Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена ПвПу2г 1х жильный на напряжение 20 кВ: полный технический анализ

Кабель марки ПвПу2г 1х жильный на напряжение 20 кВ представляет собой современное высокотехнологичное решение для стационарной прокладки в электрических сетях среднего напряжения. Данный тип кабеля предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его конструкция и материалы обеспечивают высокую надежность, долговечность и безопасность эксплуатации в различных условиях, включая трассы с высокой влажностью грунта.

Расшифровка маркировки ПвПу2г

Маркировка кабеля выполняется согласно ГОСТ 31996-2012 и несет полную информацию о его конструкции:

• П – изоляция жилы выполнена из сшитого полиэтилена (Пв – по старому обозначению, где «в» указывало на вулканизацию, современный аналог – XLPE).
• Пу – материал защитной оболочки – полиэтилен усиленный (PE). Буква «у» указывает на повышенные механические и защитные свойства оболочки.
• 2г – индекс, обозначающий тип бронепокрова и гидрозащиты. Цифра «2» указывает на наличие брони из двух стальных оцинкованных лент. Буква «г» означает, что кабель является голым (не имеет защитного покрова поверх брони, такой как джутовый или ПВХ-шланг). Это указывает на его предназначение для прокладки в земле (траншеях) без дополнительных механических воздействий на саму броню.
• 1х – количество токопроводящих жил (одна).
• 20 кВ – номинальное линейное напряжение, на которое рассчитан кабель.

Конструкция кабеля ПвПу2г 1х жильный 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной, где каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее от центра к периферии.

1. Токопроводящая жила

Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Для сечений до 1000 мм², как правило, используется однопроволочная (монолитная) жила. Для больших сечений – многопроволочная. Материал и сечение жилы выбираются исходя из требований по токовой нагрузке и экономической целесообразности. Медь обладает более высокой проводимостью и стойкостью к окислению, алюминий – меньшим весом и стоимостью.

2. Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой)

Поверх токопроводящей жилы накладывается экструдированный слой из сшитого полупроводящего полиэтилена. Его основная функция – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений на границе с изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов (коронного разряда) – главного дестабилизирующего фактора для полимерной изоляции.

3. Изоляция

Основной изолирующий слой выполнен из сшитого полиэтилена (XLPE) методом экструзии. Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу уникальные свойства: высокую термостойкость (допустимая температура длительной работы +90°C, перегрузки +130°C, короткого замыкания +250°C), отличные диэлектрические характеристики, механическую прочность и стойкость к трекингу. Толщина изоляции нормируется стандартами в зависимости от номинального напряжения.

4. Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой)

Поверх изоляции накладывается второй экструдированный слой из сшитого полупроводящего полиэтилена. Он, совместно с внутренним экраном, создает коаксиальную конструкцию, равномерно распределяющую радиальное электрическое поле вокруг жилы и изолирующую саму изоляцию от внешних воздействий.

5. Поясная изоляция

В одножильных кабелях экран по изоляции обязательно должен быть заземлен с двух сторон для стока зарядных токов и обеспечения безопасности. Для этого поверх внешнего полупроводящего слоя накладывается электропроводящая лента (например, на основе медной фольги или полимерной пленки с медным напылением). Этот слой служит проводником для заземления и называется поясной изоляцией или медным поясным экраном.

6. Заполнитель и разделительный слой

Под броней может находиться слой ПВХ-лент или другой материал, предохраняющий внутренние слои от повреждения стальными лентами.

7. Броневой покров

Состоит из двух стальных оцинкованных лент, наложенных спирально с перекрытием. Основные функции:

• Защита от механических повреждений при прокладке и эксплуатации (давление грунта, случайные удары).
• Защита от грызунов.
• Обеспечение стойкости к растягивающим усилиям.

Индекс «2г» прямо указывает на эту конструкцию.

8. Наружная оболочка

Внешний защитный слой из усиленного полиэтилена (PE). Полиэтиленовая оболочка обладает высокой стойкостью к влаге, агрессивным химическим веществам, содержащимся в грунтах, к грибкам и плесени. Она также обеспечивает защиту стальной брони от коррозии. Оболочка окрашивается в черный цвет, часто с нанесением маркировки.

