Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена ПвВ 20 кВ 150 мм²: полный технический анализ

Кабель силовой марки ПвВ на напряжение 20 кВ с сечением токопроводящей жилы 150 мм² представляет собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего класса напряжения. Данный тип кабеля предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его применение охватывает подземные прокладки в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, каналах), по эстакадам, а также в земле (траншеях) при условии обеспечения защиты от механических повреждений. Расшифровка маркировки: П – изоляция из сшитого (полимеризованного) полиэтилена, в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката, В – обозначение, указывающее на то, что кабель предназначен для сетей на номинальное напряжение до 20-26 кв включительно (по старой классификации).

Конструктивные элементы кабеля ПвВ 20 кВ 150 мм²

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

• Токопроводящая жила. Выполняется из медной или алюминиевой проволоки, соответствующей сечению 150 мм². Для данного сечения жила, как правило, секторной или сегментной формы (для компактности), многопроволочная (гибкая или нормальной гибкости по классу 2 по ГОСТ 22483). Материал жилы определяет ключевые характеристики: медь обладает более высокой проводимостью и стойкостью к окислению, алюминий — меньшим весом и стоимостью.
• Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой). Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его задача — выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений на границе с изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов — основной причины старения изоляции.
• Изоляция. Основной слой из сшитого полиэтилена (XLPE). Толщина изоляции нормирована стандартами (например, ГОСТ 15150) и для напряжения 20 кВ составляет, как правило, 5.5-6.0 мм. Сшивка молекул полиэтилена (химическая или радиационная) придает материалу повышенные термические свойства: длительно допустимая температура жилы возрастает до +90°C, а кратковременно допустимая — до +250°C.
• Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой). Наносится поверх изоляции. Выполняет ту же функцию выравнивания поля, что и внутренний экран. Часто выполняется в виде легко снимаемой (отделимой) полупроводящей полимерной ленты или экструдированного слоя.
• Экран медный. Поверх внешнего полупроводящего слоя накладывается экран в виде медных проволок, спирально наложенных лент или гофрированной медной ленты. Его назначение — защита от электромагнитных помех, обеспечение симметрии электрического поля вокруг жилы и выполнение функции нулевого (заземляющего) проводника в режиме однофазного замыкания на землю, отводя токи КЗ.
• Поясная изоляция. Представляет собой обмотку из полимерных лент или экструдированный слой, накладываемый поверх медного экрана для его фиксации и защиты от коррозии при контакте с оболочкой.
• Оболочка. Наружный защитный слой из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). Защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, агрессивных сред (почвенной влаги, химикатов) и выполняет функцию барьера от распространения пламени. Цвет оболочки, как правило, черный.

Основные технические и электрические параметры

Параметры кабеля регламентируются межгосударственными стандартами (ГОСТ 16442-80 с изменениями, ГОСТ 31996-2012) и техническими условиями производителей.

Таблица 1. Ключевые электрические и конструктивные параметры кабеля ПвВ 20 кВ 150 мм²

Параметр	Значение для меди	Значение для алюминия	Примечание
Номинальное напряжение U0/U (Um), кВ	12/20 (24)		U0 — напряжение между жилой и землей, U — между жилами, Um — максимальное рабочее
Сечение основной жилы, мм²	150
Количество жил	1, 3		Наиболее распространены трехжильные исполнения
Допустимый длительный ток нагрузки (при прокладке в земле), А	~330-360	~255-280	Зависит от условий прокладки (глубины, температуры грунта, удельного теплового сопротивления)
Сопротивление жилы постоянному току при +20°C, Ом/км, не более	0.124	0.206	По ГОСТ 22483
Испытательное переменное напряжение частотой 50 Гц, кВ/время	45 кВ / 10 мин.		Для новых кабелей после прокладки и монтажа муфт
Импульсное испытательное напряжение, кВ	125		Испытание грозовым импульсом
Емкость, мкФ/км	~0.25 — 0.35		Зависит от конкретной конструкции
Индуктивное сопротивление, Ом/км	~0.1 — 0.15
Минимальный радиус изгиба при прокладке	15-20 наружных диаметров кабеля		Критически важный параметр для монтажа

Таблица 2. Термические характеристики и условия эксплуатации

Параметр	Значение
Длительно допустимая температура нагрева жилы	+90°C
Максимальная температура жилы при КЗ (длительность до 4 сек)	+250°C
Допустимая температура нагрева жилы в режиме перегрузки	+130°C
Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева	-15°C
Минимальная температура эксплуатации	-50°C
Максимальная температура эксплуатации	+50°C (для грунта)
Стойкость к короткому замыканию (расчетная), кА/сек	Зависит от производителя, для 150 мм² меди ~ 15.2 кА/1с

Области применения и особенности монтажа

Кабель ПвВ 20 кВ 150 мм² применяется для создания питающих и распределительных линий от подстанций 35/10(6) кВ к городским и промышленным распределительным пунктам, для электроснабжения крупных промышленных предприятий, насосных станций, жилых микрорайонов. Его использование предпочтительно в проектах, требующих высокой надежности, компактности (благодаря меньшему диаметру и весу по сравнению с кабелями с бумажно-масляной изоляцией) и простоты монтажа.

