Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена АПвПу2гж 20 кВ 400 мм²: полный технический анализ

Кабель АПвПу2гж 20 кВ 400 мм² представляет собой силовой кабель для стационарной прокладки на напряжение 20 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), алюминиевыми жилами, экранированный, с защитным покровом в виде усиленной полиэтиленовой оболочки. Данный тип кабеля является современной и высоконадежной альтернативой кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией и широко применяется для сооружения магистральных и распределительных сетей, питания крупных промышленных предприятий, объектов инфраструктуры и городского электроснабжения.

Расшифровка маркировки АПвПу2гж

Маркировка кабеля выполнена согласно ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 1, 3, 6, 10, 20, 35 кВ» и несет полную информацию о его конструкции:

• А – материал токопроводящей жилы: алюминий.
• Пв – материал изоляции: «П» – полиэтилен, «в» – вулканизированный (сшитый). Таким образом, «Пв» обозначает изоляцию из сшитого полиэтилена (XLPE).
• Пу – тип защитной оболочки: «П» – полиэтилен, «у» – усиленный. Полиэтиленовая оболочка повышенной прочности.
• 2г – обозначение экрана: «2» – наличие двойного или комбинированного экрана (экран по жиле и общий экран), «г» – герметизация продольная водоблокирующими лентами.
• ж – наличие заполнителя: «ж» – жидкий (гидрофобный) заполнитель в межфазном пространстве под оболочкой для дополнительной продольной герметизации.
• 20 кВ – номинальное напряжение сети, для работы в которой предназначен кабель.
• 400 мм² – номинальное сечение основной токопроводящей жилы.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля АПвПу2гж 20 кВ 400 мм² является многослойной и включает в себя несколько ключевых элементов, каждый из которых выполняет строго определенную функцию.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из алюминия марки АВЕ (алюминий, твердый, для кабельной продукции) по ГОСТ 22483. Для сечения 400 мм² жила, как правило, секторной или сегментной формы (для трехжильных кабелей), что позволяет оптимизировать диаметр кабеля и снизить расход материалов. Жила может быть как однопроволочной (для сечений до 400 мм² включительно, в зависимости от стандарта завода-изготовителя), так и многопроволочной. Поверхность жилы гладкая, без острых кромок, для предотвращения локальных концентраций электрического поля.

2. Экран по жиле (внутренний полупроводящий экран)

Наносится поверх токопроводящей жилы методом экструзии. Представляет собой слой из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей композиции. Его основная функция – выравнивание электрического поля, сглаживание микронеровностей поверхности жилы и предотвращение возникновения частичных разрядов на границе раздела жила/изоляция.

3. Изоляция

Выполнена из сшитого полиэтилена (XLPE). Толщина изоляции нормируется ГОСТом и для напряжения 20 кВ составляет не менее 8.0 мм. Сшивка молекул полиэтилена (образование поперечных связей) происходит под действием высокой температуры и давления, что придает материалу исключительные свойства: высокую температурную стойкость (допустимая температура длительной работы +90°C), стойкость к тепловым ударам (кратковременно до +250°C), высокие диэлектрические и механические характеристики.

4. Экран по изоляции (внешний полупроводящий экран)

Аналогичен внутреннему экрану. Наносится поверх изоляции и служит для симметрирования электрического поля и создания гладкой цилиндрической поверхности для наложения металлического экрана.

5. Металлический экран

Выполняется в виде медной ленты, наложенной продольной спиралью, или в виде медных проволок, наложенных поверх экструдированного полупроводящего слоя. Для кабеля 20 кВ чаще применяется комбинированный экран: медные проволоки + медная лента. Основные функции:

• Защита от электромагнитных помех.
• Обеспечение симметрии электрического поля.
• Создание пути для тока короткого замыкания и тока утечки.
• Защита от внешних электромагнитных влияний.

Сечение медных проволок регламентируется и выбирается исходя из условий стойкости к токам КЗ.

