Кабель силовой с бумажной пропитанной изоляцией ПвБВ 20 кВ: конструкция, характеристики и область применения

Кабель ПвБВ 20 кВ представляет собой силовой кабель с токопроводящими жилами из меди, с бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой оболочке, с защитным покровом типа «В» (винилхлоридные шланги). Данный тип кабеля предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Он является классическим и надежным решением для создания магистральных и распределительных сетей, а также для питания мощного промышленного оборудования.

Расшифровка маркировки ПвБВ

• П – изоляция жил пропитанная бумажная.
• в – оболочка из свинца (plumbum).
• Б – броня из двух стальных лент.
• В – наружный защитный шланг (покров) из поливинилхлоридного пластиката.

Отсутствие буквы «А» в начале маркировки указывает на то, что токопроводящие жилы выполнены из меди. Для кабеля на напряжение 20 кВ также характерно наличие экрана из электропроводящей бумаги или полупроводящей ленты поверх изоляции каждой жилы, что выравнивает электрическое поле и предотвращает возникновение частичных разрядов.

Конструкция кабеля ПвБВ 20 кВ

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

1. Токопроводящая жила

Жилы изготавливаются из медной проволоки по ГОСТ 22483. Для кабелей на напряжение 20 кВ сечением до 240 мм² включительно жилы выполняются однопроволочными (монолитными). Для сечений 300 мм² и более – многопроволочными. Класс гибкости – 1 или 2. Жилы могут быть однопроволочными круглой формы или секторными (сегментными) для экономии материалов оболочки и уменьшения общего диаметра кабеля в трехжильном исполнении.

2. Фазная изоляция

Основной изолирующий слой – бумажные ленты, пропитанные вязким маслоканифольным или синтетическим составом. Бумажная изоляция обладает высокой электрической прочностью, термической стабильностью и длительным сроком службы при правильной эксплуатации. Толщина изоляции нормирована в зависимости от номинального напряжения. Для 20 кВ она составляет несколько миллиметров.

3. Экран по изоляции жилы (поясная изоляция)

Поверх изоляции каждой жилы накладывается экран из электропроводящей бумаги или полупроводящей ленты. Его назначение – симметризация электрического поля вокруг жилы, устранение тангенциальных составляющих напряженности поля и предотвращение коронирования.

4. Заполнение и поясная изоляция

В трехжильных кабелях пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из кабельной бумаги или ПВХ-поясами для придания конструкции округлой формы. Затем поверх скрученных жил накладывается общий поясной слой из бумажных лент.

5. Оболочка свинцовая

Герметичная оболочка из свинцового сплава (чаще всего с добавками сурьмы или олова для повышения механической стойкости) служит барьером, защищающим бумажную изоляцию от проникновения влаги и воздуха, а также от механических воздействий. Свинец химически стоек ко многим средам и не подвержен коррозии в земле при отсутствии блуждающих токов.

6. Подушка под броню

Поверх свинцовой оболочки накладывается слой-подушка, обычно состоящий из битумного состава, крепированной бумаги или ПЭТФ-лент, и слоя битума. Этот слой предотвращает повреждение свинцовой оболочки стальными лентами брони и обеспечивает дополнительную защиту от коррозии.

7. Броня

Выполняется из двух стальных оцинкованных лент, наложенных спирально с зазором так, чтобы верхняя лента перекрывала зазор нижней. Броня предназначена для защиты кабеля от механических повреждений (натяжение, удары, давление грунта) при прокладке и эксплуатации.

8. Наружный защитный шланг

Внешний покров из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ) типа «В» защищает броню от коррозии, предохраняет кабель при протяжке в блоках и трубах, а также служит дополнительным изоляционным барьером. ПВХ-шланг устойчив к влаге, маслам, кислотам и щелочам.

Основные технические характеристики

Электрические параметры (согласно ГОСТ 18410-73 и ТУ 16.К71-335-2004)

• Номинальное напряжение: 20 000 В (между фазами).
• Частота: 50 Гц.
• Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц после прокладки: 50 кВ (продолжительность 10 мин).
• Допустимая длительная температура нагрева жил: +80°C.
• Допустимая температура нагрева жил в режиме перегрузки: +90°C.
• Допустимая температура нагрева жил при коротком замыкании: +250°C (не более 4 сек).
• Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева: -0°C.

Таблица 1. Примерные данные по току нагрузки для трехжильного кабеля ПвБВ 20 кВ (прокладка в земле, температура земли +15°C, глубина прокладки 0.7-1.0 м)

Сечение жилы, мм²	Длительно допустимый ток, А	Сопротивление жилы постоянному току при +20°C, Ом/км, не более
3х50	170	0.387
3х70	205	0.268
3х95	250	0.193
3х120	290	0.153
3х150	335	0.124
3х185	385	0.0997
3х240	450	0.0754

Примечание: Точные значения токовых нагрузок определяются по ПУЭ 7-го издания, глава 1.3, с учетом всех поправочных коэффициентов (температура грунта, удельное тепловое сопротивление, количество работающих кабелей в траншее и т.д.).

