Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена ПвВнг(А)-ХЛ 20 кВ: конструкция, характеристики и область применения

Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена марки ПвВнг(А)-ХЛ на напряжение 20 кВ представляет собой современное высокотехнологичное кабельное изделие, предназначенное для стационарной прокладки в электрических сетях среднего напряжения. Его основное назначение – передача и распределение электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Расшифровка маркировки является ключом к пониманию его конструкции и свойств: П – изоляция из сшитого (сетчатого) полиэтилена, в – оболочка из поливинилхлоридного пластиката, Внг(А) – исполнение, не распространяющее горение при групповой прокладке по категории А (наивысшая пожарная безопасность), ХЛ – климатическое исполнение для холодного климата (до -60°С), 20 кВ – номинальное напряжение.

Конструкция кабеля ПвВнг(А)-ХЛ 20 кВ

Конструкция кабеля является многослойной и строго регламентирована техническими условиями (ТУ) и международными стандартами (МЭК, ГОСТ). Каждый слой выполняет критически важную функцию.

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки, круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма позволяет оптимизировать заполнение внутреннего пространства кабеля, уменьшая его общий диаметр и вес. Жила может быть однопроволочной (для малых и средних сечений) или многопроволочной (гибкой). Класс жилы (1 или 2 по ГОСТ 22483) определяет ее гибкость.
• 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 между жилой и изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов – основной причины старения и пробоя изоляции.
• Изоляция: Основной функциональный слой, выполненный из сшитого полиэтилена (XLPE). Процесс сшивания (образования поперечных молекулярных связей под действием пероксидов или силана) придает материалу выдающиеся свойства: высокую температурную стойкость (длительно до +90°С, в аварийном режиме до +130°С, при коротком замыкании до +250°С), отличные диэлектрические и механические характеристики, стойкость к термоокислительному старению.
• Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой): Также выполняется из экструдированного полупроводящего сшитого полиэтилена. Вместе с внутренним экраном формирует цилиндрический конденсатор, внутри которого заключено однородное радиальное электрическое поле.
• Поясная изоляция: Накладывается в виде ленты из медной или алюминиевой фольги, либо в виде медных луженых проволок, спирально наложенных поверх экрана. Служит для замыкания токов утечки и обеспечения симметрии электрического поля.
• Дренажная жила: Медная жила малого сечения, контактирующая с поясной изоляцией. Предназначена для выравнивания потенциала и отвода токов в случае повреждения основного экрана.
• Оболочка: Выполняется из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести (ПВХнг). Материал оболочки обеспечивает механическую и химическую защиту, а также определяет пожарно-технические характеристики кабеля. Индекс (А) указывает, что при групповой прокладке кабель соответствует высшей категории по нераспространению горения по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22 (испытание в вертикальной кабельной этажерке). Исполнение ХЛ подразумевает использование морозостойкого компаунда, сохраняющего эластичность при экстремально низких температурах.

Основные технические и электрические характеристики

Параметры кабеля нормируются для обеспечения надежной работы в течение всего срока службы, который составляет не менее 30 лет.

Таблица 1. Номинальные сечения токопроводящих жил и массогабаритные показатели (пример для одножильного кабеля)

Сечение жилы, мм²	Наружный диаметр, мм (прибл.)	Масса 1 км кабеля, кг (прибл.)	Максимальный наружный диаметр, мм (прибл.)
50	40	2200	45
95	47	3200	52
150	53	4300	58
240	62	6100	68
400	75	9500	82

Таблица 2. Электрические характеристики при U_ном = 20 кВ

Параметр	Значение	Примечание
Максимально допустимая рабочая температура жилы	+90°C	Длительный режим
Допустимая температура при перегрузке	+130°C	Не более 100 часов в год, 8 часов подряд
Температура при коротком замыкании	+250°C	Длительность КЗ не более 4 сек.
Минимальная температура прокладки без предварительного подогрева	-15°C	Для исполнения ХЛ: -40°C
Минимальный радиус изгиба при прокладке	15 x Dнар	Dнар – наружный диаметр кабеля
Испытательное переменное напряжение промышленной частоты	45 кВ	Продолжительность 10 мин. после прокладки
Испытательное постоянное напряжение (для приемо-сдаточных испытаний)	67.5 кВ	Продолжительность 15 мин.
Сопротивление изоляции	Не менее 1000 МОм·км	При температуре +20°C

Область применения и условия прокладки

Кабель ПвВнг(А)-ХЛ 20 кВ предназначен для эксплуатации в электрических сетях среднего класса напряжения 10(20) кВ. Благодаря конструкции с изоляцией из сшитого полиэтилена и оболочкой из ПВХнг, он обладает универсальностью в применении.

• Прокладка в кабельных сооружениях: Кабельные туннели, коллекторы, этажерки, каналы. Исполнение «нг(А)» является обязательным требованием для групповой прокладки в таких сооружениях согласно ПУЭ и противопожарным нормам.
• Прокладка в помещениях: Распределительные щиты, подстанции, производственные цеха, насосные станции.
• Прокладка в земле (траншеях): Допускается, но при условии защиты от механических повреждений (бронированный кабель, например, ПвБбШв, был бы более предпочтителен для прямого заглубления). Для ПвВнг(А) при прокладке в земле обязательно использование защитных труб, кабельных лотков или кирпичной присыпки.
• Эксплуатация в особых климатических условиях: Исполнение ХЛ позволяет применять кабель в районах с холодным и умеренно-холодным климатом (от -60°С до +50°С).

