Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвКВнг(А)-1 35 кВ: полный технический анализ и область применения

Кабель АПвКВнг(А)-1 35 кВ представляет собой современное высоковольтное кабельное изделие, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 35 кВ частотой 50 Гц. Его конструкция и материалы подобраны для обеспечения высокой надежности, долговечности и безопасности при эксплуатации в различных условиях, включая объекты с повышенными требованиями к пожарной безопасности. Расшифровка маркировки является ключом к пониманию его устройства: А – алюминиевая токопроводящая жила, П – изоляция из сшитого полиэтилена (ПВХ в старой нотации для ВВГ уже не используется, здесь «П» трактуется как полимерная), в – внутренняя оболочка из ПВХ пластиката, К – защитный экран в виде медной проволоки (кольцевая броня), В – наружная оболочка из ПВХ пластиката, нг(А) – нераспространяющее горение по категории А (наивысшая пожаробезопасность при групповой прокладке), 1 – одножильное исполнение, 35 кВ – номинальное напряжение.

Конструктивные элементы кабеля АПвКВнг(А)-1 35 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее изнутри наружу.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия марки АВЕ (алюминий высокой электропроводности) по ГОСТ 22483. Для сечения 35 кВ обычно применяется жила круглой формы, секторная или сегментная для многожильных кабелей, но в одножильном исполнении – исключительно круглой формы. Жила может быть однопроволочной (монолитной) для определенных сечений или многопроволочной, что обеспечивает гибкость. Алюминий выбран как материал, обеспечивающий оптимальное соотношение проводимости, массы и стоимости.

2. Экран на жиле (полупроводящий, внутренний)

Поверх токопроводящей жилы накладывается экструдированный слой из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его ключевая задача – выравнивание электрического поля вокруг жилы, устранение микроскопических неровностей и предотвращение возникновения локальных перенапряжений, которые могут привести к пробою изоляции. Этот слой создает идеально гладкую цилиндрическую поверхность для наложения основной изоляции.

3. Изоляция

Основной изолирующий слой выполнен из сшитого полиэтилена (XLPE – Cross-Linked Polyethylene). Это материал, молекулярная структура которого была модифицирована (сшита) под воздействием химических веществ или радиации, что привело к образованию трехмерной сетчатой структуры. По сравнению с термопластичным полиэтиленом, XLPE обладает radically improved характеристиками: значительно более высокой рабочей температурой (до 90°C в длительном режиме), стойкостью к тепловому старению, устойчивостью к трекингу и влаге, высокой механической прочностью при нагреве. Толщина изоляции строго нормирована стандартами и зависит от номинального напряжения.

4. Экран на изоляции (полупроводящий, внешний)

Поверх основного изоляционного слоя накладывается второй экструдированный слой из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его функция – равномерное распределение силовых линий электрического поля внутри изоляции и создание четкой границы для металлического экрана.

5. Металлический экран (заземляющий)

Выполняется в виде медных проволок, наложенных спирально поверх внешнего полупроводящего экрана, или в виде медной ленты, наложенной продольно. В кабелях марки «К» (как в АПвКВнг) часто применяется именно проволочный экран, который также выполняет функцию брони (кольцевая броня). Этот экран служит для замыкания электрического поля внутри кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех, а также является проводником для токов утечки и токов короткого замыкания. Он подлежит обязательному заземлению с двух сторон.

6. Внутренняя оболочка (под броней)

Слой из ПВХ пластиката, наложенный поверх металлического экрана. Защищает металлический экран от коррозии, а также служит демпфирующей прослойкой между экраном/броней и наружной оболочкой.

7. Броня

В данной конструкции броней служат те же медные проволоки (литера «К» в маркировке), которые формируют металлический экран. Это так называемая кольцевая броня. Она обеспечивает механическую защиту от растягивающих усилий, ударов, грызунов.

8. Наружная оболочка

Внешний защитный слой из ПВХ пластиката пониженной горючести (нг). Материал оболочки содержит антипирены, что препятствует распространению горения при групповой прокладке. Оболочка обеспечивает защиту от агрессивных сред, влаги, механических повреждений и выполняет функцию изоляции брони.

Основные технические характеристики и параметры

Кабель АПвКВнг(А)-1 35 кВ должен соответствовать ряду нормативных документов, прежде всего ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 1, 3 и 10 кВ» с учетом особенностей на 35 кВ (ТУ 16.К71-310-2001 и др.).

