Кабель АПвПу2гж 20 кВ

Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвПу2гж на напряжение 20 кВ: полный технический анализ

Кабель марки АПвПу2гж 20 кВ представляет собой силовой кабель с алюминиевыми жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), в полиэтиленовой оболочке, бронированный стальными оцинкованными проволоками, с защитным покровом из полимерной композиции, не распространяющей горение. Данная маркировка расшифровывается следующим образом: А – алюминиевая токопроводящая жила; Пв – изоляция из вулканизированного (сшитого) полиэтилена; Пу – усиленная (толстостенная) полиэтиленовая оболочка; 2г – броня из двух стальных оцинкованных проволок; ж – заполнение из гидрофобного материала (гель) в межжильном пространстве. Кабель предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц.

Конструкция кабеля АПвПу2гж 20 кВ

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

• Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия (марки АВЕ или ААЕ по ГОСТ 22483), круглой или секторной (сегментной) формы. Секторные жилы применяются в кабелях большой номинальной площади сечения (как правило, от 120 мм² и выше) для компактности конструкции и экономии материалов. Жила может быть однопроволочной (для сечений до 240-300 мм²) или многопроволочной.
• Экран по жиле (полупроводящей экран). Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Выравнивает распределение электрического поля, предотвращает локальные перенапряжения и микропробои на границе жила-изоляция.
• Изоляция. Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Процесс сшивания (вулканизации) молекул полиэтилена под высоким давлением и температурой придает материалу повышенные термические и механические свойства. Рабочая температура жилы повышается до +90°C, а температура в режиме перегрузки может достигать +130°C. Толщина изоляции нормируется стандартами (ГОСТ 15150, ТУ 16.К71-335-2004) и для напряжения 20 кВ составляет от 5,5 до 8,0 мм в зависимости от площади сечения жилы.
• Экран по изоляции (полупроводящей экран). Наносится поверх изоляции аналогично экрану по жиле. Вместе с экраном по жиле образует коаксиальную систему, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции. Оба экрана должны иметь плавный переход и надежный электрический контакт.
• Поясная изоляция. Выполняется в виде наложения медных или алюминиевых лент, либо из экструдированного полупроводящего слоя. Обеспечивает равномерность электрического поля вокруг изолированной жилы.
• Заполнение. Межжильное пространство трехжильных кабелей заполняется гидрофобным компаундом (гелем) или жгутами из невулканизированной резиновой смеси. Заполнение маркируется индексом «ж» и служит для предотвращения продольного распространения влаги в случае повреждения оболочки, а также для придания кабелю круглой формы.
• Поясная изоляция (оболочка). Поверх скрученных изолированных жил с заполнением накладывается поясная изоляция из полупроводящего материала (ленты или экструзии), которая служит основой для брони.
• Броня. Выполняется из двух стальных оцинкованных проволок (индекс «2г»), наложенных поверх поясной изоляции. Назначение брони – защита кабеля от механических повреждений (растягивающих усилий, ударов, грызунов). Оцинковка проволок обеспечивает коррозионную стойкость.
• Наружная оболочка. Изготавливается из полиэтилена (индекс «Пу» указывает на усиленную оболочку). Материал оболочки – полиэтилен низкого давления (ПНД) или полиэтилен, не распространяющий горение. Оболочка защищает броню от коррозии и агрессивного воздействия внешней среды (почвы, химикатов). Цвет оболочки, как правило, черный.

Основные технические и эксплуатационные характеристики

Кабель АПвПу2гж 20 кВ рассчитан на эксплуатацию в широком диапазоне условий. Его ключевые параметры регламентированы техническими условиями и стандартами.

Электрические характеристики

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 20/35 кВ. Где U₀ = 20 кВ – напряжение между жилой и землей, U = 35 кВ – напряжение между жилами, U_m = 24 кВ – максимальное длительно допустимое рабочее напряжение.
• Частота: 50 Гц.
• Допустимая длительная температура нагрева жилы: +90°C.
• Допустимая температура жилы в режиме перегрузки: +130°C (не более 100 часов в год, суммарно не более 1000 часов за срок службы).
• Допустимая температура жилы при коротком замыкании: +250°C (продолжительность КЗ не более 4 секунд).
• Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева: -20°C.
• Минимальный радиус изгиба при прокладке: 15 наружных диаметров кабеля для одножильных и 12 наружных диаметров для трехжильных кабелей.

Область применения и способы прокладки

Кабель АПвПу2гж 20 кВ предназначен для прокладки в земле (траншеях), включая участки с повышенной коррозионной активностью грунтов, в туннелях, каналах, шахтах, коллекторах, а также в помещениях с повышенной влажностью. Бронирование проволоками обеспечивает защиту от механических воздействий и позволяет прокладывать кабель на участках с риском повреждения (например, в местах возможных раскопок). Запрещена прокладка по воздуху (воздушные линии) без дополнительных мер по снятию механической нагрузки с брони.