Основные технические характеристики и параметры

Таблица 1. Ключевые электрические и конструктивные параметры (на примере сечений)

Номинальное сечение жилы, мм²	Наружный диаметр кабеля, мм (примерно)	Масса 1 км кабеля, кг (примерно)	Допустимый длительный ток нагрузки (в земле), А*	Сопротивление жилы постоянному току при 20°C, Ом/км, не более
50	38-42	2500-3000	215-230	0.387 (Cu), 0.641 (Al)
120	48-52	4000-4500	335-360	0.153 (Cu), 0.253 (Al)
240	58-63	6000-7000	480-520	0.0754 (Cu), 0.125 (Al)
400	70-76	9000-10000	650-700	0.0471 (Cu), 0.0778 (Al)

• Точные значения токовых нагрузок зависят от конкретных условий прокладки (глубина, температура грунта, удельное тепловое сопротивление) и должны рассчитываться по методике, приведенной в ПУЭ 7 изд. и ГОСТ Р МЭК 60287.

Таблица 2. Условия эксплуатации и климатическое исполнение

Параметр	Значение или характеристика
Номинальное напряжение U0/U (Um)	12/20 кВ (24 кВ)
Температура эксплуатации	От -50°C до +50°C
Относительная влажность воздуха	До 98% при температуре до +35°C
Минимальный радиус изгиба при прокладке	Не менее 15 наружных диаметров кабеля
Допустимая температура жилы:	Длительная работа: +90°C Перегрузка: +130°C Короткое замыкание: +250°C
Способ прокладки	В земле (траншеях), кабельных каналах, тоннелях, на эстакадах. Прокладка в воздухе по конструкциям возможна, но требует учета УФ-стойкости (полиэтилен подвержен старению под солнцем).

Область применения кабеля ПвПу2г 1х20 кВ

Данный тип кабеля широко используется в сетях среднего класса напряжения 10(6)-20 кВ для следующих объектов и целей:

• Распределительные сети городской и промышленной инфраструктуры: питание от подстанций к районным трансформаторным пунктам (ТП) и распределительным пунктам (РП).
• Промышленные предприятия: электроснабжение мощных цехов, установок, главные питающие линии.
• Объекты нефтегазовой и химической промышленности: благодаря стойкости оболочки к агрессивным средам.
• Кабельные линии в насыщенных грунтовых водах условиях: броня и полиэтиленовая оболочка обеспечивают надежную защиту от влаги.
• Вводы в здания и сооружения от воздушных линий (ВЛ).
• Резервирующие и перекрестные связи между подстанциями.

Преимущества и недостатки по сравнению с аналогами

Преимущества перед кабелями с бумажно-масляной изоляцией (СБ, ЦСБ):

• Более высокая допустимая температура жилы, а следовательно, и большая пропускная способность.
• Отсутствие риска течи пропиточного состава, нет необходимости в сложных концевых муфтах с системой подпитки маслом.
• Меньший вес и наружный диаметр при аналогичных параметрах.
• Возможность прокладки на трассах с большими перепадами по высоте.
• Проще и быстрее монтаж муфт и концевых заделок.
• Более длинная строительная длина (меньше соединений на трассе).

Преимущества перед кабелями в ПВХ-оболочке (ПвБШв, ПвП):

• Полиэтиленовая оболочка (PE) обладает более высокой стойкостью к влагопоглощению, кислотам и щелочам, а также к растрескиванию.
• Лучшие диэлектрические характеристики оболочки.
• Более широкий температурный диапазон эксплуатации.

Недостатки:

• Более высокая чувствительность к точечным механическим повреждениям (например, укол острым предметом) по сравнению с кабелями в свинцовой оболочке.
• Необходимость тщательного соблюдения технологии монтажа муфт для обеспечения герметичности и равномерности электрического поля.
• Полиэтиленовая оболочка без специальных добавок не распространяет горение, но плавится, и ее стойкость к прямому воздействию пламени ниже, чем у специальных исполнений (нг(А)-LS).

Особенности монтажа и эксплуатации

1. Прокладка: Кабель поставляется на барабанах. Раскатка должна производиться с использованием кабельных роликов, не допуская механических повреждений оболочки и превышения минимального радиуса изгиба. При прокладке в траншеях на дно насыпается песчаная подушка (толщиной не менее 100 мм), после укладки кабель засыпается мягким грунтом без камней и строительного мусора, затем укладывается сигнальная лента и производится полная засыпка.

