Кабель ПвВнг(В)-LS 20 кВ 240 мм²: технические характеристики, конструкция и область применения
Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена марки ПвВнг(В)-LS 20 кВ 240 мм² представляет собой современное высоковольтное электротехническое изделие, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Его конструкция и материалы отвечают жестким требованиям пожарной безопасности, надежности и долговечности в условиях интенсивной эксплуатации.
Расшифровка маркировки кабеля
Маркировка ПвВнг(В)-LS 20 кВ 240 мм² структурирована и раскрывает ключевые особенности изделия:
- Пв – изоляция жилы из сшитого полиэтина (полиэтилен вулканизированный).
- В – оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката.
- нг(В) – исполнение с пониженной горючестью по категории В (по ГОСТ 53315-2009 или ГОСТ 31996-2012), что означает нераспространение горения при групповой прокладке.
- LS (Low Smoke) – пониженное дымо- и газовыделение при пожаре.
- 20 кВ – номинальное напряжение 20 000 Вольт.
- 240 мм² – номинальное сечение токопроводящей жилы.
- Защита от электромагнитных помех (ЭМП).
- Обеспечение симметрии электрического поля.
- Создание пути для тока короткого замыкания.
- Защита персонала от поражения электрическим током при повреждении основной изоляции.
- Пониженное дымовыделение: коэффициент дымопоглощения (прозрачность) не менее 50-60%.
- Пониженная коррозионная активность газовыделений: значение pH выделяющихся газов > 4.3, проводимость конденсата < 100 мкСм/мм.
- Распределительные сети 6-10/20 кВ: Подземные и воздушные (в кабельной канализации, туннелях, коллекторах, по эстакадам) линии от ГПП (главной понизительной подстанции) до районных ТП (трансформаторных подстанций).
- Питание мощных потребителей: Непосредственное подключение крупных промышленных предприятий, насосных станций, котельных.
- Объекты инфраструктуры: Прокладка в метрополитенах, аэропортах, вокзалах, спортивных комплексах, где предъявляются высокие требования к пожарной безопасности.
- Вводы в здания и сооружения.
- Раскатка: Производится с помощью кабельных роликов, установленных на трассе. Не допускаются резкие изгибы (минимальный радиус – 15 наружных диаметров), механические повреждения оболочки и экрана.
- Заземление экрана: Медный экран должен быть надежно заземлен с двух сторон кабельной линии. Это необходимо для безопасности и нормальной работы релейной защиты. В схемах с односторонним заземлением экрана необходимо применение продольных ограничителей напряжения (ОПН).
- Соединение и оконцевание: Требуют применения специальных кабельных муфт – соединительных и концевых. Для изоляции сшитого полиэтилена применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. Все работы проводятся в условиях абсолютной чистоты, без загрязнения изоляции.
- Испытания после монтажа: Обязательным этапом является проведение высоковольтных испытаний выпрямленным напряжением (постоянным током) величиной, как правило, 6U0 (72 кВ) в течение 15 минут. Это выявляет возможные повреждения изоляции, допущенные при монтаже.
Конструкция кабеля
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Рассмотрим ее от центра к периферии.
1. Токопроводящая жила
Жила сечением 240 мм² изготавливается, как правило, из медной проволоки (материал – медь марки М1 по ГОСТ 859-2001). Для данного сечения применяется уплотненная или многопроволочная круглая конструкция, обеспечивающая гибкость и механическую стойкость. Класс гибкости жилы – 1 или 2 (по ГОСТ 22483-2012).
2. Экран по жиле (полупроводящий слой)
Поверх токопроводящей жилы накладывается экструдированный полупроводящий слой из специального полиэтилена или полимерной композиции. Его назначение – выравнивание электрического поля и предотвращение возникновения частичных разрядов (коронных) на микронеровностях поверхности жилы.
3. Изоляция
Основной изоляционный слой выполнен из сшитого полиэтина (XLPE). Толщина изоляции нормирована и для напряжения 20 кВ составляет, согласно ГОСТ 1516.3-96 или IEC 60502-2, не менее 5.5 – 6.0 мм. Сшивка молекул полиэтина (химическая или радиационная) придает материалу повышенные температурные характеристики: длительно допустимая температура жилы повышается до +90°C, а стойкость к тепловому пробою – до +250°C.