Область применения и условия эксплуатации

Кабель ПвБВ 20 кВ предназначен для прокладки в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, в кабельных каналах, туннелях, шахтах, коллекторах, а также в помещениях. Допускается прокладка на открытом воздухе при условии защиты от прямого солнечного излучения. Не рекомендуется прокладка в грунтах с высокой коррозионной активностью (болота, солончаки, свалки) и в местах с наличием блуждающих токов высокой плотности, вызывающих электрокоррозию свинцовой оболочки.

Основные объекты применения:

• Распределительные сети городского и промышленного электроснабжения (отходящие линии от подстанций 110/35/10 кВ).
• Питание крупных промышленных предприятий, насосных и компрессорных станций.
• Кабельные вставки на воздушных линиях электропередачи.
• Сети электроснабжения объектов нефтегазовой отрасли.

Преимущества и недостатки кабеля ПвБВ

Преимущества:

• Высокая надежность и долговечность: Срок службы при соблюдении условий эксплуатации и монтажа достигает 40-50 лет.
• Отличные электрические характеристики: Бумажно-масляная изоляция обладает высокой электрической прочностью и стойкостью к частичным разрядам.
• Хорошая теплостойкость: Допустимая температура нагрева жилы +80°C обеспечивает высокую токовую нагрузку.
• Герметичность: Свинцовая оболочка надежно защищает изоляцию от увлажнения.
• Механическая прочность: Стальная броня эффективно защищает от механических повреждений.

Недостатки:

• Большой вес и радиус изгиба: Кабель тяжелый и жесткий, минимально допустимый радиус изгиба при прокладке составляет 20-25 наружных диаметров, что осложняет монтаж на сложных трассах.
• Ограничение по разности уровней: Для кабелей с вязкой пропиткой существует ограничение по разности уровней (не более 15-25 м в зависимости от конструкции) из-за стекания пропиточного состава.
• Пожароопасность: Бумажная изоляция и пропиточный состав горючи. При групповой прокладке требуются дополнительные противопожарные мероприятия.
• Сложность монтажа муфт: Установка соединительных и концевых муфт требует высокой квалификации персонала, занимает много времени и связана с необходимостью герметизации.
• Экологические аспекты: Свинец и пропиточный состав требуют специальных мер при утилизации кабеля.

Особенности монтажа и эксплуатации

Прокладка кабеля ПвБВ 20 кВ должна производиться с соблюдением норм ПУЭ, СНиП и инструкций завода-изготовителя. Важные аспекты:

• Транспортировка и хранение: Барабаны с кабелем должны находиться в вертикальном положении. Не допускаются удары и падения барабанов.
• Раскатка: Запрещается сбрасывать кабель с барабана. Раскатка производится с помощью кабельных укладчиков или лебедок с ограничителем тяжения. Нельзя превышать минимальный радиус изгиба.
• Прокладка в земле: Глубина траншеи – не менее 0.7 м для линий 20 кВ. На дне – подушка из просеянного грунта или песка толщиной 100 мм. После укладки – засыпка таким же слоем и укладка сигнальной ленты. Расстояние между параллельно проложенными кабелями – не менее 100 мм.
• Монтаж муфт: Соединение и ответвление производятся с помощью свинцовых или эпоксидных соединительных муфт. Концы кабеля заделываются в концевые мачтовые или стационарные муфты (КНК, КНБ). Обязательна герметизация и, при необходимости, заземление брони и оболочки.
• Испытания после монтажа: Обязательным этапом является проведение высоковольтных испытаний повышенным напряжением 50 кВ частотой 50 Гц в течение 10 минут для проверки состояния изоляции после прокладки и монтажа муфт.

