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.

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)

• 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.

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.