Кабель ПвП 1-х жильный 20 кВ
Кабель ПвП 1-х жильный 20 кВ: полное техническое описание и область применения
Кабель ПвП 1х жильный на напряжение 20 кВ представляет собой силовой кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), предназначенный для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на переменное напряжение до 20 кВ частотой 50 Гц. Маркировка расшифровывается следующим образом: П – изоляция из полиэтилена, в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката, П – наружный покров (защитная оболочка) из полиэтилена или поливинилхлорида. Конструкция кабеля является одножильной, что предопределяет специфику его применения, связанную с компенсацией индуктивных потерь.
Конструкция кабеля ПвП 20 кВ
Конструкция кабеля является многослойной, каждый элемент выполняет критически важную функцию для обеспечения долговечности и безопасности.
- Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия или меди, соответствует классу 1 или 2 по ГОСТ 22483. Жила может быть секторной или круглой формы. Для сечений от 240 мм² и выше, как правило, применяется уплотненная конструкция (многопроволочная, компактированная).
- Экран по жиле (полупроводящей экран): Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его ключевая задача – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений между жилой и основной изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов.
- Основная изоляция: Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Этот материал, подвергнутый процессу поперечной сшивки молекул, обладает высокой термостойкостью (допустимая температура длительной работы +90°C), отличными диэлектрическими и механическими свойствами. Толщина изоляции нормирована и для 20 кВ составляет, как правило, 5.5-6.0 мм.
- Экран по изоляции (полупроводящей экран): Второй слой полупроводящего материала, наносимый поверх основной изоляции. Вместе с экраном по жиле образует коаксиальную систему, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции.
- Металлический экран (заземляющий): Располагается поверх экрана по изоляции. Выполняется в виде медной ленты, наложенной продольно или в виде оплетки из медных проволок. Основные функции: защита от внешних электромагнитных помех, обеспествие симметрии электрического поля вокруг жилы, а также использование в качестве заземляющего проводника для токов короткого замыкания. Для одножильных кабелей сечением от 240 мм² часто применяется экран из медных проволок сечением не менее 25 мм² для обеспечения требуемой стойкости к токам КЗ.
- Поясная изоляция: Представляет собой обмотку из полимерной пленки или электроизоляционной бумаги, наложенную поверх металлического экрана. Служит для механической и электрической защиты экрана.
- Защитная оболочка: Изготавливается из полиэтилена (обозначение «П» в конце марки) или поливинилхлоридного пластиката (обозначение «В»). Полиэтиленовая оболочка (тип П) обладает повышенной стойкостью к влаге, агрессивным средам и механическим повреждениям, что делает кабель ПвП пригодным для прокладки в земле (траншеях) без дополнительной защиты. ПВХ-оболочка (тип В) обеспечивает хорошую защиту, но менее стойка к некоторым химическим воздействиям и имеет ограничения по температуре эксплуатации.
- По допустимому длительному току нагрузки (ПУЭ, Глава 1.3).
- По потере напряжения (не должна превышать допустимых значений, обычно 5% от Uном).
- По термической стойкости к токам короткого замыкания.
- По экономической плотности тока (для проектов с длительным сроком эксплуатации).
- Концевые муфты (КНС/КНШ): Для соединения кабеля с открытой аппаратурой (ячейками КРУ, силовыми трансформаторами). Обеспечивают электрическую прочность, герметизацию и необходимую ползучестную характеристику.
- Соединительные муфты (СС): Для соединения двух отрезков кабеля между собой. Требуют высокой квалификации монтажников, так как должны полностью воспроизводить конструкцию заводского кабеля.
- Стопорные муфты: Используются в схемах с перекрестным соединением экранов для электрического разделения секций.
- Определение расчетного тока нагрузки.
- Корректировку допустимого тока по условиям прокладки (коэффициенты на группу, температуру грунта/воздуха).
- Проверку на потерю напряжения.
- Проверку на термическую стойкость при коротком замыкании.
- Сравнение вариантов по экономической плотности тока (для линий с большим числом часов использования максимума нагрузки).
- Более высокая допустимая температура жилы: +90°C против +70°C для кабелей с БМИ.
- Отсутствие риска утечки масла и необходимости в сложных системах подпитки и давления.
- Меньший вес и радиус изгиба, что упрощает транспортировку и монтаж.
- Возможность прокладки на вертикальных участках без ограничения по высоте.
- Более высокая стойкость к динамическим нагрузкам и вибрации.
Ключевые технические характеристики и параметры
Технические параметры кабеля ПвП 20 кВ регламентируются ГОСТ 31565-2012 (кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение от 6 до 35 кВ) и ТУ производителя.
| Параметр | Значение / Описание |
|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 12/20 кВ (24 кВ) |
| Система измерения испытательного напряжения | U0 – напряжение между жилой и землей. U – междуфазное напряжение. Um – максимальное рабочее напряжение. |
| Частота | 50 Гц |
| Допустимая температура жилы при длительной эксплуатации | +90°C |
| Максимальная температура жилы при коротком замыкании (длительность до 5 сек) | +250°C |
| Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева | -15°C |
| Минимальный радиус изгиба при прокладке | 15 наружных диаметров кабеля |
| Стойкость к переменному напряжению (испытательное, 50 Гц, 5 мин.) | 30 кВ (для U0=12 кВ) |
| Стойкость к импульсному напряжению (грозовому, 1,2/50 мкс) | 125 кВ |
Область применения и особенности монтажа
Кабель ПвП 1х20 кВ предназначен для прокладки в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, шахтах, коллекторах, а также по эстакадам и в помещениях. Благодаря влагостойкой полиэтиленовой оболочке он не требует применения свинцового гидроизоляционного покрова, что существенно облегчает его вес и упрощает монтаж.
