Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвП 3-х жильный на напряжение 20 кВ: конструкция, применение и технические характеристики

Кабель марки АПвП 3х… 20 кВ представляет собой силовой кабель с алюминиевыми жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), в экране из алюмополимерной ленты, с внешней защитной оболочкой из полиэтилена. Данный тип кабеля предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Он является современной и высокоэффективной альтернативой кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией (типа АСБл) и широко применяется в электросетевом хозяйстве.

Расшифровка маркировки АПвП

• А – токопроводящая жила из алюминия.
• П – изоляция жил из сшитого полиэтилена (Cross-linked Polyethylene, XLPE).
• в – внутренняя защитная оболочка (в данном контексте – экран) из алюмополимерной ленты (композитный материал: алюминиевая фольга + полимерная пленка).
• П – внешняя защитная оболочка из полиэтилена.
• 3-х жильный – три изолированные жилы в общей оболочке.
• 20 кВ – номинальное напряжение 20 000 Вольт.

Конструкция кабеля АПвП 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию, обеспечивая надежность и долговечность изделия.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия (марки АВЕ, АВЕФ по ГОСТ 22483), круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма жил позволяет оптимизировать заполнение пространства внутри кабеля, уменьшить его общий диаметр и массу. Жилы могут быть однопроволочными (для меньших сечений) или многопроволочными, скрученными из отдельных проволок.

2. Экран по жиле (полупроводящий экран)

Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его основная функция – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений на границе между жилой и изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов – главной причины старения и пробоя изоляции.

3. Изоляция жилы

Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Процесс сшивки (образования поперечных молекулярных связей) придает материалу повышенные термические и механические свойства по сравнению с термопластичным полиэтиленом. Изоляция обладает высокой электрической прочностью, стойкостью к тепловым перегрузкам (допустимая температура жилы +90°C в длительном режиме, до +250°C при КЗ), низкими диэлектрическими потерями и влагостойкостью.

4. Экран по изоляции (полупроводящий экран)

Аналогичен экрану по жиле. Наносится поверх изоляции каждой жилы. Вместе с экраном по жиле создает коаксиальную структуру, полностью заключая электрическое поле внутри изоляции и обеспечивая его радиальную симметрию.

5. Поясная изоляция и заполнитель

Три экранированные изолированные жилы скручиваются вместе. Пространство между ними заполняется промежуточным заполнителем из эластичного материала (например, ПЭТ-ленты) или экструдированными полимерными жгутами для придания кабелю круглой формы. Поверх скрутки может накладываться поясная изоляция из полупроводящей ленты или пленки.

6. Экранирующая оболочка (общий экран)

Выполняется в виде продольно или спирально наложенной алюмополимерной ленты (АПЛ). Этот слой является ключевым элементом марки «в». Алюмополимерная лента состоит из алюминиевой фольги, ламинированной с одной или двух сторон полимерной пленкой (чаще всего полиэтилентерефталатной). Функции:

• Экранирующая: Замыкает на себя электрическое поле, обеспечивает равный нулю потенциал по всей поверхности кабеля, защищает от внешних электромагнитных помех.
• Герметизирующая: Полимерный слой ленты обеспечивает адгезию с внутренними и внешними полимерными оболочками, создавая барьер для продольной миграции влаги.
• Дренажная: Алюминиевый слой служит проводником для токов утечки и замыкания на землю, поэтому должен быть надежно заземлен с обоих концов кабеля.

7. Внешняя защитная оболочка

Выполняется из полиэтилена (ПЭ) черного цвета. Полиэтиленовая оболочка обеспечивает отличную защиту от агрессивных химических сред, влаги (имеет близкое к нулю водопоглощение) и механических воздействий. Оболочка маркируется с указанием марки кабеля, сечения, напряжения, года изготовления и производителя.

