Кабель АПвПуг 20 кВ 800 мм²: технические характеристики, конструкция и область применения

Кабель АПвПуг 20 кВ с сечением жилы 800 мм² представляет собой силовой кабель высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена, предназначенный для стационарной прокладки в земле (траншеях), тоннелях, каналах, шахтах, в том числе в условиях повышенной влажности. Расшифровка маркировки: А – алюминиевая токопроводящая жила; Пв – изоляция жил из сшитого полиэтилена; Пу – защитная оболочка из полиэтилена; г – герметизация (водоблокирующие ленты) в поясной изоляции. Номинальное напряжение 20 кВ указывает на принадлежность к классу напряжений 6/10(12) кВ и 8,7/15(17,5) кВ, где 20 кВ – максимальное линейное напряжение для сети, в которой может эксплуатироваться кабель.

Конструкция кабеля АПвПуг 20 кВ 800 мм²

Конструкция кабеля является многослойной, каждый элемент выполняет критически важную функцию для обеспечения долговечности и надежности.

• Токопроводящая жила: Алюминиевая, однопроволочная (ОЖ) или многопроволочная (МЖ), круглой формы, сечением 800 мм². Для данного сечения, как правило, применяется многопроволочная жила класса 2 по ГОСТ 22483 для обеспечения необходимой гибкости.
• Экран по жиле (полупроводящий экран): Выполнен из экструдированного сшитого полупроводящего полиэтилена. Выравнивает распределение электрического поля вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения в изоляции.
• Изоляция: Из сшитого полиэтилена (XLPE). Толщина изоляции нормирована для класса напряжения 8,7/15 кВ и составляет, согласно ГОСТ 15150, не менее 4,5 мм. Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу повышенные температурные стойкости: длительно допустимая температура жилы +90°C, кратковременно (в аварийном режиме) до +130°C, при коротком замыкании до +250°C (не более 5 секунд).
• Экран по изоляции (полупроводящий экран): Аналогичен экрану по жиле. Вместе с экраном по жиле создает цилиндрический конденсатор, ограничивая электрическое поле внутри изоляции.
• Поясная изоляция: Наложение полупроводящих и медных дренирующих лент. В конструкции с индексом «г» (АПвПуг) применяются водоблокирующие ленты, набухающие при контакте с влагой, что обеспечивает продольную герметизацию кабеля.
• Экранирующая оплетка: Медные проволоки малого сечения, наложенные спирально поверх поясной изоляции. Служит для заземления экранов, отвода токов утечки и обеспечения безопасности при касании оболочки.
• Защитная оболочка: Из полиэтилена (индекс «Пу»). Обладает высокими диэлектрическими и механическими свойствами, стойкостью к агрессивным почвенным средам, влаге, грибкам. Цвет оболочки, как правило, черный.

Основные технические параметры

Параметры регламентируются ГОСТ 18410-73, ТУ 16-705.500-2006 и международным стандартом МЭК 60502-2.

Параметр	Значение / Характеристика
Номинальное напряжение, U0/U (Um), кВ	8,7/15 (17,5) или 6/10 (12)
Сечение основной жилы, мм²	800
Количество и форма жил	1 жила, круглая
Материал жилы	Алюминий (марка АВЕ или А97 по ГОСТ 22483)
Класс гибкости жилы	1 (однопроволочная) или 2 (многопроволочная)
Длительно допустимая температура токопроводящей жилы, °C	+90
Максимальная температура жилы при КЗ (до 5 сек), °C	+250
Минимальный радиус изгиба при прокладке	Не менее 15 наружных диаметров кабеля (для одножильных кабелей)
Сопротивление изоляции при +20°C, МОм·км	Не менее 1000
Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц, кВ/продолжительность	30 кВ / 10 мин. (для U0/U = 8,7/15 кВ)
Масса 1 км кабеля, приблизительно	5500 — 6500 кг
Наружный диаметр кабеля, приблизительно	55 — 65 мм

Расчетные электрические характеристики

Для проектирования сетей ключевое значение имеют следующие расчетные параметры кабеля АПвПуг 20 кВ 800 мм².