Кабель не предназначен для прокладки в блоках, заполненных маслом, а также в условиях длительного растягивающего усилия.

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

• Высокая надежность и долговечность: Отсутствие миграции пропиточного состава, стойкость к термоокислительному старению.
• Более высокая допустимая температура: Длительная рабочая температура +90°C против +70°C для бумажной изоляции, что позволяет пропускать больший ток нагрузки при том же сечении.
• Простота монтажа и эксплуатации: Меньший вес, меньший радиус изгиба, отсутствие ограничений по перепаду уровней при прокладке.
• Безопасность: Не поддерживает горение при групповой прокладке, не требует сложных систем подпитки маслом или давления газа.
• Экологичность: Отсутствие масла в конструкции.

Особенности монтажа и оконцевания

Монтаж кабеля ПвВнг(А)-ХЛ 20 кВ требует специальной подготовки и инструмента. Критически важным этапом является правильное выполнение кабельных муфт – соединительных и концевых. Процесс включает в себя:

• Послойную зачистку оболочки, экранов и изоляции с точным соблюдением размеров, указанных в инструкции к муфте.
• Тщательную зачистку и обезжиривание полупроводящих слоев.
• Точное совмещение жил и восстановление экранирующего слоя с помощью проводящих лент или составов.
• Монтаж изоляции муфты (термоусаживаемые трубки, холодноусаживаемые элементы или заливные корпуса).
• Надежное заземление экранов с обеих сторон. Экраны кабелей 20 кВ должны быть заземлены, как правило, с двух концов для предотвращения наведения напряжения.

Работы должны выполняться квалифицированным персоналом, прошедшим обучение по монтажу кабельных муфт среднего напряжения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие ПвВнг(А) от ПвПнг(А)?

Буква «В» в маркировке ПвВнг(А) указывает на материал оболочки – поливинилхлоридный пластикат (ПВХ). Буква «П» в маркировке ПвПнг(А) обозначает оболочку из полиэтилена. Кабель в полиэтиленовой оболочке (ПвПнг(А)) обладает повышенной стойкостью к влаге и агрессивным средам, но полиэтилен является горючим материалом. Для обеспечения нераспространения горения в него вводят специальные добавки. Кабель в ПВХ оболочке традиционно имеет лучшие показатели по пожарной безопасности (менее дымообразование, нераспространение пламени).

Можно ли прокладывать кабель ПвВнг(А) 20 кВ в земле без защиты?

Нет, не рекомендуется. Оболочка из ПВХнг не предназначена для длительного контакта с грунтом и не обеспечивает достаточной защиты от механических воздействий (например, лопаты при земляных работах). Для прокладки непосредственно в земле (траншее) следует применять бронированные кабели, такие как ПвБбШв или ПвПБбШв, имеющие броню из стальных оцинкованных лент и защитный шланг.

Как расшифровать обозначение «ХЛ» и чем оно важно?

«ХЛ» означает «холодостойкое» климатическое исполнение. Это гарантирует, что материалы изоляции (XLPE) и, что особенно важно, оболочки (ПВХ) сохраняют свои эластичные и механические свойства при экстремально низких температурах, вплоть до -60°С. Это позволяет производить раскатку и монтаж кабеля при температурах до -40°С без его предварительного подогрева, что критически важно для регионов Крайнего Севера, Сибири и в зимний период в средней полосе.

Почему для сетей 20 кВ используется именно сшитый полиэтилен, а не ПВХ изоляция?

Поливинилхлорид (ПВХ) имеет ограниченные диэлектрические свойства и температурную стойкость (обычно до +70°C). Для напряжений выше 1 кВ его диэлектрические потери становятся недопустимо высокими. Сшитый полиэтилен (XLPE) является материалом с низкими диэлектрическими потерями, высокой электрической прочностью и термостойкостью, что делает его идеальным диэлектриком для среднего и высокого напряжения.

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля ПвВнг(А) 20 кВ?

Выбор сечения осуществляется по двум основным критериям, указанным в ПУЭ (Правила устройства электроустановок):
1. По длительно допустимому току нагрузки (по нагреву). Рассчитывается токовая нагрузка линии, и по таблицам ПУЭ или данным производителя выбирается сечение, для которого допустимый длительный ток равен или превышает расчетный. Учитывается способ прокладки (в воздухе, в земле, количество кабелей в пучке), температура окружающей среды.
2. По потере напряжения. Для удаленных потребителей необходимо проверить, что потеря напряжения в кабеле не превышает допустимых норм (обычно ±5-10% от номинального).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания (проверочный расчет). Выбранное сечение должно выдерживать ток КЗ за время его отключения защитой без недопустимого перегрева.

Требуется ли заземлять экраны кабеля 20 кВ, и если да, то как?

Да, экраны (металлические элементы поясной изоляции) кабелей на напряжение 6 кВ и выше подлежат обязательному заземлению с двух концов. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала (снятие напряжения с экрана), обеспечения нормальной работы релейной защиты и устранения электромагнитного влияния на смежные цепи. Заземление выполняется путем соединения экранов с земляной шиной распределительного устройства через специальные заземляющие проводники, входящие в комплект концевых муфт.