Кабели 10кВ в пластмассовой изоляции

Кабели на напряжение 10 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, типы, применение и стандарты

Кабели на напряжение 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE) и, в меньшей степени, из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена (ПЭ), являются основой современных распределительных сетей среднего напряжения. Они практически полностью вытеснили бумажно-масляные кабели в новых проектах благодаря превосходным эксплуатационным и монтажным характеристикам. Данная статья представляет собой детальный технический обзор данной продукции.

1. Конструкция кабеля 10 кВ

Конструкция силового кабеля 10 кВ является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Типовая конструкция включает следующие элементы:

• Токопроводящая жила: Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Может быть однопроволочной (монолитной) для сечений до 240-300 мм² или многопроволочной (скрученной из отдельных проволок) для большей гибкости и больших сечений. Форма жилы — круглая или секторная (для уменьшения общего диаметра кабеля).
• Экран по жиле (полупроводящей экран): Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей ленты. Его ключевая задача — выравнивание электрического поля и предотвращение локальных концентраций напряженности на микронеровностях жилы, что приводит к частичным разрядам и деградации изоляции.
• Изоляция: Основной слой, определяющий класс напряжения кабеля. Для 10 кВ используется исключительно сшитый полиэтилен (XLPE) с номинальной толщиной, регламентированной стандартами (например, 4,5 мм по ГОСТ 31996-2012 или 5,5 мм по МЭК 60502-2). Процесс сшивания (вулканизации) молекул полиэтилена придает материалу высокую температурную стойкость (до 90°C в продолжительном режиме и до 250°C при КЗ) и стойкость к тепловому пробою.
• Экран по изоляции (полупроводящей экран): Аналогичный слой, наносимый поверх основной изоляции. Замыкает силовые линии электрического поля внутри изоляционного слоя. Вместе с экраном по жиле образует коаксиальную систему, обеспечивающую радиальное распределение электрического поля.
• Поясная изоляция: В кабелях на 10 кВ, как правило, не применяется. Характерна для кабелей более высоких классов напряжения (35 кВ и выше).
• Металлический экран (заземляющий): Выполняет несколько функций: защита от электромагнитных помех, замыкание токов утечки (емкостных токов) при нормальной работе, а также проведение токов короткого замыкания на землю. Выполняется в виде:
  • Медной или алюминиевой гофрированной ленты (гофроленты).
  • Медных проволок, спирально наложенных поверх экрана по изоляции.
  • Комбинации медных проволок и медной ленты (комбинированный экран).
• Заполнитель и поясная оболочка: В трехжильных кабелях пространство между изолированными жилами заполняется эластичным материалом (например, резиновой смесью или ПВХ пониженной горючести) для придания кабелю круглой формы. Поверх заполнителя и металлического экрана может накладываться поясная оболочка из ПВХ или полиэтилена для скрепления конструкции.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, влаги, химических веществ и других внешних воздействий. Изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (ПЭ) или, для специальных применений, из полимеров без галогенов (LSZH, OHSS). Цвет оболочки, как правило, черный.

2. Классификация и маркировка

Кабели 10 кВ классифицируются по нескольким ключевым признакам, что отражается в их буквенно-цифровой маркировке (по ГОСТ и ТУ).

2.1. По материалу жилы:

• А — алюминиевая (например, АПвВнг).
• Отсутствие буквы «А» или буква «М» в начале — медная (например, ПвВнг или МПвВнг).

2.2. По материалу изоляции (ключевой признак):

• Пв — изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE).
• В — изоляция из поливинилхлорида (ПВХ). Используется реже для 10 кВ из-за худших диэлектрических и температурных характеристик.

2.3. По типу защитного экрана:

• Э — экран в виде медных проволок и медной ленты (часто опускается в маркировке, так как кабели 10 кВ всегда экранированы).

2.4. По материалу и свойствам внешней оболочки:

• В — оболочка из ПВХ.
• Шв — оболочка из выпрессованного (экструдированного) полиэтилена.
• нг(A), нг(B), нг(C), нг(D) — не распространяющие горение по категориям пожарной опасности (с пониженным выделением дыма и газа).
• LS (Low Smoke) — с пониженным дымовыделением.
• HF (Halogen Free), FRLS — безгалогенные, с низким дымовыделением и низкой токсичностью продуктов горения.

