Упрощение монтажа муфт: Не требуется удаление пропиточного состава.
- Недостатки:
- Более высокая стоимость по сравнению с кабелями в ПВХ-оболочке.
- Чувствительность к точечным механическим повреждениям оболочки (требует аккуратности при монтаже).
- Необходимость применения специальных инструментов и технологий для разделки и монтажа концевых и соединительных муфт.
- Ограниченная стойкость к открытому пламени при групповой прокладке (требует дополнительных мер огнезащиты).
- Потери в металлической оболочке (экране): В одножильных кабелях при протекании переменного тока по жиле в металлическом экране наводятся вихревые токи, вызывающие дополнительные потери и нагрев. Для их снижения применяется специальная схема соединения экранов (перекрестное соединение) с установкой соединительных или концевых муфт с изолированным выводом экрана и устройств защиты экрана (ОЗЭ).
- Прокладка: Кабели должны быть уложены треугольником или плоскостью с фиксированным расстоянием между ними. При прокладке в земле рекомендуется использование мягкой песчаной подсыпки и защитных плит или сигнальной ленты.
- Заземление: Металлические экраны кабелей подлежат заземлению с двух концов. В случае большой длины линии (обычно более 1-2 км) для ограничения токов, циркулирующих в экране, применяется схема с разделением линии на три секции с перекрестным соединением экранов и заземлением в точках перекреста.
Область применения и условия эксплуатации
Кабель АПвКПу 1х20 кВ предназначен для прокладки в земле (в траншеях), кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам и галереям, а также в помещениях. Он не распространяет горение при одиночной прокладке. Основные сферы применения: магистральные и распределительные линии электроснабжения городов и промышленных предприятий, питание мощных электроприемников, вводы на подстанции, строительство и реконструкция кабельных сетей 6-20 кВ.
Технические характеристики и данные для расчета
При проектировании сетей с применением кабеля АПвКПу используются следующие ключевые параметры.
Таблица 1. Электрические характеристики при температуре жилы +90°C
| Номинальное сечение жилы, мм² | Сопротивление жилы постоянному току, Ом/км, не более | Емкость, мкФ/км | Индуктивность, мГн/км |
|---|---|---|---|
| 50 | 0.641 | 0.20 — 0.25 | 0.5 — 0.6 |
| 120 | 0.253 | 0.23 — 0.28 | 0.45 — 0.55 |
| 240 | 0.125 | 0.26 — 0.32 | 0.4 — 0.5 |
| 400 | 0.0778 | 0.30 — 0.36 | 0.35 — 0.45 |
Таблица 2. Допустимые длительные токовые нагрузки (Iдоп) при прокладке в земле (траншее)
Условия: глубина прокладки 0.7 м, температура грунта +15°C, удельное тепловое сопротивление грунта 1.0 К·м/Вт.
| Сечение жилы, мм² | Допустимый ток, А (одножильный кабель) | Сечение жилы, мм² | Допустимый ток, А (одножильный кабель) |
|---|---|---|---|
| 50 | 215 | 185 | 450 |
| 70 | 265 | 240 | 525 |
| 95 | 320 | 300 | 595 |
| 120 | 365 | 400 | 695 |
| 150 | 410 | 500 | 790 |
Важно: При изменении условий прокладки (температура грунта, количество кабелей в траншее, удельное сопротивление грунта) необходимо применять поправочные коэффициенты согласно ПУЭ 7-го издания и ГОСТ 31996-2012.
Преимущества и недостатки кабеля АПвКПу по сравнению с аналогами
Сравнение проводится преимущественно с кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (АСБл) и кабелями в ПВХ-оболочке (АПвП).
Особенности монтажа и эксплуатации одножильных кабелей 20 кВ
При работе с одножильными кабелями среднего напряжения необходимо учитывать специфические факторы.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между кабелями АПвКПу и АПвП?
Основное отличие – в материале защитной оболочки. У АПвКПу оболочка из полиэтилена (Пу), а у АПвП – из поливинилхлорида (П). Полиэтиленовая оболочка обладает более высокой механической прочностью, стойкостью к растрескиванию, влагонепроницаемостью и лучшими диэлектрическими характеристиками. Кабель АПвКПу предпочтительнее для прокладки в грунтах с высокой коррозионной активностью, в условиях возможных механических воздействий, а также в водонасыщенных грунтах.
Как правильно выбрать сечение кабеля АПвКПу 20 кВ?
Выбор сечения производится по четырем основным критериям, указанным в ПУЭ гл. 1.3:
1. По длительно допустимому току нагрузки (нагрев). Основной критерий.
2. По потере напряжения (для удаленных потребителей).
3. По экономической плотности тока (для сетей с большим числом часов использования максимума нагрузки).
4. По термической стойкости к токам короткого замыкания (проверка минимально допустимого сечения).
Расчет должен выполняться с учетом всех поправочных коэффициентов на условия прокладки.
Нужно ли использовать устройства защиты экрана (УЗЭ) для кабеля АПвКПу?
Да, для кабелей на напряжение 6-20 кВ с изолированными экранами, заземленными с двух концов, применение УЗЭ (также называемых ОЗЭ – ограничители защиты экрана) является обязательным согласно нормативным документам. УЗЭ защищают экран от перенапряжений, возникающих при коммутациях, коротких замыканиях на землю и грозовых воздействиях, а также ограничивают токи, протекающие через экран при повреждении основной изоляции.
Каковы особенности монтажа концевых муфт на кабель АПвКПу?
Монтаж термоусаживаемых или холодноусаживаемых муфт требует строгого соблюдения технологии:
— Точная цилиндрическая зачистка изоляции с использованием шаблонов.
— Снятие полупроводящего слоя без повреждения основной изоляции (специальными стрипперами или абразивной бумагой).
— Тщательная зачистка и обезжиривание поверхностей.
— Поэтапная усадка компонентов муфты с контролем равномерности нагрева (для термоусаживаемых).
— Качественное заземление экрана и установка УЗЭ.
Работы должны выполняться квалифицированным персоналом с применением специального инструмента.
Допускается ли прокладка кабеля АПвКПу в воздухе (по фасадам, эстакадам)?
Да, допускается. Полиэтиленовая оболочка устойчива к ультрафиолетовому излучению. Однако при открытой прокладке в зонах возможных механических повреждений рекомендуется дополнительная защита в виде металлических лотков, коробов или гофр. Также необходимо учитывать изменение допустимого тока нагрузки при прокладке в воздухе (коэффициенты отличаются от прокладки в земле).
Какой срок службы у кабеля АПвКПу и от чего он зависит?
Номинальный срок службы составляет не менее 30 лет. Фактический ресурс определяется условиями эксплуатации: соблюдением температурных режимов и токовых нагрузок, отсутствием механических повреждений оболочки при монтаже и эксплуатации, качеством монтажа муфт и соединений, коррозионной активностью среды. Регулярный мониторинг состояния изоляции (диагностика частичных разрядов, измерение тангенса дельта) позволяет прогнозировать остаточный ресурс.