Кабель ПвКаВ 3-х жильный 20 кВ
Кабель ПвКаВ 3-х жильный на напряжение 20 кВ: полный технический анализ
Кабель ПвКаВ (расшифровывается как П – изоляция из сшитого полиэтилена, в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката, Ка – броня из круглых стальных оцинкованных проволок, В – наличие защитного покрова, в данном случае из ПВХ пластиката) представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) на среднее напряжение 20 кВ. Он предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Кабель рассчитан на эксплуатацию в электрических сетях с изолированной, компенсированной или эффективно заземленной нейтралью.
Конструкция кабеля ПвКаВ 3х… 20 кВ
Конструкция кабеля является многослойной и обеспечивает высокую надежность, механическую прочность и длительный срок службы. Рассмотрим каждый элемент конструкции подробно.
- Токопроводящая жила: Жилы выполняются из медной проволоки (материал — М) круглой формы. Для сечений от 50-70 мм² и выше, как правило, применяется уплотненная (сегментная) форма, что позволяет уменьшить общий диаметр кабеля и улучшить условия теплоотвода. Жилы могут быть однопроволочными (для меньших сечений) или многопроволочными. Класс гибкости обычно соответствует 1 или 2 (по ГОСТ 22483).
- Экран по жиле (внутренний полупроводящий экран): Поверх токопроводящей жилы методом экструзии наносится слой полупроводящего сшитого полиэтилена. Этот слой выравнивает электрическое поле, предотвращая локальные концентрации напряженности и ионизационные процессы на границе жила-изоляция.
- Изоляция: Основной изолирующий слой выполнен из сшитого полиэтилена (XLPE). Это термореактивный материал, получаемый путем вулканизации полиэтилена, что придает ему повышенные температурные характеристики (допустимая температура длительной эксплуатации +90°C, перегрузки +130°C, короткого замыкания +250°C) по сравнению с ПВХ или обычным ПЭ. Изоляция имеет строго нормированную толщину, зависящую от номинального напряжения (20 кВ).
- Экран по изоляции (внешний полупроводящий экран): Поверх изоляции наносится экструдированный слой полупроводящего сшитого полиэтилена. Он выполняет ту же функцию выравнивания поля, но уже на внешней границе изоляции. В кабелях на 20 кВ этот экран, как правило, выполнен в виде легко снимаемой (отделимой) ленты или слоя.
- Поясная изоляция: В трехжильных кабелях поверх скрученных экранированных жил может накладываться поясная изоляция из полупроводящей или крепированной бумаги, лавсановой ленты или иного материала. Ее функция – защита экранов жил от механических повреждений при скрутке и обеспечение круглой формы для последующего наложения брони.
- Броня: Броневой покров типа «Ка» выполнен из отдельных круглых оцинкованных стальных проволок, навиваемых поверх подушки. Он предназначен для защиты кабеля от механических повреждений (растягивающих усилий, ударов, грызунов). Оцинковка обеспечивает коррозионную стойкость.
- Защитный шланг (покров): Броня покрыта защитным шлангом из ПВХ-пластиката (обозначение «В»). Он предохраняет броню от коррозии в агрессивных грунтах и обеспечивает дополнительную механическую защиту. Цвет оболочки, как правило, черный.
- Преимущества перед кабелем с бумажной изоляцией (СБШв):
- Более высокая допустимая температура жилы (+90°C против +70-80°C).
- Меньший вес и внешний диаметр при одинаковом сечении и напряжении.
- Отсутствие необходимости в ограничении перепада уровней по трассе прокладки (отсутствие стекания пропиточного состава).
- Более простая и чистая технология монтажа муфт, отсутствие необходимости герметизации срезов.
- Большая стойкость к термическим перегрузкам и коротким замыканиям.
- Преимущества перед кабелем ПвП (в алюминиевой оболочке):
- Более высокая механическая прочность брони на разрыв, что критично для трасс со значительными растягивающими усилиями.
- Лучшая стойкость к вибрационным нагрузкам.
- ПВХ-шланг, в отличие от алюминия, не подвержен электрокоррозии в агрессивных средах с блуждающими токами.
- Недостатки:
- По сравнению с ПвП, кабель ПвКаВ имеет больший вес и, как правило, стоимость.
- ПВХ-оболочка имеет более низкую стойкость к некоторым химически агрессивным средам (масла, концентрированные кислоты) по сравнению с алюминием.
- Требует качественного заземления брони с двух концов для снятия наведенного напряжения.
Основные технические и электрические характеристики
Кабель ПвКаВ 20 кВ изготавливается в соответствии с техническими условиями ТУ 16.К71-335-2004 или более новыми аналогами, а также с учетом требований ГОСТ 31996-2012 (кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 6-35 кВ).
Таблица 1. Номинальные сечения жил и электрические параметры (пример для 20 кВ)
| Номинальное сечение жилы, мм² | Максимальный внешний диаметр кабеля, мм (примерно) | Масса 1 км кабеля, кг (примерно) | Допустимый длительный ток в земле (грунт 1.2 К*м/Вт), А | Допустимый длительный ток в воздухе, А | Сопротивление жилы постоянному току при 20°C, Ом/км, не более |
|---|---|---|---|---|---|
| 3х50 | 65-70 | 6000-6500 | 215-230 | 200-210 | 0.387 |
| 3х70 | 70-75 | 7500-8000 | 260-280 | 240-255 | 0.268 |
| 3х95 | 75-80 | 9000-9500 | 310-330 | 285-300 | 0.193 |
| 3х120 | 80-85 | 10500-11000 | 350-375 | 320-340 | 0.153 |
| 3х150 | 85-90 | 12000-13000 | 395-425 | 365-385 | 0.124 |
| 3х185 | 90-95 | 14000-15000 | 445-475 | 410-435 | 0.0991 |
| 3х240 | 95-105 | 17000-18000 | 510-545 | 470-500 | 0.0754 |
*Примечание: Точные значения зависят от конкретного производителя и должны быть взяты из технической документации на кабель.