4. Экран по изоляции (полупроводящий слой)
Поверх основной изоляции наносится второй экструдированный полупроводящий слой. Вместе с экраном по жиле он формирует коаксиальную конструкцию, равномерно распределяющую электрическое поле вокруг изолированной жилы и локализующую его внутри кабеля.
5. Поясная изоляция
В трехжильных кабелях поверх отдельных экранированных жил может накладываться обмотка из полупроводящей или медной ленты, выполняющая функцию общего экрана и выравнивающая поле в межфазном пространстве.
6. Медный экран (заземляющий)
Поверх изолированных и экранированных жил (или поверх поясной изоляции) накладывается экран в виде медных проволок, медной ленты или их комбинации. Его ключевые функции:
Сечение этого экрана нормируется в зависимости от сечения жилы. Для 240 мм² оно обычно составляет 25-35 мм².
7. Разделительный слой
Под оболочкой может находиться слой из ПВХ-ленты или полиэтилентерефталатной пленки, предотвращающий адгезию оболочки к экрану.
8. Наружная оболочка
Внешний защитный слой из ПВХ-пластиката пониженной горючести (нг) с низким дымо- и газовыделением (LS). Толщина оболочки рассчитывается исходя из диаметра кабеля под ней. Она обеспечивает механическую защиту, стойкость к влаге, агрессивным средам и распространению пламени.
Основные технические характеристики
Электрические параметры
| Параметр | Значение / Норма | Примечание |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 12/20 (24) кВ | U0 – напряжение между жилой и землей, U – между жилами, Um – максимальное рабочее |
| Испытательное переменное напряжение, 50 Гц, 10 мин. | 30 кВ | Для готового кабеля после изготовления |
| Допустимая длительная температура жилы | +90°C | В нормальном режиме работы |
| Максимальная температура при КЗ (до 5 сек) | +250°C | Стойкость изоляции XLPE |
| Допустимая температура нагрева жилы при перегрузке | +130°C | Ограниченное время |
| Минимальная температура монтажа без предварительного подогрева | -15°C | |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | 15 x Dкаб | Dкаб – наружный диаметр кабеля |
| Сопротивление изоляции, не менее | 1000 МОм·км | При температуре +20°C |
Пожаробезопасные характеристики (нг(В)-LS)
Кабель соответствует требованиям пожарной безопасности категории В по нераспространению горения при групповой прокладке. Испытания проводятся по методу, имитирующему наихудшие условия: пучок кабелей монтируется на вертикальной или горизонтальной лотке, воздействие пламени от газовой горелки. Кабель марки нг(В) не должен распространять горение после удаления источника огня. Индекс LS гарантирует:
Это критически важно для прокладки в метро, тоннелях, многоэтажных зданиях, торговых центрах – объектах с массовым пребыванием людей.
Область применения и условия эксплуатации
Кабель ПвВнг(В)-LS 20 кВ 240 мм² предназначен для стационарной прокладки в электрических сетях на номинальное напряжение до 20 кВ. Основные сферы применения:
Условия эксплуатации: Прокладка без ограничения разности уровней по трассе. Допускается эксплуатация в помещениях и на открытом воздухе (при условии защиты от прямого солнечного излучения, так как УФ-излучение может деградировать ПВХ-оболочку). Не предназначен для прокладки в земле (траншеях) без дополнительной защиты (брони). Для агрессивных грунтов и условий с риском механических повреждений следует применять бронированные модификации – ПвВБбШвнг-LS или ПвПБбШвнг-LS.
Сравнение с аналогами и выбор
При выборе кабеля на напряжение 20 кВ необходимо учитывать альтернативные варианты:
| Марка кабеля | Ключевые отличия | Предпочтительная область применения |
|---|---|---|
| ПвВнг(В)-LS | Базовая модель с ПВХ-оболочкой нг-LS. Оптимальное сочетание цены и пожаробезопасности. | Внутренние и наружные электроустановки, туннели, коллекторы, где не требуется броня. |
| АПвВнг(В)-LS | Алюминиевая жила. Дешевле, легче, но большее удельное сопротивление, меньшая стойкость к циклическим нагрузкам. | Магистральные линии, где масса и стоимость являются определяющими факторами. |
| ПвПнг(В)-LS | Наружная оболочка из полиэтилена. Повышенная стойкость к влаге и УФ-излучению. | Открытая прокладка на эстакадах, в условиях повышенной влажности. |
| ПвВБбШвнг-LS | Бронированный кабель (стальные ленты) с ПВХ-шлангом. Высокая механическая защита. | Прокладка в земле (траншеях), в зонах с риском повреждения грызунами или при рытье. |
| Кабель с бумажно-пропитанной изоляцией (СБ, ЦСБ) | Устаревшая технология. Требует особого контроля за уровнем пропитки, ограничение по перепадам высот. | Реконструкция старых сетей, где требуется полная совместимость. |
Особенности монтажа и соединения
Монтаж кабеля 20 кВ требует высокой квалификации персонала и соблюдения технологий. Ключевые этапы:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем принципиально отличается изоляция из сшитого полиэтина (XLPE) от ПВХ или бумажно-пропитанной?