Параметр	Расчетное значение (приблизительное)	Примечание
Активное сопротивление жилы при +90°C, Ом/км	0,0378	С учетом температурного коэффициента
Индуктивное сопротивление, Ом/км	0,11 — 0,13	Зависит от взаимного расположения фаз
Емкостной ток, А/км	~2,5 — 3,0	Для U = 10 кВ
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп), А	~800 — 950	Зависит от условий прокладки (грунт, воздух)
Ток короткого замыкания (термически стойкий), кА (1 сек)	~25 — 30	Рассчитывается по формуле Iт = S √(q / t), где q — удельный тепловой импульс

Область применения и особенности монтажа

Кабель АПвПуг 20 кВ 800 мм² применяется для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с изолированной или эффективно заземленной нейтралью. Основные сферы применения: магистральные линии в городских кабельных сетях, питание крупных промышленных предприятий, насосных станций, распределительные сети в районах с высокой плотностью нагрузки, вводы на территории с агрессивными грунтами.

Особенности монтажа и эксплуатации:

• Прокладка: Рекомендована прокладка в земле (траншеях) с защитой песчаной подсыпкой и кирпичом или сигнальной лентой. Допускается прокладка в кабельных сооружениях (коллекторах, тоннелях).
• Защита от коррозии: Полиэтиленовая оболочка устойчива к коррозии, но требует защиты от механических повреждений при прокладке в каменистых грунтах (применение защитных плит или труб).
• Заземление: Медная экранирующая оплетка подлежит обязательному двухстороннему заземлению для обеспечения безопасности и нормального режима работы. При большой длине линии рекомендуется применение поперечных связей экранов или установка защитных устройств для ограничения наведенного напряжения.
• Соединение и оконцевание: Требуют применения специальных кабельных муфт (соединительных, концевых) на 20 кВ, рассчитанных на работу с изоляцией из сшитого полиэтилена и соответствующего сечения.
• Учет одножильной конструкции: При прокладке в стальном трубе или магнитопроводе необходимо прокладывать все три фазы одной линии в одной трубе во избежание возникновения больших потерь из-за вихревых токов.

Сравнение с аналогами и выбор

При выборе между кабелями АПвПуг и другими типами необходимо учитывать следующие факторы:

• АПвПуг vs АПвПу: Наличие водоблокирующих лент («г») в АПвПуг обеспечивает защиту от продольного распространения влаги в случае локального повреждения оболочки, что повышает надежность и ремонтопригодность.
• АПвПуг vs АПвБбШв/АПвБбШп: Кабель с броней (БбШв) имеет защиту из стальных лент поверх герметизированной оболочки, что обеспечивает повышенную механическую защиту, но увеличивает вес, стоимость и сложность монтажа. АПвПуг целесообразен там, где нет риска механических повреждений от твердых тел.
• АПвПуг vs АСБл: Кабель АСБл имеет бумажную пропитанную изоляцию и свинцовую оболочку. Уступает АПвПуг по допустимой температуре эксплуатации, имеет больший вес и радиус изгиба, требует специальной технологии монтажа муфт. Преимущество АСБл – многолетний опыт применения и, как правило, более низкая цена.
• Алюминий vs Медь: Кабель с алюминиевой жилой (АПвПуг) значительно дешевле и легче медного аналога (ПвПуг). Однако медь имеет большее сопротивление при КЗ, меньшее активное сопротивление, что позволяет при том же сечении передавать большую мощность или снижать потери. Выбор определяется технико-экономическим расчетом.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Чем отличается кабель на 20 кВ от кабеля на 10 кВ? Почему в обозначении указано 20 кВ, а в таблицах – 8,7/15 кВ?

