Кабели 10 кВ 3 жилы сечением 120

Кабели силовые на напряжение 10 кВ с тремя жилами сечением 120 мм²: конструкция, применение и технические аспекты

Кабели силовые на напряжение 10 кВ с тремя токопроводящими жилами сечением 120 мм² представляют собой ключевой элемент в системах распределения электроэнергии среднего класса напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 6/10 кВ (между жилами/относительно земли) частотой 50 Гц. Сечение 120 мм² является одним из наиболее востребованных в диапазоне средних сечений (от 70 до 150 мм²), обеспечивая оптимальный баланс между пропускной способностью, механическими характеристиками, стоимостью и удобством монтажа.

Конструкция кабеля 10 кВ 3х120 мм²

Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную электрическую, механическую или защитную функцию. Стандартная компоновка, соответствующая ГОСТ 31996-2012 и международным стандартам (МЭК 60502-2), выглядит следующим образом (от центра к периферии):

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки. Для сечения 120 мм² жила, как правило, секторной или сегментной формы (для компактности), реже – круглой. Медная жила обеспечивает более высокую проводимость, механическую стойкость и надежность контактных соединений, алюминиевая – меньшую массу и стоимость.
• Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, СПЭ): Полупроводящей слой, наложенный экструзией поверх жилы. Выравнивает распределение электрического поля, устраняя микроскопические неровности и предотвращая локальные перенапряжения в изоляции.
• Изоляция: Основной барьер, определяющий класс напряжения. В современных кабелях 10 кВ применяется два основных типа:
  • Сшитый полиэтилен (СПЭ, XLPE): Наиболее распространенный материал. Обладает высокой электрической прочностью, термостойкостью (допустимая температура жилы до +90°C в продолжительном режиме), стойкостью к влаге и химическим воздействиям.
  • Бумажная пропитанная изоляция (БПИ): Традиционная изоляция, где бумажная лента пропитывается вязким или нестекающим составом. Требует герметичной оболочки для защиты пропитки. Имеет более низкий допустимый температурный предел (обычно +70°C).
• Экран по изоляции (для кабелей СПЭ): Второй обязательный полупроводящий слой. Вместе с экраном по жиле формирует коаксиальную систему, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции. Выполняется из сшитого полупроводящего полиэтилена.
• Поясная изоляция (для кабелей БПИ): В кабелях с бумажной изоляцией поверх изолированных жил накладываются бумажные поясные изоляционные ленты.
• Заполнитель: Пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из пластиката ПВХ, резиновой смеси или специальными нитями для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
• Экран (металлическая оболочка): Общий экран для всех трех жил. Выполняет несколько функций: защита от внешних электромагнитных помех, симметрирование электрического поля, обеспечение пути для тока короткого замыкания. Может быть выполнен в виде:
  • Медная лента (гофрированная или гладкая).
  • Медные проволоки, наложенные поверх поясной изоляции.
  • Свинцовая или алюминиевая оболочка (в кабелях БПИ и некоторых старых конструкциях СПЭ).
• Разделительный слой: Защитная лента или обмотка, предохраняющая металлический экран от контакта с внешней оболочкой.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и солнечного излучения. Выполняется из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ), полиэтилена (ПЭ) или безгалогенных композиций (при требовании к пониженной дымо- и газовыделению).

Основные типы и марки кабелей

В зависимости от материалов и конструкции, кабели 10 кВ 3х120 мм² имеют различные маркировки. Наиболее распространенные марки в РФ и странах СНГ:

• АПвПу, АПвВ, АПвП: Кабель с алюминиевой (А) жилой, изоляцией из сшитого полиэтилена (Пв), в оболочке из полиэтилена (Пу), поливинилхлорида (В) или полимерной (П). Буква «у» в конце может обозначать усиленную защитную оболочку.
• ПвПу, ПвВ, ПвП: Аналогичные кабели, но с медной жилой (отсутствие буквы «А» в начале марки по ГОСТу означает медь).
• ААБл, ААШв, ААПл: Кабели с алюминиевой жилой (А), бумажной пропитанной изоляцией (А), алюминиевой (А) или свинцовой (С) оболочкой, с защитными покровами (Бл – броня из стальных лент, Шв – защитный шланг из ПВХ).
• ЦААБл, ЦААШв: То же, что ААБл/ААШв, но с бумажной изоляцией, пропитанной нестекающим составом (Ц).