Основные технические характеристики и параметры

Таблица 1. Номинальные сечения жил и массогабаритные показатели (пример для кабеля 20 кВ)

Сечение жилы, мм²	Примерный наружный диаметр, мм	Примерная масса 1 км кабеля, кг	Максимальный внешний диаметр по ГОСТ, мм
3х50	55-60	2500-2800	67
3х70	60-65	3100-3500	72
3х95	65-70	3800-4200	77
3х120	70-75	4500-5000	82
3х150	75-80	5300-5800	87
3х185	80-85	6200-6800	92
3х240	85-92	7500-8200	100

Таблица 2. Электрические и эксплуатационные параметры

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение U0/U (Um)	12/20 кВ (24 кВ)
Испытательное переменное напряжение, 50 Гц, 10 мин.	30 кВ (для новых кабелей после монтажа)
Испытательное постоянное напряжение (для эксплуатационных испытаний)	48 кВ (продолжительность согласно нормам)
Максимальная допустимая температура жилы в длительном режиме	+90°C
Допустимая температура жилы при коротком замыкании (до 5 сек)	+250°C
Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева	-20°C
Минимальный радиус изгиба при монтаже	15 x наружный диаметр кабеля
Срок службы	Не менее 30 лет

Область применения и способы прокладки

Кабель АПвП 20 кВ предназначен для работы в электрических сетях с изолированной или эффективно заземленной нейтралью. Применяется для:

• Создания и реконструкции кабельных линий 6-10-20 кВ в городах и населенных пунктах.
• Питания мощных промышленных предприятий, насосных станций, трансформаторных подстанций.
• Прокладки в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, эстакадах).
• Прокладки в земле (траншеях) при условии отсутствия механических повреждений и коррозионного воздействия.
• Прокладки в помещениях, шахтах, каналах.

Важное ограничение: Кабель с полиэтиленовой оболочкой не распространяет горение при одиночной прокладке. Однако полиэтилен является горючим материалом, поэтому при групповой прокладке в помещениях, туннелях необходимо учитывать требования пожарной безопасности (ПУЭ, СП). В таких случаях часто применяют кабели с оболочкой из поливинилхлорида (ПВХ), например, АПвВ, который имеет лучшие показатели по распространению пламени.

Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями с бумажной изоляцией (АСБ)

Преимущества АПвП:

• Высокая влагостойкость: Отсутствие гигроскопичной бумажной изоляции исключает необходимость герметизации концов и ограничений по перепаду уровней прокладки.
• Большая допустимая температура: +90°C против +70°C для АСБ, что позволяет увеличить пропускную способность линии.
• Меньшие масса и габариты: При одинаковом сечении и напряжении кабель АПвП легче и тоньше.
• Простота монтажа и эксплуатации: Не требует сложных технологий монтажа муфт, связанных с заливкой мастики. Длина транспортировочной бухты может быть больше.
• Высокая стойкость к термоциклированию: Изоляция СПЭ не стареет и не теряет свойств при циклических изменениях нагрузки.
• Высокая стойкость к токам КЗ.

Недостатки / Особенности АПвП:

• Чувствительность к частичным разрядам: Качество изоляции критически зависит от чистоты производства и отсутствия микроскопических дефектов.
• Чувствительность к механическим повреждениям оболочки и ударным нагрузкам: При повреждении внешней оболочки и экрана (АПЛ) в месте повреждения возникает концентрация электрического поля, ведущая к постепенному разрушению изоляции.
• Необходимость тщательного заземления экранов: Экраны всех трех жил должны быть надежно заземлены с обоих концов линии для протекания токов утечки и обеспечения безопасности.
• Относительно высокая стоимость.