Сшитый полиэтиен (XLPE) обладает принципиально более высокими диэлектрическими и температурными характеристиками. По сравнению с ПВХ, он имеет меньшие диэлектрические потери, более высокое сопротивление изоляции и рабочую температуру (+90°C против +70°C). По сравнению с бумажно-пропитанной изоляцией, он не стареет из-за потери пропитки, не имеет ограничений по перепадам уровней, более легок и прост в монтаже. XLPE – современный стандарт для средневольтных кабелей.
Почему для кабеля 20 кВ так важна экранировка каждой жилы?
При напряжениях выше 6 кВ электрическое поле вокруг жилы становится настолько интенсивным, что может вызвать ионизацию воздуха в микротрещинах или на границе раздела материалов, приводя к частичным разрядам и постепенному разрушению изоляции (древесному эффекту). Система из внутреннего и внешнего полупроводящих экранов, совместно с медным экраном, создает идеально гладкое, коаксиальное поле, равномерно распределенное по толщине изоляции, полностью исключая возможность частичных разрядов в нормальном режиме работы.
Можно ли прокладывать кабель ПвВнг(В)-LS в земле (траншее)?
Нет, в стандартном исполнении – не рекомендуется. Отсутствие брони (стальных лент или проволок) делает его уязвимым к механическим повреждениям при осадке грунта, работах в траншее, воздействии грызунов. Для прямой прокладки в земле необходимо применять бронированные модификации, например, ПвВБбШвнг-LS, где есть броня из стальных лент и защитный ПВХ-шланг поверх нее.
Как правильно выбрать сечение медного экрана?
Сечение заземляющего (медного) экрана нормируется стандартами (например, ГОСТ 16442-80) и обычно составляет 16, 25 или 35 мм² для жилы 240 мм². Выбор зависит от ожидаемого тока короткого замыкания и времени его отключения защитой. Экран должен выдерживать тепловой импульс тока КЗ без повреждения. Точный расчет проводится на этапе проектирования сети. В большинстве типовых проектов для 20 кВ 240 мм² применяется экран 25 мм².
Что означает категория «нг(В)» и чем она отличается от «нг(А)»?
Категории «нг(А)», «нг(В)», «нг(С)», «нг(D)» определяют способность кабеля не распространять горение при групповой прокладке. Категория «А» – наивысшая: нераспространение горения при испытании в пламени мощностью 1,4 кВт. Категория «В» – испытание в пламени мощностью 1,0 кВт. Таким образом, «нг(А)» обеспечивает пожаробезопасность в более жестких условиях (например, при большем количестве кабелей в пучке или более мощном источнике возгорания), но и кабель этой категории, как правило, дороже. Для большинства объектов общего назначения достаточно категории В.
Каков срок службы кабеля ПвВнг(В)-LS 20 кВ?
Номинальный срок службы, заявленный производителями при соблюдении условий эксплуатации, транспортировки и монтажа, составляет не менее 30 лет. Фактический ресурс может быть больше и определяется стабильностью электрических нагрузок, отсутствием перегрузок, внешних механических воздействий и качеством выполненных соединений (муфт).
Заключение
Кабель ПвВнг(В)-LS 20 кВ 240 мм² является типовым и надежным решением для построения распределительных сетей среднего напряжения на объектах с повышенными требованиями к пожарной безопасности. Его конструкция на основе сшитого полиэтиена обеспечивает высокие электрические и эксплуатационные характеристики, а исполнение «нг-LS» минимизирует риски при возникновении пожара. Правильный выбор, монтаж и обслуживание данной кабельной продукции в соответствии с ПУЭ, ПТЭЭП и инструкциями производителей гарантируют долговечную и бесперебойную работу энергетической инфраструктуры.