Технические характеристики и параметры

Ключевые технические параметры для кабеля 10 кВ 3х120 мм² с изоляцией из СПЭ (на примере ПвПу 3х120):

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 6/10 кВ (12 кВ).
• Сечение и количество жил: 3 жилы, номинальное сечение 120 мм².
• Максимально допустимая температура жилы:
  • в продолжительном режиме: +90°C
  • при коротком замыкании (до 5 сек): +250°C
  • при перегрузке: +130°C
• Допустимый длительный ток нагрузки (I_доп): Зависит от условий прокладки. Для прокладки в земле (траншее) при температуре грунта +15°C и удельном тепловом сопротивлении 1.2 К·м/Вт:
  

  Материал жилы	Iдоп (в земле), А	Iдоп (в воздухе), А
  Медь	355 — 375	310 — 330
  Алюминий	275 — 290	240 — 255

• Сопротивление жилы постоянному току при +20°C:
  • Медь: не более 0.153 Ом/км
  • Алюминий: не более 0.258 Ом/км
• Индуктивное сопротивление: Приблизительно 0.11 — 0.13 Ом/км (зависит от конструкции и расстояния между жилами).
• Емкостной ток: Около 1.5 — 2.0 А/км.
• Минимальный радиус изгиба при монтаже: 15-20 наружных диаметров кабеля (для СПЭ-кабелей обычно 500-700 мм).
• Масса 1 км кабеля:
  • Медь/СПЭ/ПЭ: ~4500 — 5500 кг
  • Алюминий/СПЭ/ПЭ: ~3000 — 3500 кг

Области применения и способы прокладки

Кабели данного типа применяются для создания и модернизации кабельных линий электропередачи в сетях 6-10 кВ:

• Питание районных и городских распределительных подстанций и трансформаторных пунктов.
• Вводы и распределение энергии на промышленных предприятиях, в шахтах, на нефтехимических объектах.
• Прокладка в кабельных коллекторах, туннелях, по эстакадам и в производственных помещениях.
• Устройство ответвлений от воздушных линий (ВЛ) к потребителям.

Способы прокладки:

• В земле (траншее): Наиболее распространенный способ. Требует песчаной подушки, защиты кирпичом или плитами от механических повреждений, сигнальной ленты. Глубина прокладки – не менее 0.7-1.0 м.
• В кабельных сооружениях: В лотках, коробах, на полках в туннелях и коллекторах. Требуется соблюдение правил противопожарной безопасности, использование огнестойких покрытий или кабелей с оболочкой из пониженной горючести.
• В воздухе: По стенам зданий, конструкциям, с использованием тросовых растяжек. Необходима защита от солнечного излучения (оболочка из светостабилизированного полиэтилена) и механических воздействий.

Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабелей 10 кВ требует высокой квалификации персонала. Ключевые этапы:

1. Раскатка: Осуществляется с помощью механизмов, предотвращающих повреждение оболочки. Строго контролируется минимальный радиус изгиба.
2. Установка концевых муфт (заделок): Для соединения кабеля с оборудованием (ячейкой КРУ, трансформатором) применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. Процесс включает послойное восстановление экранов, изоляции и установку изоляционного колпака. Для кабелей БПИ используются мастиконаполненные муфты.
3. Установка соединительных муфт: Для сращивания двух отрезков кабеля. Конструктивно сложнее концевых, так как требует соединения жил (с помощью опрессовки или сварки) и полной реконструкции электрического поля в зоне стыка.
4. Испытания после монтажа: Обязательным этапом является проведение высоковольтных испытаний выпрямленным напряжением (по нормам ПУЭ) для проверки целостности изоляции и качества монтажа муфт.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается кабель с изоляцией СПЭ от кабеля с изоляцией БПИ?