Особенности монтажа и прокладки:

• Подготовка трассы. При прокладке в земле необходима песчаная подушка толщиной не менее 100 мм, отсутствие в траншее острых камней и мусора. Глубина прокладки — 0.7-1.0 м от планировочной отметки.
• Радиус изгиба. Нельзя превышать минимально допустимый радиус изгиба (обычно 15-20 D_нар). Нарушение ведет к необратимой деформации экранов и изоляции, возникновению опасных механических напряжений.
• Работа с концами. При подготовке кабеля к подключению необходимо аккуратно снять внешние слои, соблюдая технологию разделки. Особое внимание уделяется заземлению медного экрана — он должен быть заземлен с двух сторон для трехжильных кабелей (в соответствии с действующей схемой работы сетей).
• Применение муфт. Для соединения и оконцевания используются специальные кабельные муфты (соединительные, концевые) на напряжение 20 кВ, рассчитанные на работу с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена. Качество монтажа муфт — критический фактор надежности всей линии.
• Испытания после монтажа. Обязательным этапом является проведение высоковольтных испытаний повышенным напряжением постоянного тока (рекомендовано по РД 153-34.0-20.518-2003) или переменным напряжением очень низкой частоты (VLF).

Сравнение с аналогами и выбор

Основным аналогом кабеля ПвВ является кабель марки ПвП (с изоляцией из сшитого полиэтилена и оболочкой из полиэтилена). ПвП обладает повышенной стойкостью к влаге и агрессивным средам, поэтому рекомендуется для прокладки в воде или в грунтах с высокой коррозионной активностью. Кабель АПвВ — алюминиевый аналог, более экономичный, но с худшими механическими и электрическими характеристиками (меньшая проводимость, склонность к ползучести в контактных соединениях).

При выборе между медным и алюминиевым исполнением проводят технико-экономический расчет, учитывая токовую нагрузку, стоимость кабеля, потери электроэнергии и стоимость монтажа (для алюминия требуются специальные технологии опрессовки и наконечники для предотвращения окисления).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие кабеля ПвВ от кабеля АПвВг?

Буква «А» в начале маркировки указывает на материал токопроводящей жилы — алюминий. Если буква «А» отсутствует, жила — медная. Буква «г» в конце маркировки (АПвВг) означает, что в конструкции кабеля присутствует герметизация — гидрофобный заполнитель в межжильном пространстве, который препятствует продольному распространению влаги. В марке ПвВ такой заполнитель обычно отсутствует.

Как правильно выбрать сечение 150 мм²? На какой ток он рассчитан?

Сечение выбирается по расчетному току нагрузки с учетом коэффициентов прокладки (количество кабелей в траншее, температура грунта) и по экономической плотности тока. Длительно допустимый ток для кабеля ПвВ 20 кВ 150 мм² при прокладке в земле (один кабель в траншее, температура грунта +15°C, тепловое сопротивление 1.0 К·м/Вт) составляет примерно 330-360 А для меди. Точное значение необходимо брать из расчетных таблиц ПУГлава 1.3 с учетом всех поправочных коэффициентов.

Обязательно ли заземлять экран трехжильного кабеля ПвВ с двух сторон?

Да, для трехжильных кабелей на напряжение 6-35 кВ в российских сетях с изолированной или компенсированной нейтралью принята схема двустороннего заземления экранов (металлических оболочек). Это обеспечивает протекание токов capacitive coupling по замкнутому контуру, предотвращает возникновение высокого напряжения на экране и снижает внешнее электромагнитное поле линии до безопасного уровня.

Можно ли использовать кабель ПвВ для прокладки в воздухе (по эстакадам, фасадам)?

Да, кабель ПвВ допущен для прокладки в воздухе при условии отсутствия риска механических повреждений. Однако при этом его допустимый длительный ток нагрузки будет отличаться от значения для прокладки в земле (обычно ниже из-за худших условий охлаждения). Необходимо также учитывать воздействие ультрафиолетового излучения — оболочка из ПВХ имеет ограниченную стойкость к УФ, поэтому при открытой прокладке рекомендуется использование кабелей в оболочке из светостабилизированного полиэтилена (ПвП) или защитных кожухов.

Каков срок службы кабеля ПвВ 20 кВ?

Номинальный срок службы кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена, при соблюдении условий эксплуатации, транспортировки и монтажа, составляет не менее 30 лет. Фактический ресурс может быть больше и определяется в первую очередь качеством монтажа соединительных муфт и отсутствием внешних механических повреждений.

Чем вызвана необходимость испытания кабеля после прокладки постоянным напряжением?

Испытание постоянным выпрямленным напряжением (например, 60 кВ для кабеля 20 кВ) позволяет выявить сосредоточенные дефекты изоляции (проколы, включения инородных частиц) без риска для изоляции. Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена такие испытания являются стандартной процедурой приемо-сдаточных испытаний согласно действующим нормативным документам (РД 153-34.0-20.518-2003).

Заключение

Кабель ПвВ 20 кВ 150 мм² является современным, технологичным и надежным решением для строительства и модернизации кабельных линий среднего напряжения. Его преимущества — высокая пропускная способность, отличные диэлектрические и термические свойства, относительная легкость и удобство монтажа. Успешная эксплуатация на протяжении всего заявленного срока службы напрямую зависит от корректного выбора марки и сечения, неукоснительного соблюдения технологий прокладки и монтажа арматуры, а также проведения регулярных диагностических испытаний и технического обслуживания.