6. Заполнитель и поясная изоляция

Межфазное пространство заполняется гидрофобным тиксотропным составом («ж» в маркировке). Этот заполнитель препятствует продольному распространению влаги в случае повреждения внешней оболочки. Поверх скрученных экранированных жил может накладываться поясная изоляция из электроизоляционной ленты.

7. Оболочка

Внешняя защитная оболочка из полиэтилена повышенной прочности (PE). Обозначение «Пу» указывает на ее усиленную конструкцию. Толщина оболочки рассчитывается исходя из механических требований. Полиэтилен обладает высокой стойкостью к влаге, агрессивным химическим средам, ультрафиолетовому излучению и механическим повреждениям, что позволяет прокладывать кабель в земле (в траншеях), кабельных каналах, туннелях, на эстакадах и по воздуху (при условии отсутствия значительных механических нагрузок).

Основные технические и электрические характеристики

Таблица 1. Ключевые параметры кабеля АПвПу2гж 20 кВ 1х400

Параметр	Значение / Описание	Нормативный документ
Номинальное напряжение U0/U (Um)	12/20 (24) кВ	ГОСТ 31996-2012
Число и сечение жил	1 x 400 мм² (возможна трехжильная исполнение 3х400 мм²)	—
Максимальная рабочая температура жилы	+90 °C	ГОСТ 31996-2012
Допустимая температура при КЗ (макс. 5 с)	+250 °C	ГОСТ 31996-2012
Минимальная температура прокладки (без предварительного подогрева)	-20 °C	Рекомендация производителя
Минимальный радиус изгиба при прокладке	Не менее 15 наружных диаметров кабеля	ГОСТ 31996-2012
Сопротивление жилы постоянному току при +20 °C, не более	0.0778 Ом/км	ГОСТ 22483-2012
Испытательное переменное напряжение промышленной частоты, 10 мин.	45 кВ	ГОСТ 31996-2012
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдл) для прокладки в земле*	~ 500-550 А	ПУЭ 7 изд., расчетные данные
Стойкость к токам КЗ (1 с)	~ 14-16 кА (зависит от конструкции экрана)	Расчет по формуле

• Точное значение зависит от условий прокладки: температуры грунта, удельного теплового сопротивления, глубины заложения, количества работающих кабелей в траншее.

Таблица 2. Сравнение условий прокладки и токовых нагрузок (ориентировочно)

Условия прокладки	Допустимый длительный ток, Iдл, А (примерно)	Ключевые влияющие факторы
В земле (траншее), один кабель, грунт с удельным тепловым сопротивлением 1.0 К·м/Вт, глубина 0.7 м, температура грунта +15°C	550	Температура и влажность грунта, глубина заложения, наличие других кабелей
В воздухе (на открытом воздухе, в туннеле), температура воздуха +25°C	580	Температура окружающего воздуха, солнечная радиация, расположение кабелей
В кабельном канале (блоке) с 4-мя работающими кабелями	~ 450-480	Количество кабелей, вентиляция, условия теплоотвода

Область применения и особенности монтажа

Кабель АПвПу2гж 20 кВ 400 мм² предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках в сетях трехфазного переменного тока с изолированной или эффективно заземленной нейтралью частотой 50 Гц.

• Прокладка в земле (траншеях): Наиболее распространенный способ. Требует подготовки песчаной подушки и засыпки, защиты кирпичом или сигнальными лентами. Усиленная полиэтиленовая оболочка устойчива к коррозии и агрессивным грунтам.
• Прокладка в кабельных сооружениях: Туннели, коллекторы, эстакады, этажи. Кабель не распространяет горение при одиночной прокладке (соответствие категории П1б.8.2.2.2 по ГОСТ 53315).
• Прокладка в помещениях и тоннелях электростанций и подстанций.