Кабель СПЭ (XLPE) имеет более высокую допустимую температуру эксплуатации (+90°C против +70°C у БПИ), меньший вес, не содержит жидкой пропитки, что упрощает монтаж и позволяет прокладывать на вертикальных участках без ограничений. Он также обладает лучшими диэлектрическими характеристиками и не требует сложных концевых разделок с фарфоровыми изоляторами. Кабель БПИ, как правило, дешевле, но требует герметичных свинцовых или алюминиевых оболочек и специальных муфт для монтажа.

Какой кабель выбрать: с медной или алюминиевой жилой?

Выбор зависит от технико-экономического расчета. Медь обеспечивает на 30% большую пропускную способность при том же сечении, более высокую стойкость к электродинамическим усилиям при КЗ, лучшую коррозионную стойкость и надежность контактов в муфтах. Алюминий легче и значительно дешевле. При равной допустимой нагрузке алюминиевая жила будет иметь большее сечение, но кабель в целом останется экономически более выгодным.

Что означает маркировка «ПвПу 3х120»?

«П» – изоляция из сшитого полиэтилена (в старой маркировке «П» означала полиэтилен, сейчас для СПЭ используется «Пв»). «в» – наличие экрана по изоляции из вулканизированного полиэтилена. «Пу» – наружная оболочка из полиэтилена усиленного типа. «3х120» – три жилы сечением 120 мм² каждая. Отсутствие буквы «А» в начале указывает на медный материал жилы.

Как рассчитать потери напряжения в линии из кабеля 10 кВ 3х120 мм² длиной 2 км при нагрузке 200 А?

Для упрощенного расчета используется формула: ΔU = √3 I L (Rcosφ + Xsinφ), где I=200 А, L=2 км, R – активное сопротивление жилы на км (для меди ~0.153 Ом/км), X – индуктивное сопротивление (~0.12 Ом/км). При cosφ=0.95: ΔU = 1.73 200 2 (0.1530.95 + 0.120.31) ≈ 1.73 200 2 (0.145 + 0.037) ≈ 1.73 200 2 0.182 ≈ 126 В. Это составляет 1.26% от 10 кВ, что является допустимым значением.

Требуется ли заземление экранов кабелей 10 кВ, и если да, то как это правильно делать?

Да, металлические экраны (оболочки) кабелей 10 кВ подлежат обязательному заземлению с двух концов для обеспечения безопасности и протекания токов короткого замыкания. В случае большой длины линии (обычно более 1-2 км) для снижения потерь и предотвращения нагрева может применяться заземление с одной стороны и установка защитного устройства (ограничителя перенапряжений) с другой, либо поперечное соединение экранов и заземление в нескольких точках по трассе согласно проекту.

Каков срок службы такого кабеля и от чего он зависит?

Номинальный срок службы кабеля 10 кВ с изоляцией из СПЭ составляет 30-40 лет, с изоляцией БПИ – 30 лет. Фактический срок зависит от условий эксплуатации: соблюдения температурных режимов, отсутствия перегрузок, коррозионной агрессивности среды, механических повреждений, качества монтажа муфт и правильности проведенных высоковольтных испытаний.

Заключение

Кабель 10 кВ 3х120 мм² является технически сложным и высоконадежным изделием, выбор и эксплуатация которого требуют учета множества факторов: от материала жилы и изоляции до способа прокладки и условий окружающей среды. Современные тенденции однозначно смещаются в сторону кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) благодаря их превосходным эксплуатационным характеристикам. Правильный монтаж, включающий квалифицированную установку муфт и проведение приемо-сдаточных испытаний, является критически важным для обеспечения долговечности и безотказной работы кабельной линии на протяжении всего ее жизненного цикла.