Указание «20 кВ» является упрощенным и обозначает максимальное линейное напряжение сети, в которой может применяться кабель. По ГОСТ, кабели классифицируются по номинальному фазному (U₀) и линейному (U) напряжению. Для сетей 20 кВ применяются кабели класса напряжения 8,7/15 кВ, где 8,7 кВ – напряжение между жилой и заземленным экраном в нормальном режиме, 15 кВ – между жилами. Значение в скобках (17,5 кВ = U_m) – максимальное длительно допустимое напряжение для оборудования.

2. Каков реальный длительно допустимый ток нагрузки (I_доп) для данного кабеля в грунте?

Точное значение I_доп зависит от множества факторов: удельного теплового сопротивления грунта, его температуры, глубины прокладки, количества работающих кабелей в траншее и их взаимного расположения. Для предварительной оценки можно ориентироваться на диапазон 800-950 А при прокладке одиночного кабеля в траншее на глубине 0,7-1,0 м в нормальном грунте с удельным тепловым сопротивлением 1,0 К·м/Вт. Для точного расчета необходимо использовать методики, изложенные в ПУЭ 7 изд. или стандарте МЭК 60287.

3. Обязательно ли заземлять экран одножильного кабеля с двух сторон?

Да, обязательно. Заземление экранов с двух сторон обеспечивает путь для тока нулевой последовательности при КЗ на землю, что необходимо для корректной работы релейной защиты. Кроме того, оно устраняет опасный потенциал на оболочке, обеспечивая электробезопасность. При большой длине линии (обычно более 1-2 км) в сетях с изолированной нейтралью или компенсированной нейтралью могут возникать значительные токи в экранах, что требует применения специальных схем заземления (разрезка экранов, установка защитных аппаратов).

4. Можно ли прокладывать кабель АПвПуг 20 кВ 800 мм² в воздухе (по эстакадам, фасадам)?

Да, можно. Полиэтиленовая оболочка устойчива к ультрафиолетовому излучению. Однако при прокладке на открытом воздухе необходимо учитывать, что допустимый ток нагрузки будет отличаться от прокладки в земле (обычно он ниже из-за худших условий охлаждения на солнце). Также необходимо обеспечить механическое крепление, исключающее повреждение оболочки и не превышающее допустимого радиуса изгиба (не менее 15 наружных диаметров).

5. Какой срок службы у кабеля АПвПуг 20 кВ?

Номинальный срок службы, заявляемый производителями и установленный стандартами, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может превышать 40-50 лет при соблюдении условий прокладки, эксплуатации (непревышение температуры, отсутствие перегрузок), а также при отсутствии механических повреждений и корректном монтаже соединительных муфт.

6. Что означает «сшитый полиэтилен» и в чем его преимущества перед бумажно-пропитанной изоляцией?

Сшитый полиэтилен (XLPE) – это термореактивный материал, полученный путем «сшивки» линейных молекул полиэтилена в трехмерную сетку под действием химических агентов или радиации. Преимущества: более высокая допустимая рабочая температура (+90°C против +70°C для бумажной), меньшие диэлектрические потери, высокая стойкость к тепловым перегрузкам и коротким замыканиям, меньший вес и радиус изгиба, отсутствие необходимости в сложных системах подпитки маслом, простота монтажа муфт.

7. Как правильно выбрать сечение 800 мм²? На основании чего делается расчет?

Выбор сечения 800 мм² является результатом комплексного технико-экономического расчета, который включает:

• Определение длительно допустимого тока нагрузки с учетом условий прокладки.
• Проверку на термическую стойкость при токах короткого замыкания.
• Проверку на потерю напряжения в линии в нормальном и послеаварийном режимах.
• Экономическую целесообразность (минимизация приведенных затрат, учитывающих стоимость кабеля, потери электроэнергии и стоимость резервирования).

Сечение 800 мм² характерно для магистральных линий и вводов мощных потребителей (порядка 10-15 МВА и выше).