Особенности монтажа и оконцевания: Монтаж должен производиться при температуре не ниже -20°C. При более низких температурах кабель требует предварительного прогрева. Резка и разделка кабеля производятся специальным инструментом. Обязательным этапом является монтаж концевых кабельных муфт (концевой заделки) 20 кВ, предназначенных специально для кабелей с изоляцией из СПЭ. Муфты обеспечивают электрическую и механическую герметизацию конца кабеля, контрольное заземление металлического экрана и подключение к оборудованию (ячейке КРУ, трансформатору).

Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами

Преимущества перед кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (АСБл, ЦАСБл):

• Более высокая допустимая температура жилы (+90°C против +70°C), что позволяет передавать большую мощность при том же сечении.
• Отсутствие ограничений по перепаду высот при прокладке (нет течения пропиточного состава).
• Меньший вес и внешний диаметр.
• Более простой монтаж и обслуживание, отсутствие необходимости в сложных муфтовых воронках с подпиткой маслом.
• Высокая стойкость к влаге и агрессивным средам благодаря полиэтиленовой оболочке.
• Более высокий уровень надежности и долгий срок службы (более 30 лет).

Недостатки:

• Более высокая чувствительность к механическим повреждениям острыми предметами (по сравнению с бронированными кабелями).
• Относительно высокая стоимость.
• Требовательность к качеству монтажа муфт и соблюдению технологии разделки.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие кабеля АПвПу2гж от АПвПг?

Основное отличие – в системе герметизации. АПвПг имеет только продольную герметизацию экранов («г»), в то время как АПвПу2гж имеет двойную герметизацию: продольную гидрофобными лентами («г») и заполнение межфазного пространства гидрофобным составом («ж»). Это обеспечивает более высокую защиту от распространения влаги вдоль кабеля в случае локального повреждения оболочки.

Можно ли прокладывать кабель АПвПу2гж 20 кВ 400 мм² в земле без дополнительной защиты?

Да, усиленная полиэтиленовая оболочка (Пу) предназначена для прокладки в земле без дополнительной защиты (брони). Однако при наличии риска механических повреждений (камни, строительный мусор, раскопки) рекомендуется прокладка в асбоцементных или пластиковых трубах, либо использование кабеля с броней (например, АПвБбШп).

Как правильно выбрать сечение медного экрана для данного кабеля?

Сечение медного экрана (проволок и/или ленты) нормируется стандартом и выбирается заводом-изготовителем исходя из требований к току короткого замыкания. Для кабеля 20 кВ сечением 400 мм² типовое сечение медных проволок экрана составляет 25-35 мм². При проектировании необходимо проверить соответствие сечения экрана расчетному току КЗ в точке установки по времени его отключения, используя формулу: S = (I

• √t) / k, где I – ток КЗ, t – время его действия, k – коэффициент, зависящий от материала (для меди ~ 165).

Какие муфты применяются для соединения и оконцевания этого кабеля?

Применяются специальные муфты для кабелей с изоляцией из СПЭ на 20 кВ:

• Соединительные муфты (СТО) – для соединения двух отрезков кабеля. Бывают термоусаживаемые, холодноусаживаемые (на основе EPDM-эластомера) и заливные.
• Концевые муфты (наружной или внутренней установки) – для подключения кабеля к оборудованию (КРУ, трансформатору).
• Стопорные муфты – для герметизации конца кабеля при необходимости.

Выбор типа муфты зависит от условий эксплуатации, квалификации монтажников и требований проекта.

Какой документ является основным для проверки качества и приемки кабеля?

Основным документом является ГОСТ 31996-2012. Приемка партии кабеля осуществляется по паспорту, в котором должны быть указаны результаты типовых испытаний, и по сертификату соответствия. На кабеле должна быть четкая маркировка через каждые 300-550 мм. Обязательно проводится входной контроль: визуальный осмотр, измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2500 В (норма – сотни МОм/км), проверка целостности и проводимости экранов.

Каков ориентировочный срок службы кабеля АПвПу2гж?

Номинальный срок службы, заявленный производителями и установленный ГОСТ 31996-2012, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации при соблюдении условий прокладки, монтажа и эксплуатационных токовых нагрузок может превышать 40-50 лет.