Сравнение с современными аналогами (кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена, СИП)

В настоящее время кабели с бумажной изоляцией (ПвБВ) активно вытесняются кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена (например, ПвП, ПвПг). Сравнительный анализ ключевых отличий:

• Вес и гибкость: Кабель СИП значительно легче и имеет меньший радиус изгиба (около 15 диаметров), что упрощает транспортировку и монтаж.
• Разность уровней: Для кабелей с изоляцией из СПЭ ограничений по разности уровней нет.
• Монтаж муфт: Технология монтажа муфт на кабелях с СПЭ проще, быстрее и менее требовательна к квалификации монтажников (часто используется холодная усадка).
• Токовая нагрузка: Допустимая рабочая температура для СПЭ +90°C, что при прочих равных условиях позволяет пропускать больший ток по сравнению с бумажной изоляцией (+80°C).
• Пожароопасность: Современные кабели с СПЭ часто выпускаются в исполнении с пониженной пожарной опасностью (нг(А)-LS, нг(А)-FR).
• Надежность и история: Бумажная изоляция имеет многолетнюю историю эксплуатации, ее поведение хорошо изучено. Кабели с СПЭ, особенно ранних поколений, могли быть подвержены росту водных деревьев, однако современные материалы и технологии в значительной степени решили эту проблему.
• Стоимость: На сегодняшний день стоимость кабелей с СПЭ часто сопоставима или ниже, чем у кабелей ПвБВ.

Таким образом, выбор в пользу ПвБВ сегодня часто делается при реконструкции существующих сетей, где уже используется такая технология, или в специфических проектах, где требуется максимальная консервативная надежность в стандартных условиях.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: В чем принципиальная разница между кабелями ПвБВ и АПвБВ?

Ответ: Буква «А» в начале маркировки означает, что токопроводящие жилы выполнены из алюминия. Таким образом, АПвБВ – это кабель с алюминиевыми жилами, бумажной пропитанной изоляцией, в свинцовой оболочке, с броней и ПВХ-шлангом. Кабель ПвБВ – с медными жилами. Алюминиевые кабели дешевле и легче, но медь имеет более высокую проводимость, лучшую стойкость к электромеханическим нагрузкам и окислению в местах контакта.

Вопрос: Можно ли прокладывать кабель ПвБВ 20 кВ в воде?

Ответ: Прямая прокладка в воде (реки, озера) не рекомендуется и не является стандартной практикой для кабеля ПвБВ. Хотя свинцовая оболочка и броня обеспечивают определенную защиту, длительное воздействие воды, особенно под давлением, льда и возможных механических воздействий (якоря, течение), может привести к повреждению. Для прокладки в водных преградах используются специальные кабели с усиленной защитой (например, с алюминиевой оболочкой вместо свинцовой) или кабель прокладывается в герметичных защитных трубах.

Вопрос: Как правильно заземлить броню и свинцовую оболочку кабеля ПвБВ?

Ответ: Согласно ПУЭ (п. 2.3.97, 1.7.76-1.7.78), броня и металлические оболочки кабелей напряжением выше 42 В должны быть заземлены с двух концов. Это делается для обеспечения электробезопасности и отвода токов, наведенных при коротком замыкании. Заземление выполняется гибким медным проводником, присоединяемым к броне и оболочке с помощью бандажа и пайки или специального заземляющего зажима. Этот проводник подключается к контуру заземления станции или подстанции и к заземляющему устройству конечной муфты.

Вопрос: Что делать, если обнаружено повреждение свинцовой оболочки кабеля при прокладке?

Ответ: Работы должны быть немедленно остановлены. Поврежденный участок необходимо вырезать. Кабель соединяется с помощью ремонтной свинцовой соединительной муфты, которая обеспечит герметизацию. Установка муфты должна производиться квалифицированным персоналом. Прокладка кабеля с незагерметизированным повреждением оболочки недопустима, так как приведет к увлажнению бумажной изоляции и последующему пробою.

Вопрос: Как определить необходимое сечение жил кабеля ПвБВ 20 кВ для конкретного объекта?

Ответ: Выбор сечения производится по двум основным критериям:
1. По длительно допустимому току нагрузки (нагреву). Рассчитывается рабочий ток линии с учетом всех нагрузок и коэффициентов спроса. По таблицам ПУЭ для конкретных условий прокладки (в земле, в воздухе, температура, количество кабелей в траншее) выбирается сечение, для которого допустимый ток равен или превышает расчетный.
2. По потере напряжения. Рассчитывается падение напряжения в кабеле от начала до конца линии. Для сетей 20 кВ оно не должно превышать, как правило, 5% от номинального напряжения при нормальном режиме и 10% – при послеаварийном.
Окончательно выбранное сечение проверяется на термическую стойкость к токам короткого замыкания и на соответствие параметрам защиты (срабатывание релейной защиты).

Вопрос: Каков реальный срок службы кабеля ПвБВ 20 кВ?

Ответ: Номинальный срок службы, заявленный в нормативной документации (ГОСТ), составляет 30 лет. Однако фактический срок службы сильно зависит от условий эксплуатации: качества монтажа, стабильности нагрузки, отсутствия перегрузок и внешних повреждений, коррозионной активности среды. При благоприятных условиях и своевременном обслуживании (диагностика) кабельные линии с бумажной изоляцией могут надежно работать 40-50 лет и более.