Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-35 кВ, 4-жильные, сечением 70 мм²: конструкция, применение и технические аспекты

Силовые кабели с четырьмя жилами сечением 70 мм² представляют собой стандартизированное и широко распространенное решение для распределения электрической энергии в трехфазных сетях переменного тока с изолированной или глухозаземленной нейтралью. Номинальное напряжение для данного класса кабелей, как правило, составляет 6, 10, 20 или 35 кВ. Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) является доминирующей технологией, вытеснившей бумажно-масляную изоляцию благодаря превосходным электрическим и эксплуатационным характеристикам. Основное назначение 4-жильной конструкции – передача трех фаз и рабочего нулевого проводника (N) в системах TN-S, TN-C-S, где требуется отдельная жила для нейтрали.

Конструкция кабеля 4х70 мм²

Конструкция кабеля является многослойной и строго регламентируется национальными (ГОСТ, ТУ) и международными (МЭК, HD) стандартами. Каждый слой выполняет определенную функцию.

• Токопроводящая жила: Жилы сечением 70 мм² изготавливаются из медной или алюминиевой проволоки. Медные жилы обладают более высокой проводимостью, механической прочностью и стойкостью к окислению, но имеют большую стоимость. Алюминиевые – легче и дешевле, но требуют большего сечения для обеспечения той же токовой нагрузки и склонны к ползучести в контактных соединениях. Конструкция жилы может быть однопроволочной (монолитной) для жестких условий монтажа или многопроволочной (гибкой) для удобства укладки в трассах со сложной геометрией.
• Фазная изоляция: Каждая жила индивидуально изолируется слоем сшитого полиэтилена (XLPE) толщиной, соответствующей классу напряжения. Например, для кабеля на 10 кВ толщина изоляции составляет примерно 3,4 мм. Сшивка молекул полиэтилена повышает термическую стойкость материала до +90°C в длительном режиме и до +250°C при коротком замыкании.
• Экран по жилам: Поверх фазной изоляции накладывается экструдированный полупроводящий слой (экран). Он выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения и ионизацию.
• Поясная изоляция и заполнение: Изолированные и экранированные жилы скручиваются вместе. Пространство между ними заполняется промежуточным заполнителем из эластомера или ПВХ-пластиката для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
• Общий экран (экран по изоляции): Поверх скрученных жил накладывается общий экран в виде медной ленты, оплетки из медных проволок или их комбинации. Этот экран служит для защиты от внешних электромагнитных помех, является путем для тока утечки и, что критически важно, выполняет функцию проводника для тока однофазного короткого замыкания на землю.
• Разделительный слой: Представляет собой обмотку из полимерной пленки или нетканого материала, предохраняющую оболочку от контакта с экраном.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и солнечного излучения. Изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ) для общего применения, полиэтилена (PE) для повышенной стойкости к влаге и агрессивным средам или безгалогенных композиций (LSZH) для объектов с повышенными требованиями к пожарной безопасности (метро, тоннели, вокзалы).

Основные технические характеристики и параметры

Ключевые параметры для кабеля 4х70 мм² определяются его материалами и конструкцией. В таблице ниже приведены сравнительные данные для наиболее распространенных исполнений.

Параметр	Кабель с алюминиевыми жилами (АВВГ, АПвВГ)	Кабель с медными жилами (ВВГ, ПвВГ)	Примечания
Номинальное сечение жилы, мм²	70		По ГОСТ 22483
Количество и форма жил	4, секторные или круглые		Секторная форма оптимизирует заполнение диаметра кабеля
Номинальное напряжение, кВ	6, 10, 20, 35		Указывается как U0/U (Um), напр. 8.7/15 кВ
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп), А*	~165 А	~210 А	*Значения ориентировочные, зависят от условий прокладки (земля/воздух), температуры, марки кабеля. Для точного расчета необходимо использовать ПУЭ гл.1.3 или методики МЭК.
Сопротивление жилы постоянному току при +20°C, Ом/км	0.443	0.268	По ГОСТ 22483
Масса 1 км кабеля, кг	~3000 — 4000	~3500 — 5000	Зависит от конструкции, напряжения, материала оболочки
Минимальный радиус изгиба	15-20 наружных диаметров кабеля		Для многопроволочных жил радиус меньше, чем для однопроволочных

Области применения и схемы включения

Кабели 4х70 мм² на среднее напряжение применяются для создания кабельных линий от распределительных устройств подстанций 6-35/0.4 кВ до вводно-распределительных устройств (ВРУ) крупных зданий, промышленных цехов, жилых микрорайонов, центров обработки данных. Они используются для питания мощных электродвигателей, насосных и компрессорных станций, как вводные линии для трансформаторных подстанций. Четвертая жила (нейтраль) необходима в сетях, где нейтраль источника питания глухо заземлена, и требуется обеспечить проведение тока несимметрии и тока однофазного КЗ. В сетях с изолированной нейтралью (например, некоторые сети 6-10 кВ) четвертая жила может не использоваться по прямому назначению, но ее наличие предусмотрено стандартной конструкцией для унификации.