Монтаж и соединение. Особенности работы с экраном из АПЛ

Монтаж кабельных линий из АПвП требует специальной подготовки персонала и использования инструмента для кабелей с изоляцией СПЭ. Ключевые этапы:

1. Разделка конца кабеля: Послойное снятие оболочки, экрана из АПЛ, полупроводящего экрана по изоляции. Требуется высокая точность и аккуратность, чтобы не повредить основную изоляцию.
2. Обработка изоляции: Поверхность изоляции СПЭ зачищается, шлифуется и обезжиривается для обеспечения идеального контакта и отсутствия частичных разрядов в муфте.
3. Монтаж концевых или соединительных муфт: Используются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты, специально разработанные для кабелей с изоляцией из СПЭ. Муфта должна обеспечивать плавный градиент электрического поля, герметизацию и механическую защиту.
4. Заземление экранов: Экранирующая алюмополимерная лента (вместе с медными дренажными проволоками, если они есть в конструкции) заводится под заземляющие проводники муфты и надежно обжимается. Заземление должно быть выполнено на обоих концах линии и на всех муфтах.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями АПвП и АПвПу?

Буква «у» в маркировке АПвПу означает «усиленная» защитная оболочка. В кабеле АПвПу поверх экрана из алюмополимерной ленты наложена дополнительная броня из стальных оцинкованных проволок или лент, а затем уже внешняя оболочка из полиэтилена. АПвПу применяется при прокладке в земле с высоким риском механических повреждений (камни, строительный мусор, грызуны), в сейсмически активных зонах, для переходов через дороги. АПвП такой брони не имеет.

Как правильно выбрать сечение жил кабеля АПвП 20 кВ?

Выбор сечения производится по допустимому длительному току нагрузки (по таблицам ПУЭ, с учетом способа прокладки и температуры окружающей среды) и проверяется на потерю напряжения и термическую стойкость к токам короткого замыкания. Для предварительной оценки можно ориентироваться на то, что кабель 3х120 мм² допускает длительный ток около 260 А при прокладке в земле, а 3х240 мм² – около 385 А (значения могут варьироваться в зависимости от конкретных условий).

Обязательно ли использовать концевые муфты на кабеле АПвП?

Да, обязательно. Открытый срез кабеля, где видны изолированные жилы и экран, не предназначен для непосредственного подключения к оборудованию (ячейке КРУ, трансформатору). Концевая муфта (типа КНТп, КВТп и др.) обеспечивает необходимую электрическую прочность, герметизирует торец кабеля, организует удобный и безопасный вывод для подключения шин или наконечников, а также надежное заземление экрана.

Что делать, если повреждена внешняя оболочка кабеля, но экран из АПЛ не затронут?

Повреждение полиэтиленовой оболочки необходимо устранить, даже если экран не поврежден. Для этого используется ремонтная термоусаживаемая манжета или муфта, которая восстанавливает герметичность и механическую целостность оболочки, предотвращая дальнейшее проникновение влаги и коррозию экрана.

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

Да, можно. Полиэтиленовая оболочка обладает стойкостью к ультрафиолетовому излучению (в состав вводятся стабилизаторы). Однако при длительной прокладке на открытом солнце рекомендуется использование кабелей в оболочке из светостабилизированного полиэтилена (часто имеет черный цвет) или применение дополнительных защитных мер (гофрорукава, лотки). Также необходимо учитывать механические нагрузки (ветер, гололед) и обеспечить соответствующее крепление.

Какой кабель лучше для прокладки в земле: АПвП или АПвБбШп?

АПвБбШп имеет броню из стальных лент и оболочку из полиэтилена поверх брони. Для прямой прокладки в траншее, особенно в грунтах с повышенной камнестостью или риском раскопок, кабель АПвБбШп предпочтительнее из-за механической защиты. АПвП можно укладывать в землю, но только при условии дополнительной защиты (например, в асбоцементных или ПНД трубах, в лотке с песком) и при отсутствии значительных механических воздействий.

Требуется ли для кабеля АПвП устройство подушки и засыпки при прокладке в траншее?

Да, требования стандартны для силовых кабелей. На дно траншеи укладывается песчаная подушка толщиной 100-150 мм. После укладки кабеля его засыпают слоем мягкого грунта или песка без камней толщиной 200 мм, укладывают сигнальную ленту, после чего производят полную засыпку траншеи.