2.5. По конструктивному исполнению:

• Одножильные: Каждая жила имеет полный комплект изоляции, экранов и оболочки. Применяются для прокладки в трехфазных системах, где жилы могут быть уложены в треугольник или плоскость.
• Трехжильные: Три изолированные и экранированные жилы объединены общей оболочкой. Наиболее распространенный тип для распределительных сетей.

Пример маркировки: АПвВнг(А)-10 3х120/70 — Кабель с алюминиевыми жилами, с изоляцией из сшитого полиэтилена, в оболочке из ПВХ пониженной пожарной опасности категории А, на напряжение 10 кВ, трехжильный, сечение жил 120 мм², сечение нулевой жилы (если есть) 70 мм².

3. Сравнительные характеристики изоляционных материалов (XLPE vs ПВХ)

Таблица 1: Сравнение изоляции из СПЭ (XLPE) и ПВХ для кабелей 10 кВ

Параметр	Сшитый полиэтилен (XLPE, Пв)	Поливинилхлорид (ПВХ, В)
Максимальная допустимая температура жилы (длительно)	+90°C	+70°C
Температура при коротком замыкании (до 5 сек)	+250°C	+160°C
Температура монтажа (без предварительного подогрева)	Не ниже -20°C	Не ниже -15°C
Допустимый нагрев при перегрузке	Выше (до 130°C)	Ниже
Диэлектрические потери (tg δ)	Очень низкие (0,0005-0,001)	Высокие (0,05-0,1)
Емкость	Ниже	Выше
Стойкость к влаге и деревнеобразованию	Высокая	Низкая (гигроскопичность изоляции)
Механическая прочность	Высокая	Средняя
Радиус изгиба при монтаже	Минимально 10-15 диаметров кабеля	Минимально 10 диаметров кабеля
Основная сфера применения на 10 кВ	Основная и единственно рекомендуемая для новых проектов	Ограниченная, в основном для замены старых сетей или специальных условий

4. Области применения и способы прокладки

Кабели 10 кВ с изоляцией XLPE применяются для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках:

• Вводы и распределительные сети городской и промышленной инфраструктуры (кабельные линии от ТП/РП к зданиям).
• Питание крупных промышленных предприятий, насосных станций, объектов ЖКХ.
• Прокладка в кабельных сооружениях (коллекторах, туннелях, каналах, эстакадах).
• Прокладка в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений (броневыми лентами или плитами). Для этого используют кабели с усиленной защитной оболочкой или броней (например, АПвБбШп — с броней из стальных оцинкованных лент).
• Прокладка по воздуху (по фасадам, на тросах) с учетом защиты от УФ-излучения (оболочка из светостабилизированного полиэтилена).

5. Ключевые стандарты и технические требования

Производство и испытание кабелей регламентируется национальными и международными стандартами:

• ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ». Распространяется и на кабели 6, 10, 20, 35 кВ. Определяет основные технические условия, конструктивные параметры, требования к материалам и приемо-сдаточные испытания.
• МЭК 60502-2 (IEC 60502-2) Международный стандарт для кабелей на напряжение от 6 кВ до 30 кВ.
• ТУ 16.К71-335-2004 и другие технические условия конкретных производителей.

Обязательные испытания включают:

• Испытание повышенным напряжением переменного тока частотой 50 Гц (для кабелей 10 кВ — 30 кВ в течение 10 минут) или постоянного напряжения (для послеремонтных испытаний).
• Измерение сопротивления изоляции.
• Измерение параметров металлического экрана (сопротивление, индуктивность).
• Контроль толщины изоляции и оболочки.

6. Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабелей 10 кВ требует специальной квалификации персонала и соблюдения строгих правил:

• Радиус изгиба: Не менее 15-20 наружных диаметров кабеля во время прокладки для предотвращения повреждения изоляции и экранов.
• Раскрой конца кабеля (заделка): Требует точного послойного снятия изоляции и экранов с соблюдением длин для установки кабельной арматуры. Необходима тщательная очистка полупроводящих экранов.
• Соединение и ответвление: Осуществляется с помощью специальных соединительных и ответвительных муфт (стержневых, наборных или термоусаживаемых). Муфта должна обеспечивать непрерывность токоведущей жилы, электрическую прочность изоляции, экранирование и механическую защиту.
• Заземление: Металлические экраны (броня) кабеля с двух сторон должны быть надежно заземлены для безопасности и нормальной работы защит. В трехжильных кабелях экраны часто соединяются и заземляются на обоих концах, что приводит к циркулирующим токам. В длинных линиях может применяться поперечное заземление или установка защитных аппаратов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В1: Почему для 10 кВ используется именно сшитый полиэтилен, а не обычный ПВХ или ПЭ?