2. Заземление: Для одножильных кабелей критически важно правильное заземление экранов (поясной изоляции). Экран должен быть заземлен с обоих концов кабельной линии. При большой длине линии (где наводится значительная ЭДС) может потребоваться перекрестное соединение экранов или заземление в промежуточных точках для снижения циркулирующих токов и потерь.

3. Монтаж муфт: Используются специальные соединительные и концевые муфты, рассчитанные на работу с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена на 20 кВ. Процесс включает ступенчатое снятие изоляции и экранов, установку электрических и механических компонентов, заполнение изоляционным материалом (термоусаживаемые, холодноусаживаемые или заливные муфты). Требует высокой квалификации персонала.

4. Испытания: После монтажа кабельная линия подвергается высоковольтным испытаниям выпрямленным напряжением в соответствии с ПУЭ и ПТЭЭП. Для кабелей на 20 кВ испытательное напряжение составляет 60-70 кВ постоянного тока в течение 10-15 минут.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями ПвПу2г и ПвБШв на 20 кВ?

Основное отличие – в материале наружной оболочки и типе брони. ПвПу2г имеет оболочку из усиленного полиэтилена (PE) и броню из двух стальных лент без наружного покрова («голый»). ПвБШв имеет оболочку из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ), броню из стальных оцинкованных проволок («Б») и защитный шланг из ПВХ («Шв»). ПвПу2г более стоек к влаге и химикатам, ПвБШв имеет лучшую гибкость и стойкость к растяжению за счет проволочной брони.

Можно ли прокладывать кабель ПвПу2г в воздухе (по фасадам, эстакадам)?

Да, можно, но с важной оговоркой. Полиэтиленовая оболочка без стабилизаторов к ультрафиолетовому излучению подвержена фотоокислительной деструкции (стареет, трескается). Для открытой прокладки на солнечном свету следует выбирать кабель в оболочке из светостабилизированного полиэтилена (часто имеет черный цвет с добавками сажи) или предусматривать защитные кожухи/лотки.

Как правильно выбрать сечение жилы для данного кабеля?

Выбор сечения производится по трем основным критериям, указанным в ПУЭ гл. 1.3:

1. По допустимому длительному току нагрузки (нагреву).
2. По потере напряжения (для удаленных потребителей).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания.

Основным является расчет по нагреву с учетом способа прокладки, температуры грунта/воздуха, количества работающих рядом кабелей и удельного теплового сопротивления грунта. Используются таблицы ПУЭ или специализированное программное обеспечение.

Почему экран одножильного кабеля необходимо заземлять с двух сторон?

Экран (поясная изоляция) вокруг изоляции жилы выполняет роль возвратного проводника для зарядного тока и проводника для тока в случае повреждения. При одностоороннем заземлении на незаземленном конце экрана будет присутствовать высокое напряжение относительно земли (наводимая ЭДС), опасное для персонала и могущее привести к пробою. Двустороннее заземление обеспечивает нулевой потенциал экрана по всей длине и безопасность. Однако при большой длине линии это приводит к циркуляции токов по экрану и дополнительным потерям.

Каков срок службы кабеля ПвПу2г и от чего он зависит?

Номинальный срок службы, заявленный производителями, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации зависит от:

• Соблюдения условий прокладки и монтажа (радиусы изгиба, отсутствие повреждений).
• Режима работы (непревышение температуры жилы, отсутствие частых перегрузок).
• Корректности монтажа соединительных муфт и концевых заделок (более 70% отказов происходят в местах соединений).
• Агрессивности внешней среды (состав грунта, блуждающие токи).
• Качества проведенных высоковольтных испытаний и диагностики.

Регулярная диагностика (например, измерение частичных разрядов) позволяет прогнозировать остаточный ресурс.

Что означает индекс «2г» в маркировке? Обязательно ли его наличие для прокладки в земле?

Индекс «2г» означает: «2» – броня из двух стальных лент, «г» – «голый», т.е. без наружного защитного покрова (джутового или ПВХ) поверх брони. Для прокладки непосредственно в земле (траншее) наличие брони является обязательным требованием ПУЭ для защиты от механических повреждений. Исполнение «г» наиболее распространено для таких условий. Если трасса проходит в зоне с повышенными растягивающими усилиями или риском смещения грунта, может рассматриваться вариант с проволочной броней (индекс «К» – круглые проволоки).