Кабели алюминиевые 35 кВ
Кабели силовые с алюминиевой жилой на напряжение 35 кВ: конструкция, применение и технические аспекты
Силовые кабели на напряжение 35 кВ с алюминиевыми токопроводящими жилами являются ключевым элементом в системах распределения электрической энергии среднего класса напряжения. Они применяются для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 35 кВ частотой 50 Гц. Основная сфера использования включает в себя магистральные линии от подстанций 35/10(6) кВ к городским и промышленным распределительным пунктам, питание крупных промышленных предприятий, объектов инфраструктуры, а также прокладку в кабельных коллекторах, туннелях и по эстакадам.
Конструктивные элементы кабеля 35 кВ
Конструкция кабеля на 35 кВ является многослойной и строго регламентированной, что обеспечивает высокую надежность и длительный срок службы в условиях значительных электрических и механических нагрузок.
1. Токопроводящая жила
Изготавливается из алюминия марки АВЕ (алюминий высокой электропроводности) по ГОСТ 22483. Для сечений от 50 мм² и выше, как правило, применяется секторная или сегментная форма для компактности. Стандартные сечения по ГОСТ и ТУ: 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500 мм². Жила может быть однопроволочной (для меньших сечений) или многопроволочной.
2. Экранирование жилы
На жилу накладывается экран в виде проводящего слоя (обычно из полупроводящей сшитой полиэтиленовой ленты или экструдированного полупроводящего полиэтилена). Это необходимо для выравнивания электрического поля вокруг жилы и предотвращения локальных концентраций напряженности, которые могут привести к пробою изоляции.
3. Изоляция
Основной изоляционный слой. В современных кабелях 35 кВ повсеместно применяется сшитый полиэтилен (XLPE — Cross-Linked Polyethylene). Данный материал обладает высокой электрической прочностью, термостойкостью (допустимая температура жилы до 90°С в длительном режиме и до 250°С при КЗ), стойкостью к термоциклированию и влаге. Толщина изоляции строго нормирована и зависит от номинального напряжения.
4. Экранирование изоляции
Состоит из двух элементов: полупроводящего слоя и металлического экрана. Полупроводящей слой, контактирующий с изоляцией, выравнивает внешнее поле. Металлический экран выполняется из медных или алюминиевых лент, гофрированных труб или проволок. Его функции: защита от внешних электромагнитных влияний, замыкание токов утечки при повреждении, а также использование в качестве нулевой жилы в сетях с изолированной нейтралью или жилы для защитного заземления.
5. Заполнитель и поясная изоляция
В трехжильных кабелях пространство между изолированными жилами и внешним экраном заполняется термопластичным материалом или жгутами для придания кабелю круглой формы. Поверх заполнителя может накладываться поясная изоляция (обычно из ПВХ или полиэтилена).
6. Оболочка
Внешний защитный слой, предохраняющий кабель от механических повреждений, влаги и агрессивных сред. Для кабелей 35 кВ чаще всего применяется оболочка из полиэтилена (PE) высокой плотности, обладающая высокой стойкостью к растрескиванию и УФ-излучению, или из поливинилхлорида (ПВХ). Для кабелей, предназначенных для прокладки в грунтах с высокой коррозионной активностью, используется оболочка из полиэтилена.
Маркировка и типы кабелей
Маркировка кабелей осуществляется в соответствии с единой системой обозначений. Основные марки кабелей 35 кВ с алюминиевой жилой:
- АПвП – Кабель с алюминиевой жилой, изоляцией из сшитого полиэтилена, в оболочке из полиэтилена. Наиболее распространенный тип для прокладки в земле (траншеях) и кабельных сооружениях.
- АПвПу – То же, что АПвП, но с усиленной гидроизоляцией (обычно с продольной герметизацией экрана), для прокладки в грунтах с высокой влажностью.