Таблица 1. Примерные массо-габаритные и электрические параметры кабеля АПвПу2гж 20 кВ 3х(сечение)

Сечение жилы, мм²	Наружный диаметр, мм	Масса 1 км кабеля, кг	Допустимый длительный ток нагрузки (в земле)*, А	Сопротивление жилы при +90°C, Ом/км
3х50	55-60	4500-5000	180-200	0.641
3х70	58-63	5200-5800	220-240	0.443
3х95	62-68	6200-7000	265-290	0.320
3х120	66-72	7200-8000	305-330	0.253
3х150	70-76	8300-9200	350-380	0.206
3х185	74-81	9700-10800	395-430	0.164
3х240	80-88	11800-13000	460-500	0.125

• Точные значения токовых нагрузок зависят от конкретных условий прокладки: температуры грунта, удельного теплового сопротивления, глубины заложения, количества кабелей в траншее и их взаимного расположения. Данные приведены для ориентировки по ГОСТ Р 52796-2007 для прокладки в земле (траншее) при температуре грунта +20°C, глубине заложения 0.7-1.0 м, удельном тепловом сопротивлении грунта 1.2 К·м/Вт.

Преимущества и недостатки кабеля АПвПу2гж по сравнению с аналогами

Преимущества:

• Высокая надежность изоляции. СПЭ-изоляция обладает высокой электрической прочностью, стойкостью к тепловым старению и трекингу.
• Повышенная допустимая температура. Рабочая температура +90°C позволяет передавать большие мощности по сравнению с кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (допускающей +70°C).
• Отсутствие необходимости в ограничителях перепада давления. В отличие от маслонаполненных кабелей, СПЭ-кабели не требуют сложных систем поддержания давления масла.
• Удобство монтажа и эксплуатации. Кабель поставляется в бухтах большой длины (до 1000 м и более), что уменьшает количество муфт на трассе. Допускает прокладку на вертикальных и наклонных участках без ограничений по перепаду высот.
• Высокая стойкость к механическим повреждениям благодаря броне из стальных проволок.
• Коррозионная стойкость. Полиэтиленовая оболочка и оцинкованная броня обеспечивают защиту при прокладке в агрессивных грунтах.
• Гидрофобное заполнение. Индекс «ж» указывает на наличие заполнителя, препятствующего распространению влаги вдоль кабеля.

Недостатки:

• Относительно высокая стоимость по сравнению с кабелями с бумажной изоляцией (например, АСБл) аналогичного напряжения, но этот недостаток компенсируется более низкими эксплуатационными затратами.
• Чувствительность к точечным механическим воздействиям (ударам) на изоляцию до и во время монтажа. Требует аккуратного обращения.
• Необходимость использования специального инструмента и обученного персонала для монтажа концевых и соединительных муфт, так как качество разделки и монтажа напрямую влияет на надежность.
• Большой вес и радиус изгиба по сравнению с кабелями на низкое напряжение, что усложняет монтаж.

Сравнение с другими типами кабелей 20 кВ

АПвПу2гж vs. АПвП2г (без заполнения):

Кабель АПвП2г не имеет гидрофобного заполнения («ж»). Это делает его более уязвимым к продольному распространению влаги при повреждении оболочки. АПвПу2гж рекомендуется для прокладки в местах с повышенной влажностью грунтов или в условиях возможного подтопления.

АПвПу2гж vs. АСБл (с бумажной изоляцией):

Кабель АСБл (Алюминиевая жила, Бумажная изоляция, Броня из стальных лент, Защитный покров) имеет бумажно-масляную изоляцию. Его ключевые отличия: более низкая допустимая рабочая температура (+70°C), ограничения по перепаду высот при прокладке (из-за стекания пропиточного состава), необходимость применения концевых муфт с обязательным герметизированием среза для предотвращения увлажнения изоляции. АПвПу2гж лишен этих недостатков, но имеет более высокую начальную стоимость.

АПвПу2гж vs. ПвП2г (с медной жилой):

Кабель с медной жилой (ПвП2г) имеет аналогичную конструкцию, но с медными токопроводящими жилами. Медный кабель при том же сечении имеет более высокую пропускную способность по току и меньшее электрическое сопротивление, но его стоимость значительно выше. Выбор между алюминием и медью делается на основе технико-экономического расчета с учетом стоимости потерь электроэнергии за весь срок службы.

Особенности монтажа и эксплуатации

Монтаж кабеля АПвПу2гж 20 кВ должен производиться в соответствии с ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), СНиП и инструкциями заводов-изготовителей. Критически важные этапы:

• Транспортировка и хранение. Барабаны с кабелем должны перевозиться и храниться в вертикальном положении. Не допускаются резкие сбрасывания барабанов.
• Раскатка. Запрещена раскатка кабеля с барабана методом «свободного падения» (сбрасывания витков). Необходимо использовать кабельные чулки, лебедки или ролики. Радиус изгиба при раскатке не должен быть меньше допустимого.
• Прокладка в траншее. Глубина заложения от планировочной отметки – не менее 0.7 м. На дне траншеи устраивается песчаная или мягкая грунтовая подушка толщиной 100 мм. После укладки кабель засыпается таким же слоем песка, затем укладывается сигнальная лента и производится обратная засыпка грунтом. Расстояние между несколькими кабелями в одной траншее должно быть не менее 100 мм (для 20 кВ).
• Монтаж муфт. Для соединения отрезков кабеля применяются соединительные муфты, а для подключения к оборудованию – концевые муфты (наружной или внутренней установки). Все работы по разделке кабеля и монтажу муфт должны проводиться в условиях чистоты, с использованием специального инструмента для ступенчатой разделки изоляции и экрана. Обязательна проверка герметичности муфт после монтажа.
• Испытания после монтажа. Перед вводом в эксплуатацию кабельная линия подвергается высоковольтным испытаниям выпрямленным напряжением. Для кабелей на напряжение 20 кВ испытательное напряжение составляет 80 кВ (4U₀) в течение 15 минут.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: В чем принципиальная разница между кабелями АПвПу2гж и АПвП2г?

Ответ: Буква «ж» в маркировке АПвПу2гж указывает на наличие гидрофобного заполнения в межжильном пространстве. Это заполнение (гель) препятствует продольному распространению влаги внутри кабеля в случае локального повреждения оболочки и брони. Кабель АПвП2г такого заполнения не имеет, что делает его более уязвимым в условиях высокой влажности грунтов или при возможных частичных затоплениях трассы.

Вопрос 2: Можно ли проложить кабель АПвПу2гж 20 кВ в кабельной канализации (коллекторе) вместе с кабелями низкого напряжения?

Ответ: Да, можно, но с соблюдением требований ПУЭ (глава 2.3). Кабели на напряжение до 35 кВ допускается прокладывать в кабельных сооружениях совместно с кабелями низкого напряжения. При этом силовые кабели разных напряжений рекомендуется размещать на разных полках (ярусах) лотков или эстакад. Если такое разделение невозможно, между группами кабелей разных напряжений должен быть установлен несгораемый разделительный экран (перегородка) или соблюдено расстояние по воздуху не менее 250 мм.

Вопрос 3: Каков срок службы кабеля АПвПу2гж 20 кВ и от чего он зависит?

Ответ: Номинальный срок службы, заявляемый производителями, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации зависит от условий прокладки, качества монтажа (особенно муфт), режимов нагрузки и воздействия внешних факторов. Критически важными для долговечности являются: отсутствие длительных перегрузок, предотвращение повреждений оболочки и брони коррозией, целостность системы экранирования и заземления.

Вопрос 4: Как правильно выбрать сечение жилы кабеля АПвПу2гж 20 кВ?

Ответ: Выбор сечения производится по двум основным критериям: 1) По допустимому длительному току нагрузки (нагреву). Расчетный максимальный ток линии должен быть меньше допустимого тока для выбранного сечения с учетом всех поправочных коэффициентов (на температуру грунта, количество кабелей в траншее, тепловое сопротивление грунта). 2) По потере напряжения (для протяженных линий). Падение напряжения в линии не должно превышать значений, установленных нормами (обычно 5-6% от номинального). Окончательный выбор сечения всегда является результатом технико-экономического расчета, учитывающего как капитальные затраты (стоимость кабеля), так и эксплуатационные (стоимость потерь электроэнергии).

Вопрос 5: Требуется ли дополнительная защита от коррозии для брони кабеля АПвПу2гж при прокладке в агрессивных грунтах?

Ответ: Конструкция кабеля уже включает защиту: стальные проволоки брони имеют цинковое покрытие, а поверх брони наложена полиэтиленовая оболочка (Пу), устойчивая к химическому воздействию. В большинстве случаев этого достаточно. Однако при прокладке в исключительно агрессивных средах (например, в отходах химического производства, в болотах с высокой кислотностью) рекомендуется проведение дополнительных изысканий и, возможно, применение кабеля в оболочке из специальных полимеров (например, полиамида) или прокладка в асбоцементных/полиэтиленовых трубах с дополнительной внешней изоляцией.

Вопрос 6: Можно ли использовать кабель АПвПу2гж для создания переходов через водоемы?

Ответ: Нет, для прокладки в воде (подводные переходы) кабель АПвПу2гж не предназначен. Для таких целей применяются специальные кабели с усиленной свинцовой или алюминиевой оболочкой, поверх которой накладывается броня из оцинкованных проволок с дополнительным антикоррозионным покрытием (например, тип АПвП2гп). Полиэтиленовая оболочка кабеля АПвПу2гж не обеспечивает необходимой герметичности и долговременной защиты от постоянного гидростатического давления и проникновения воды при повреждении.

Заключение

Кабель АПвПу2гж 20 кВ является современным, надежным и технологичным решением для создания кабельных линий распределительных сетей среднего класса напряжения. Его конструкция, сочетающая преимущества сшитого полиэтилена (высокая электрическая прочность, термостойкость) с механической защитой стальной брони и коррозионной стойкостью полиэтиленовой оболочки, делает его универсальным для прокладки в земле и кабельных сооружениях в большинстве климатических и грунтовых условий. Правильный выбор сечения, квалифицированный монтаж с соблюдением всех технологических норм и регулярный контроль состояния в процессе эксплуатации являются залогом многолетней и безотказной работы линии на базе данного кабеля.