Таблица 2. Основные эксплуатационные параметры
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 12/20 (24) кВ |
| Максимальная рабочая температура жилы (длительно) | +90°C |
| Максимальная температура жилы при перегрузке | +130°C (не более 100 часов в год, 8 часов суммарно в сутки) |
| Максимальная температура жилы при коротком замыкании | +250°C (при длительности КЗ не более 5 секунд) |
| Минимальная температура прокладки (без предварительного подогрева) | -15°C |
| Минимальный радиус изгиба при прокладке | 15-20 наружных диаметров кабеля (зависит от сечения и конструкции) |
| Срок службы | Не менее 30 лет |
Область применения и условия эксплуатации
Кабель ПвКаВ 3х… 20 кВ предназначен для прокладки в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, в том числе с наличием блуждающих токов, а также в кабельных каналах, туннелях, шахтах, коллекторах и по эстакадам. Наличие брони из стальных проволок позволяет выдерживать значительные растягивающие нагрузки, что делает его пригодным для прокладки на наклонных и вертикальных трассах. Кабель не распространяет горение при одиночной прокладке. Он может эксплуатироваться в широком диапазоне температур окружающей среды: от -50°C до +50°C. Допускается прокладка во влажной среде и в грунтах с высокой степенью влажности.
Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами (например, СБШв, ПвП)
Особенности монтажа и соединения
Монтаж кабеля ПвКаВ требует соблюдения ряда правил. Перед прокладкой необходимо проверить целостность оболочки и изоляции (мегомметром на 2500/5000 В). Минимальный радиус изгиба должен строго соблюдаться. При прокладке в земле кабель укладывается на подготовленную песчаную подушку, сверху защищается кирпичом или сигнальной лентой и засыпается мягким грунтом. Броня кабеля подлежит обязательному заземлению на обоих концах линии. Для соединения и ответвления используются специальные кабельные муфты (соединительные, концевые) на 20 кВ, предназначенные для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Технология монтажа муфт включает в себя ступенчатую зачистку изоляции, наложение полупроводящих и изолирующих слоев, установку заземляющих проводников и герметизацию.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем ключевое отличие ПвКаВ от ПвБШв?
Основное отличие в типе брони. У кабеля ПвБШв броня выполнена из двух стальных оцинкованных лент (Б), что обеспечивает защиту в основном от механических повреждений (ударов, сдавливания), но не от значительных растягивающих усилий. Броня типа «Ка» (проволочная) специально предназначена для трасс, где возможно растяжение (вертикальные участки, трассы через водные преграды с подвеской).
Как правильно выбрать сечение кабеля ПвКаВ 20 кВ?
Выбор сечения производится по двум основным критериям: по допустимому длительному току нагрузки (с учетом способа прокладки и температуры окружающей среды) и по потере напряжения. Расчет должен проводиться в соответствии с ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), глава 1.3. Исходными данными являются мощность нагрузки, cos φ, длина линии, способ прокладки (в земле/воздухе), количество параллельных кабелей, тепловое сопротивление грунта.
Нужно ли использовать концевые муфты (заделки) при вводе кабеля в КРУ?
Да, обязательно. Открытые концы кабеля 20 кВ должны быть terminated с помощью концевых кабельных муфт (заделок). Они обеспечивают плавный градиент электрического поля, герметизируют торец кабеля, предотвращают увлажнение изоляции и позволяют безопасно подключить кабель к шинам или аппаратуре КРУ (комплектного распределительного устройства).
Как осуществляется заземление брони и экранов кабеля ПвКаВ?
Броня и экраны (медные проволочные или ленточные) всех трех жил должны быть надежно соединены между собой и заземлены на обоих концах кабельной линии. Это необходимо для обеспечения безопасности (снятие напряжения прикосновения с брони) и для нормальной работы релейной защиты (прохождение тока КЗ на землю). В случае длинных линий (обычно более 1-2 км) может потребоваться применение поперечного соединения экранов (cross-bonding) для снижения потерь и наведенных напряжений.
Каков гарантийный срок на кабель ПвКаВ 20 кВ?
Гарантийный срок эксплуатации, устанавливаемый большинством ответственных производителей, составляет 5 лет с даты ввода кабельной линии в эксплуатацию, но не более 4.5 лет с момента изготовления кабеля. При этом расчетный срок службы при соблюдении условий транспортировки, монтажа и эксплуатации превышает 30 лет.
Допускается ли совместная прокладка в одной траншее с кабелями других напряжений?
Совместная прокладка допускается, но регламентируется ПУЭ (п. 2.3.86-2.3.88). Кабели напряжением до 20 кВ, как правило, могут прокладываться в одной траншее с кабелями до 1 кВ. При этом расстояние между ними по горизонтали должно быть не менее 100 мм, а если кабели высшего напряжения защищены от повреждений при КЗ на кабелях низшего напряжения (например, броней), то допускается их разделение только слоем земли. Прокладка в одной траншее с кабелями выше 35 кВ не рекомендуется.