Кабель АПвПу2гж 1х150: полный технический анализ и область применения

Кабель марки АПвПу2гж 1х150 представляет собой одножильное силовое кабельное изделие с изоляцией из сшитого полиэтилена, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на переменное напряжение 110-220 кВ частотой 50 Гц. Данный кабель относится к высокотехнологичной продукции для магистральных сетей высокого и сверхвысокого напряжения и отвечает современным требованиям по надежности, долговечности и эффективности передачи мощности.

Расшифровка маркировки АПвПу2гж 1х150

• А – токопроводящая жила из алюминия.
• П – изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE).
• в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ).
• Пу – усиленная защитная оболочка (обычно из полиэтилена).
• 2г – двойная герметизация: водоблокирующие ленты и заполнитель в виде гидрофобного геля под оболочкой.
• ж – жила секторной или сегментной формы (в данном случае, для сечения 150 мм², чаще применяется круглая компактированная, но индекс «ж» указывает на возможность применения для больших сечений с целью компактизации).
• 1х150 – одна токопроводящая жила с номинальным сечением 150 квадратных миллиметров.

Конструкция кабеля АПвПу2гж 1х150

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

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия марки АЕ (алюминий электротехнический) по ГОСТ 22483. Для сечения 150 мм² жила, как правило, имеет круглую форму и может быть как однопроволочной (одножильной), так и многопроволочной (чаще компактированной). Компактирование повышает гибкость и механическую стабильность жилы. Сопротивление постоянному току соответствует классу 1 или 2 по ГОСТ.

2. Экран на жиле (полупроводящий экран)

Наносится поверх токопроводящей жилы экструзионным способом. Изготавливается из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей композиции. Выравнивает распределение электрического поля, устраняя микроскопические неровности на поверхности жилы, и предотвращает локальные перенапряжения в изоляции.

3. Основная изоляция

Выполнена из сшитого полиэтилена (XLPE) методом экструзии с последующим сшиванием (вулканизацией) под давлением в среде инертного газа или пара. Этот процесс придает полиэтилену сетчатую молекулярную структуру, резко повышающую его термостойкость (до +90°C в длительном режиме и до +250°C в режиме короткого замыкания), механическую прочность и стойкость к трекингу. Толщина изоляции нормирована стандартами в зависимости от класса напряжения.

4. Экран на изоляции (полупроводящий экран)

Аналогичен экрану на жиле. Наносится поверх основной изоляции, завершая формирование коаксиальной конструкции «жила-изоляция-экран». Обеспечивает равномерное радиальное распределение электрического поля и является внутренней частью токопроводящего экрана.

5. Поясная изоляция

Выполняется из полупроводящих лент или экструдированного полупроводящего слоя. Служит для выравнивания потенциалов между экраном на изоляции и металлическим экраном.

6. Металлический экран (броня)

В кабелях на напряжение 110 кВ и выше применяется в виде гофрированной медной или алюминиевой ленты, наложенной продольно с перекрытием и герметично запаянной. Для сечения 1х150 он выполняет две ключевые функции:

• Защитная: является заземляющим элементом, обеспечивает безопасность персонала при повреждении основной изоляции, отводя токи замыкания на землю.
• Эксплуатационная: служит обратным проводником для токов утечки и емкостных токов, а также для циркулирующих токов в одножильных кабелях.

Сечение металлического экрана нормируется в зависимости от ожидаемых токов короткого замыкания.

7. Заполнитель и герметизирующие элементы

Пространство под внешней оболочкой заполняется гидрофобным тиксотропным гелем и/или армируется водоблокирующими лентами (индекс «2г»). Это предотвращает продольное распространение влаги в случае локального повреждения внешней оболочки.

8. Внешняя защитная оболочка

Состоит из двух слоев (индекс «Пу»):

• Внутренний слой (в): из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). Обеспечивает дополнительную механическую защиту и барьер от внешних воздействий.
• Внешний усиленный слой (Пу): из полиэтилена среднего или высокой плотности (ПЭ/ПНД). Обладает высокой стойкостью к механическим повреждениям, истиранию, агрессивным почвам и химическим веществам. Цвет оболочки, как правило, черный.

Основные технические и эксплуатационные характеристики

Таблица 1. Сводные технические параметры кабеля АПвПу2гж 1х150

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение U0/U (Um)	64/110 (126) кВ или 127/220 (252) кВ
Количество и сечение жил	1 х 150 мм²
Материал жилы	Алюминий
Материал изоляции	Сшитый полиэтилен (XLPE)
Максимальная рабочая температура жилы	+90°C
Допустимая температура при КЗ (до 5 сек)	+250°C
Минимальная температура прокладки (без предварительного подогрева)	-20°C
Минимальный радиус изгиба при прокладке	Не менее 20 наружных диаметров кабеля
Строительная длина	Оговаривается с заводом-изготовителем, обычно от 400 до 1000 м
Сопротивление жилы постоянному току при +20°C, не более	0.206 Ом/км (для класса 1 по ГОСТ 22483)
Испытательное переменное напряжение промышленной частоты после прокладки	U0 = 64 кВ: 116 кВ в течение 60 мин. U0 = 127 кВ: 230 кВ в течение 60 мин.
Допустимый ток нагрузки (Iдоп)*	Зависит от условий прокладки. Пример: прокладка в земле (траншее), температура грунта +20°C, глубина 1 м, удельное тепловое сопротивление грунта 1.0 К·м/Вт: ~340 А.

• Точное значение I_доп рассчитывается по методике МЭК 60287 с учетом всех конкретных условий: способ прокладки, температура окружающей среды, количество работающих кабелей вплотную, тепловое сопротивление среды.