Таблица 1. Ключевые электрические и конструктивные параметры (пример для сечения 120 мм²)

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение U0/U, кВ	20,6 / 35
Максимальное рабочее напряжение Um, кВ	40,5
Число и форма жил	1, круглая
Сечение токопроводящей жилы, мм²	От 50 до 800 (типовой ряд)
Материал жилы	Алюминий (АВЕ)
Материал изоляции	Сшитый полиэтилен (XLPE)
Температура эксплуатации, °C	От -50 до +50
Допустимая температура жилы, °C: — длительно — при КЗ	+90 +250 (не более 5 с)
Минимальный радиус изгиба при прокладке	Не менее 20 наружных диаметров кабеля
Сопротивление изоляции при 20°C, МОм·км	Не менее 1000
Испытательное переменное напряжение, кВ/5 мин.	65 (для новых кабелей после прокладки)
Стойкость к распространению горения	Категория А по ГОСТ 53315 (нг(А))

Таблица 2. Примерные данные по допустимому длительному току (ДДТ) для прокладки в земле (траншее)

Сечение жилы, мм²	Наружный диаметр, мм (приблиз.)	Масса 1 км, кг (приблиз.)	ДДТ при прокладке в земле (1 кабель в трубе, грунт 1.5 К·м/Вт, tгр=25°C), А
120	45	3500	275
150	48	4100	315
185	52	4800	360
240	57	5900	420
300	62	7100	480

Примечание: Точные значения ДДТ зависят от множества условий (способ прокладки, температура окружающей среды, удельное тепловое сопротивление грунта, количество работающих кабелей вплотную и др.). Расчет должен выполняться по методике ГОСТ 31996-2012 или с использованием специализированного ПО для каждого конкретного случая.

Область применения и особенности монтажа

Кабель АПвКВнг(А)-1 35 кВ предназначен для прокладки в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, эстакадах), в производственных помещениях, на специальных кабельных конструкциях, а также в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений. Благодаря индексу «нг(А)» он рекомендован для групповой прокладки в местах массового скопления людей и на объектах с повышенной пожарной опасностью: метрополитены, вокзалы, торговые центры, многоэтажные здания, атомные и тепловые электростанции, промышленные предприятия.

Особенности монтажа одножильного кабеля на 35 кВ:

• При переменном токе вокруг каждой жилы возникает переменное электромагнитное поле. В трехжильных кабелях поля взаимно компенсируются. В одножильных кабелях это поле наводит вихревые токи в металлических экранах, броне и оболочках, вызывая их нагрев и снижая пропускную способность. Поэтому для силовых цепей применяется прокладка тремя кабелями (по одному на фазу).
• Для уменьшения потерь в экранах и обеспечения их нормальной работы применяются специальные схемы перекрестного соединения экранов и их заземления (система cross-bonding). При небольших длинах линий допускается заземление экранов с двух сторон, но это приводит к циркулирующим токам.
• Прокладка трех одножильных кабелей должна выполняться в треугольной конфигурации (с образованием вершин равностороннего треугольника), что минимизирует индуктивность и неравномерность распределения тока. Для фиксации используются специальные дистанционные спейсеры.
• Монтаж должен производиться при положительной температуре окружающей среды (без предварительного подогрева кабеля). Минимальный радиус изгиба – критически важный параметр, нарушение которого ведет к необратимой деформации изоляции и экранов.
• Концевые муфты (концевая заделка) и соединительные муфты должны быть специально рассчитаны на работу с кабелями 35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена и соответствовать его конструкции.

Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами

Преимущества кабеля АПвКВнг(А)-1 35 кВ:

• Высокие электрические характеристики: Низкие диэлектрические потери, высокая стойкость к тепловым перегрузкам, отличные диэлектрические свойства XLPE.
• Пожарная безопасность: Оболочка из ПВХ пластиката пониженной горючести с категорией «нг(А)» позволяет прокладывать кабель группами без риска распространения пламени.
• Механическая защита: Наличие брони из медных проволок защищает от механических повреждений, растяжения и грызунов.
• Коррозионная стойкость: Внутренняя и наружная оболочки из ПВХ обеспечивают защиту металлических элементов от влаги и агрессивных сред.
• Удобство монтажа и ремонта: Одножильные кабели, несмотря на особенности с экранами, зачастую проще в транспортировке и монтаже на сложных трассах по сравнению с тяжелыми трехжильными аналогами большого сечения.