Критически важный аспект применения одножильных кабелей на напряжение 20 кВ – компенсация потерь и наводок. При протекании переменного тока по одножильному кабелю вокруг него образуется переменное магнитное поле. Если экраны (броня, оболочки) кабелей проложены раздельно и заземлены только в одной точке, в них наводятся значительные напряжения, опасные для персонала и оборудования. Если же экраны замкнуты накоротко (заземлены с двух сторон), в них циркулируют большие уравнительные токи, приводящие к дополнительным потерям мощности и нагреву. Для решения этой проблемы применяются специальные схемы прокладки и перекрестного соединения экранов (Cross-Bonding). Суть метода заключается в разделении линии на три примерно равных участка, где экраны секций попеременно меняются местами и заземляются только в концах каждого большого участка. Это позволяет скомпенсировать магнитные потоки и свести ток в экранах к минимуму.
Сравнение с аналогами и выбор сечения
Основными аналогами кабеля ПвП являются кабели марок ПвВП (с оболочкой из ПВХ) и АПвП (с алюминиевой жилой). Выбор между медной и алюминиевой жилой основывается на расчетах по допустимому току нагрузки, потерям напряжения, стоимости и условиям монтажа (алюминий более легкий, но требует специальных концевых заделок).
Выбор сечения жилы осуществляется по следующим критериям:
| Сечение жилы, мм² | Допустимый ток, А (при температуре земли +25°C) | Примерный наружный диаметр, мм |
|---|---|---|
| 50 | 245 | 40 |
| 95 | 350 | 48 |
| 150 | 435 | 55 |
| 240 | 560 | 63 |
| 400 | 735 | 78 |
Важно: Приведенные значения являются справочными. Точный расчет должен учитывать конкретные условия прокладки: температуру грунта, его тепловое сопротивление, количество кабелей в траншее и их взаимное расположение, наличие дополнительного охлаждения.
Монтаж, соединение и оконцевание
Для монтажа кабельных линий на основе ПвП 20 кВ применяется специализированная арматура:
Технология монтажа муфт подразумевает строгое соблюдение геометрии послойного восстановления изоляции, экранов и оболочки с использованием термоусаживаемых или холодноусаживаемых компонентов. Обязательным этапом является контроль качества соединения методом высоковольтных испытаний выпрямленным напряжением.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие кабеля ПвП от АПвП?
Первая буква в маркировке указывает на материал токопроводящей жилы. Отсутствие буквы «А» означает, что жила выполнена из меди. Следовательно, АПвП – кабель с алюминиевой жилой, а ПвП – с медной. Медный кабель имеет меньшее удельное сопротивление, большую допустимую токовую нагрузку и лучшую стойкость к механическим деформациям, но существенно дороже и тяжелее алюминиевого аналога того же сечения.
Почему для одножильного кабеля 20 кВ так важна схема перекрестного соединения экранов?
Переменный ток в одиночном проводнике создает переменное магнитное поле, которое индуцирует ЭДС в металлическом экране (броне), если он образует замкнутый контур. Это приводит к циркуляции значительных токов, вызывающих дополнительные потери (до 30-50% от потерь в жиле) и нагрев кабеля. Схема Cross-Bonding разбивает магнитный поток на три секции со сдвигом фазы, что приводит к их взаимной компенсации и резкому снижению тока в экране.
Можно ли прокладывать кабель ПвП 20 кВ в воздухе (по фасадам, эстакадам)?
Да, кабель с полиэтиленовой оболочкой (П) предназначен для прокладки в любых условиях, включая открытый воздух. Однако необходимо учитывать воздействие ультрафиолетового излучения. Стандартная полиэтиленовая оболочка подвержена УФ-деградации. Для длительной прокладки на открытом солнце рекомендуется выбирать кабель с оболочкой из светостабилизированного полиэтилена (часто имеет черный цвет) или предусматривать защиту в виде гофрорукавов, лотков с крышками.
Как правильно выбрать сечение жилы для проекта?
Выбор сечения – инженерный расчет, который должен выполнять проектировщик. Он включает в себя:
Итоговое сечение выбирается по наихудшему (наибольшему) результату из пунктов 2-4.
Каковы основные преимущества изоляции из сшитого полиэтилена (СПЭ) перед бумажно-масляной?
Требуется ли для кабеля ПвП 20 кВ дополнительная защита при прокладке в земле?
Полиэтиленовая оболочка типа «П» сама по себе является отличной защитой от влаги и агрессивных сред. Однако для защиты от механических повреждений (раскапывание, просадка грунта, грызуны) согласно ПУЭ (п. 2.3.83) кабель, прокладываемый в земле, должен быть защищен сверху на всем протяжении: либо сигнальной лентой на глубине 0.25 м от верха кабеля, либо кирпичом/бетонными плитами. В зонах с повышенной опасностью механических повреждений рекомендуется использование бронированных модификаций кабеля (например, ПвПБбШп).