Область применения и способы прокладки

Кабель АПвПу2гж 1х150 предназначен для создания участков кабельных линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения. Основные сферы применения:

• Магистральные линии 110-220 кВ: вводы в города, подстанции, промышленные зоны, где невозможна или нецелесообразна прокладка воздушных линий.
• Переходы через водные преграды, природные и заповедные зоны.
• Питающие линии для мощных потребителей: металлургические комбинаты, химические предприятия, крупные железнодорожные узлы.
• Соединение распределительных устройств (ОРУ и ЗРУ) на территории энергообъектов.

Способы прокладки:

• В кабельных траншеях (земля): наиболее распространенный способ. Требует песчаной подсыпки, защиты кирпичом или плитами, наличия сигнальной ленты.
• В кабельных каналах, тоннелях, коллекторах.
• В производственных помещениях на эстакадах и в галереях.
• По специальным кабельным эстакадам и мостам.

Важно: Для одножильных кабелей на высокое напряжение критически важно правильное взаимное расположение фаз (жил) для минимизации потерь в металлических экранах. Применяются схемы «в плашку» (плоскостью) или треугольником, с обязательным учетом необходимости перекрестного соединения экранов и их заземления на обоих концах линии для прерывания циркулирующих токов и установки устройств защиты от перенапряжений.

Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами

Преимущества кабеля с изоляцией XLPE (АПвПу2гж) перед кабелем с бумажно-масляной изоляцией (АСБл):

• Более высокая допустимая рабочая температура (+90°C против +70°C).
• Отсутствие риска утечки пропиточного состава, возможность прокладки на вертикальных и наклонных участках без ограничений.
• Меньший вес и внешний диаметр при аналогичных параметрах.
• Более простая и чистая процедура монтажа муфт и концевых заделок.
• Меньшие диэлектрические потери (меньший tgδ).
• Отсутствие необходимости в системах масляного давления и мониторинга.

Недостатки:

• Более высокая чувствительность к частичным разрядам при наличии дефектов монтажа.
• Требовательность к качеству разделки и технологии монтажа соединительной арматуры.
• Как правило, более высокая стоимость самого кабеля, но часто более низкая общая стоимость жизненного цикла линии.

Требования к монтажу и эксплуатации

• Прокладка должна производиться при температуре не ниже -20°C. При более низких температурах кабель требует предварительного прогрева в специальных утепленных барабанах.
• Запрещается перемещать барабан с кабелем методом сбрасывания с транспортного средства.
• При раскатке необходимо использовать направляющие ролики с большим радиусом, исключающие механические удары и резкие изгибы.
• Монтаж соединительных и концевых муфт должен выполняться квалифицированным персоналом с использованием специального инструмента в условиях чистоты (палатки) для исключения попадания пыли и влаги на изоляцию.
• Обязательно выполнение системы перекрестного соединения и заземления металлических экранов согласно проекту для ограничения наведенных напряжений и токов.
• Перед включением под напряжение кабельная линия должна пройти приемо-сдаточные испытания повышенным напряжением переменного тока и измерение сопротивления изоляции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается АПвПу2гж от АПвПуг?

Основное отличие в индексе «2г» (двойная герметизация: ленты + гель) против «г» (обычно только гель или только ленты). Конструкция с «2г» обеспечивает более надежную защиту от продольного распространения влаги в случае локального повреждения оболочки, что критически важно для ответственных линий.

Почему для такого высокого напряжения применяется одножильный кабель, а не трехжильный?

Для напряжений 110 кВ и выше трехжильные кабели в общей оболочке имеют очень большой вес и диаметр, что делает их транспортировку и монтаж крайне сложными. Использование трех одножильных кабелей (по одному на фазу) повышает гибкость проектирования трассы, упрощает монтаж муфт и позволяет оптимально расположить фазы для снижения потерь. Однако это требует большего пространства для прокладки.

Как правильно выбрать сечение металлического экрана?

Сечение медного или алюминиевого экрана выбирается на этапе проектирования исходя из расчетных токов короткого замыкания на землю в сети и их длительности. Оно должно быть достаточным для термической стойкости. Типовые значения для кабеля 110 кВ сечением 150 мм² лежат в диапазоне 95-120 мм² по меди. Окончательный выбор регламентируется проектом и техническими условиями завода-изготовителя.

Каков срок службы кабеля АПвПу2гж 1х150?

Заявленный производителями срок службы при соблюдении условий эксплуатации, монтажа и транспортировки составляет не менее 30-40 лет. Фактический ресурс может быть больше и определяется старением изоляции под воздействием рабочих температур и электрического поля.

Как бороться с наведенным напряжением на экранах одножильных кабелей?

Для этого применяется система перекрестного соединения экранов (Cross-Bonding). Трасса разбивается на примерно равные по длине секции (обычно кратные трем). В пределах каждой секции экраны изолированы друг от друга, а на стыках секций производится их циклическая перекоммутация. Это позволяет скомпенсировать наведенное напряжение, снизив его в центральной точке секции почти до нуля, и разорвать путь для циркулирующих токов. Концы экранов заземляются через устройства ограничения перенапряжений (УОП).

Можно ли прокладывать кабель АПвПу2гж в воде?

Конструкция кабеля с двойной герметизацией («2г») и полиэтиленовой внешней оболочкой обеспечивает стойкость к кратковременному погружению в воду. Однако для постоянной прокладки в водной среде (по дну водоемов) существуют специальные исполнения кабелей с усиленной броней из оцинкованных проволок (маркировка «К» — броня из круглых проволок), например, АПвПу2гК. Кабель АПвПу2гж для таких условий без дополнительной защиты не предназначен.