Недостатки и ограничения:

• Потери в экранах: Необходимость применения специальных схем заземления экранов для минимизации потерь.
• Увеличенный расход металла и материалов: Для трехфазной линии требуется три кабеля, что увеличивает общий метраж и затраты на муфты.
• Сложность выбора схемы прокладки: Требуется тщательный электромагнитный расчет при проектировании.
• Относительно высокая стоимость: По сравнению с кабелями на более низкое напряжение или с бумажно-масляной изоляцией.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: В чем принципиальная разница между кабелями АПвКВнг(А) и АПвПнг(А) на 35 кВ?

Ответ: Разница в конструкции брони и экрана. В кабеле АПвКВнг(А) (где «К» – кабельная броня из круглых стальных оцинкованных проволок, но в данном контексте часто трактуется как медные проволоки для экрана/брони) защитная функция и функция экрана часто совмещены в одном слое из медных проволок. В кабеле АПвПнг(А) («П» – плоская броня из стальных оцинкованных лент) металлический экран (часто из медных проволок или ленты) и броня из стальных лент – это разные, независимые слои. Кабель с ленточной броней (П) лучше защищен от механических повреждений режущего типа, но имеет больший диаметр и массу.

Вопрос 2: Почему для заземления экрана одножильного кабеля 35 кВ иногда используют специальные схемы (cross-bonding), а не простое заземление с двух сторон?

Ответ: Простое двустороннее заземление экрана создает замкнутый контур (экран – земля – экран). Переменное магнитное поле от тока в жиле наводит в этом контуре ЭДС, что вызывает циркуляцию значительных токов по экрану. Это приводит к прямым потерям электроэнергии (до 30% и более от потерь в жиле) и сильному нагреву экрана, что снижает пропускную способность кабеля. Система cross-bonding разбивает трассу на три примерно равных участка и перекрещивает экраны между участками так, что суммарная наведенная ЭДС в каждом большом контуре стремится к нулю, что резко снижает циркулирующие токи.

Вопрос 3: Можно ли прокладывать кабель АПвКВнг(А)-1 35 кВ в земле без дополнительной защиты?

Ответ: Да, можно, так как кабель имеет броню (в виде медных проволок, выполняющих также функцию экрана), которая обеспечивает механическую защиту. Однако, согласно ПУЭ, для кабелей выше 1 кВ, прокладываемых в земле, рекомендуется дополнительная защита в виде плит или сигнальной ленты на глубине 0.5 м от верха кабеля. При прокладке в местах с повышенной активностью (распашка, строительные работы) рекомендуется использовать защиту в виде асбестоцементных, пластиковых или керамических труб.

Вопрос 4: Каков срок службы данного кабеля и от чего он зависит?

Ответ: Номинальный срок службы кабеля АПвКВнг(А)-1 35 кВ, заявленный производителями и стандартами, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации зависит от условий: соблюдения допустимых токовых нагрузок и температурных режимов, отсутствия механических повреждений при монтаже и эксплуатации, качества монтажа муфт и концевых заделок, коррозионной стойкости наружной оболочки, отсутствия вибраций. Критическим фактором является состояние изоляции из сшитого полиэтилена, которое можно контролировать методами диагностики (измерение частичных разрядов, тангенса угла диэлектрических потерь).

Вопрос 5: В чем преимущество алюминиевой жилы перед медной в кабелях на 35 кВ?

Ответ: Основное преимущество – существенно более низкая стоимость и меньший вес при сопоставимой пропускной способности (для достижения одинаковой проводимости сечение алюминиевой жилы должно быть примерно на 60% больше, чем медной, но это все равно экономически выгоднее). Недостатки алюминия: более низкая механическая прочность, склонность к ползучести (требует специальных концевых заделок и наконечников), более высокое переходное сопротивление в местах контакта, что требует применения контактной пасты и качественного обжатия.

Заключение

Кабель АПвКВнг(А)-1 35 кВ является современным, надежным и безопасным решением для построения кабельных линий электропередачи среднего класса напряжения. Его конструкция, основанная на изоляции из сшитого полиэтилена и комплексной системе экранирования, обеспечивает высокие электрические и эксплуатационные характеристики. Наличие брони и оболочки пониженной горючести категории «нг(А)» позволяет применять его в ответственных проектах с жесткими требованиями по механической защите и пожарной безопасности. При проектировании и монтаже линий на основе одножильных кабелей 35 кВ необходимо уделять особое внимание правилам их прокладки, схемам заземления экранов и выбору комплектующих муфт, что гарантирует долгосрочную и безаварийную работу энергообъекта.