Расчет и выбор: ключевые аспекты

Выбор кабеля 4х70 мм² должен основываться на комплексном расчете, включающем:

• По допустимому току нагрузки (нагреву): Расчетный максимальный ток линии должен быть меньше I_доп с учетом поправочных коэффициентов: на температуру окружающей среды (воздуха или земли), на количество кабелей, проложенных вплотную в одной траншее или на лотке, на глубину прокладки в земле.
• По потере напряжения: Суммарные потери напряжения в линии от источника до наиболее удаленного потребителя не должны превышать значений, установленных ПУЭ (обычно ±5% в нормальном режиме).
• По термической стойкости к токам короткого замыкания (КЗ): Сечение должно быть проверено на устойчивость к тепловому воздействию тока КЗ за время его отключения защитой. Минимально допустимое сечение по термической стойкости (S_min) рассчитывается по формуле: S_min = (I_кз
• √t) / C, где I_кз – установившийся ток КЗ, t – время отключения, C – коэффициент, зависящий от материала жилы и изоляции.
• По условиям срабатывания защиты: Сопротивление петли «фаза-ноль» (для сетей до 1 кВ) или ток однофазного КЗ (для сетей выше 1 кВ) должны обеспечивать надежное и быстрое отключение поврежденного участка защитными аппаратами.
• По экономической плотности тока: Для линий с длительным режимом работы и большим количеством часов использования максимума нагрузки сечение может выбираться исходя из минимума приведенных затрат (капитальные вложения + стоимость потерь электроэнергии).

Монтаж, соединение и оконцевание

Прокладка кабелей 4х70 мм² осуществляется в кабельных каналах, лотках, тоннелях, по эстакадам, в земле (траншеях) с защитой от механических повреждений. При подземной прокладке обязательна песчаная подушка и защитная плита или сигнальная лента поверх кабеля. Радиус изгиба должен строго соблюдаться во избежание повреждения изоляции и экрана. Для соединения кабелей применяют кабельные муфты: соединительные (С), ответвительные (О) и концевые (К). Для кабелей с изоляцией из XLPE используются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. Критически важным этапом является правильная подготовка концов кабеля: ступенчатая зачистка изоляции с сохранением полупроводящего экрана, его заземление, установка изоляторов. Ошибки на этом этапе приводят к локальным перенапряжениям и пробою изоляции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями ВВГ и ПвВГ на 10 кВ 4х70?

ВВГ имеет изоляцию из поливинилхлорида (ПВХ) и предназначен для напряжений до 3 кВ. Для напряжений 6-35 кВ аналогом с ПВХ-изоляцией является кабель ВВГ. ПвВГ – это кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) в поливинилхлоридной оболочке. Кабель ПвВГ имеет более высокую допустимую температуру жилы в длительном режиме (+90°C против +70°C у ВВГ), большую стойкость к токам КЗ и лучшие диэлектрические характеристики, что делает его основным выбором для современных сетей среднего напряжения.

Когда выбирают кабель с алюминиевыми жилами, а когда с медными?

Алюминиевые кабели (АПвВГ) выбирают при ограниченном бюджете проекта, для линий с невысокой токовой нагрузкой, где их меньшая проводимость не является критичной, и при отсутствии сложных трасс с частыми изгибами. Медные кабели (ПвВГ) применяют при высоких токах нагрузки, в условиях агрессивной среды (где важна коррозионная стойкость), при сложном монтаже (гибкость), а также когда необходимо минимизировать потери электроэнергии и сечения кабельных каналов.

Как правильно выбрать сечение нулевой жилы (N) в кабеле 4х70? Всегда ли она равна фазной?

В стандартных силовых кабелях на напряжение до 35 кВ сечение четвертой (нулевой) жилы обычно равно сечению фазных жил (70 мм²). Однако в некоторых специфических случаях, например, для питания симметричной трехфазной нагрузки без высших гармоник, кратных трем, по нормам может допускаться применение кабелей с уменьшенным сечением нейтрали (например, 4х70/35, где нейтраль 35 мм²). Это должно быть строго обосновано расчетом токов несимметрии и гармоник.

Каковы особенности монтажа экрана кабеля 4х70 мм²?

Экран (оболочка) каждого кабеля должен быть надежно заземлен с двух сторон линии. Это необходимо для безопасности персонала (снятие потенциала) и корректной работы релейной защиты, реагирующей на токи однофазного КЗ. Заземление выполняется с помощью специальных заземляющих проводников, присоединяемых к экрану через лепестки на концевых муфтах или с помощью специальных заземляющих зажимов. Обрыв экрана или его одностороннее заземление (кроме специальных схем) недопустимо.

Как определить необходимую длину кабеля с учетом монтажа в муфтах?

При заказе кабеля необходимо добавлять технологический запас на каждую сторону для разделки и установки муфты. Для кабеля 4х70 мм² на 10 кВ запас на один конец составляет, как правило, от 1.5 до 2.5 метров в зависимости от типа применяемой концевой муфты (проходной или концевой заделки). Для соединительной муфты запас учитывается с двух сторон от точки соединения. Точные требования по длине разделки указываются в инструкции к конкретной муфте.

Заключение

Кабель 4х70 мм² на среднее напряжение является типовым и надежным элементом современных распределительных сетей. Его правильный выбор, основанный на точных расчетах токов нагрузки, КЗ и потерь напряжения, а также качественный монтаж с соблюдением всех технологических норм по разделке, заземлению экрана и установке муфт, являются залогом долговечной и безопасной эксплуатации кабельной линии на протяжении всего срока службы, который для кабелей с изоляцией XLPE превышает 30 лет. Постоянное развитие материалов (безгалогенные оболочки, супергладкие полупроводящие экраны) и технологий монтажа (холодная усадка) further повышает надежность и эффективность данных решений.