Обычный термопластичный полиэтилен (ПЭ) и ПВХ имеют низкую допустимую рабочую температуру (70°C) и склонны к размягчению и тепловому пробою. Процесс химической или радиационной сшивки создает трехмерную сетку молекул, резко повышающую термическую стабильность (до 90°C длительно и 250°C при КЗ), механическую прочность и стойкость к растрескиванию. Это критически важно для надежной работы на среднем напряжении.

В2: Как правильно выбрать сечение кабеля 10 кВ?

Выбор сечения осуществляется по следующим критериям в совокупности:

• По допустимому длительному току нагрузки (по таблицам ПУЭ, с учетом способа прокладки, температуры грунта/воздуха и количества работающих кабелей в пучке).
• По потере напряжения (должна быть в пределах нормы для данного участка сети).
• По термической стойкости к токам короткого замыкания (проверка, что кабель выдержит расчетный ток КЗ за время его отключения).
• По экономической плотности тока (для оптимизации капитальных и эксплуатационных затрат).

В3: Можно ли прокладывать кабель 10 кВ с изоляцией XLPE в земле без дополнительной защиты?

Кабели в обычной ПВХ/ПЭ оболочке без брони (например, АПвВг) предназначены для прокладки в кабельных сооружениях, а не непосредственно в земле. Для прокладки в траншеях необходимо применять кабели с броневой защитой из стальных оцинкованных лент (например, АПвБбШв, АПвБбШп) или укладывать кабель в асбоцементных/полимерных трубах или лотках, обеспечивающих защиту от механических повреждений при раскопках и давления грунта.

В4: Что означают буквы «нг(А)» в маркировке и обязательно ли их требовать?

Обозначение «нг(А)» означает, что кабель не распространяет горение при групповой прокладке по категории «А» — это наивысшая требование по нераспространению горения (потеря длины испытуемого образца не более 1.5 м). Требование является обязательным при прокладке кабелей внутри зданий, в коллекторах, туннелях и на электростанциях согласно ПУЭ и Федеральному закону № 123-ФЗ (Технический регламент о требованиях пожарной безопасности). Для одиночной прокладки в земле это требование может не быть критичным.

В5: Почему при испытании кабеля 10 кВ после монтажа используют постоянное, а не переменное напряжение?

Испытание повышенным постоянным напряжением (например, 60 кВ для кабеля 10 кВ) требует менее громоздкого и мощного оборудования по сравнению с установкой переменного тока 50 Гц (требовалось бы 30 кВ*емкостной ток). Однако метод имеет недостаток: распределение напряжения по толщине изоляции при постоянном токе зависит от сопротивлений слоев, а не от диэлектрической проницаемости, что может маскировать некоторые дефекты. Поэтому приемо-сдаточные испытания на заводе-изготовителе всегда проводят переменным напряжением, а на трассе после монтажа — преимущественно постоянным.

В6: Как бороться с деревнеобразованием в кабелях 10 кВ?

Деревнеобразование (электрические деревья) — это микроскопические каналы деградации в полимерной изоляции, вызванные локальными высокими напряженностями электрического поля и наличием влаги или примесей. Борьба с ними ведется на стадии производства:

• Использование сверхчистого сырья (полиэтилена) и технологий, исключающих попадание микрочастиц.
• Применение трехслойной совместной экструзии изоляции («тройной экструзии»): на жилу сразу наносятся слой полупроводящего экрана, слой изоляции XLPE и слой полупроводящего экрана. Это исключает воздушные включения и загрязнения на границах слоев.
• Контроль гладкости поверхности полупроводящих экранов.

Кабели, произведенные по современной технологии тройной экструзии, имеют гарантированно высокую стойкость к деревнеобразованию.

Заключение

Кабели на напряжение 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена представляют собой технологически зрелый и надежный продукт, соответствующий современным требованиям к распределительным сетям. Их превосходные электрические и термические характеристики, долговечность (срок службы до 30-40 лет) и относительная простота монтажа обусловили их доминирующее положение на рынке. Правильный выбор марки кабеля в зависимости от условий прокладки (броня, негорючесть оболочки), соблюдение норм монтажа и качество установки соединительной арматуры являются ключевыми факторами для создания надежной и безопасной кабельной линии на десятилетия.