- АПвВ – Кабель с алюминиевой жилой, изоляцией из сшитого полиэтилена, в оболочке из поливинилхлорида. Применяется для прокладки в воздухе (по фасадам, эстакадам), в кабельных сооружениях.
- АПвЭ – Кабель с алюминиевой жилой, изоляцией из сшитого полиэтилена, с экраном из медных проволок, в полиэтиленовой оболочке.
- Минимальный радиус изгиба: Для кабелей с изоляцией из СПЭ составляет, как правило, 15-20 наружных диаметров кабеля при прокладке и 10-12 диаметров после монтажа.
- Диапазон рабочих температур: От -50°С до +50°С для монтажа и эксплуатации. Допустимая температура нагрева жилы: +90°С в длительном режиме, +130°С при перегрузке, +250°С в режиме короткого замыкания (не более 4 секунд).
- Стойкость к короткому замыканию: Кабели с алюминиевой жилой и изоляцией из СПЭ выдерживают токи КЗ высокой плотности благодаря термической стабильности сшитого полиэтилена.
- Преимущества алюминиевых кабелей: Значительно меньшая стоимость (в 2-3 раза) и масса (примерно в 2 раза легче), что снижает затраты на материал, транспортировку и монтаж. Устойчивость к коррозии (образуется защитная оксидная пленка).
- Недостатки алюминиевых кабелей: Меньшая электропроводность (удельное сопротивление алюминия примерно в 1.62 раза выше, чем у меди). Для обеспечения одинаковой токовой нагрузки сечение алюминиевой жилы должно быть примерно на 60% больше, чем медной. Алюминий более подвержен ползучести (холодной текучести), что требует применения специальных концевых зажимов и соблюдения моментов затяжки. Более хрупкий по сравнению с медью, требует аккуратного обращения при монтаже.
- Прокладка: Допускается прокладка в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях, по эстакадам и внутри помещений. При прокладке в земле обязательна песчаная подушка, защита кирпичом или сигнальной лентой, составление исполнительных схем.
- Соединение и оконцевание: Для соединения жил применяются соединительные муфты (СтП), для присоединения к оборудованию – концевые муфты (КНТп, КНТпР). Критически важно использовать специализированный инструмент для зачистки полупроводящих слоев и качественные комплектующие. Контактные поверхности алюминиевых жил должны быть очищены и покрыты токопроводящей пастой для предотвращения окисления.
- Испытания: После монтажа кабельные линии 35 кВ подвергаются высоковольтным испытаниям выпрямленным напряжением 85 кВ в течение 10 минут. Обязательно измерение сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции.
Ключевые технические характеристики
Электрические параметры
Основные электрические параметры регламентируются ГОСТ 18410-73, ГОСТ 16442-80 (для старых марок с бумажной изоляцией) и техническими условиями на кабели с изоляцией из СПЭ.
| Сечение жилы, мм² | Длительно допустимый ток, А |
|---|---|
| 50 | 190 |
| 70 | 235 |
| 95 | 285 |
| 120 | 330 |
| 150 | 375 |
| 185 | 425 |
| 240 | 500 |
| 300 | 570 |
| 400 | 670 |
Примечание: Токовые нагрузки являются справочными. Фактические значения должны определяться расчетом с учетом конкретных условий прокладки (температура грунта/воздуха, количество кабелей в траншее, тепловое сопротивление среды и др.) согласно ПУЭ и методическим указаниям.
Механические и климатические характеристики
Сравнение с кабелями с медной жилой
Выбор между алюминиевым (АПвП) и медным (ПвП) кабелем 35 кВ основывается на технико-экономическом расчете.
Особенности монтажа и эксплуатации
Монтаж кабелей 35 кВ требует высокой квалификации персонала и соблюдения строгих правил.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: В чем основное отличие кабелей марок АПвП и АПвВ?
Основное отличие – в материале внешней оболочки. АПвП имеет оболочку из полиэтилена (П), что обеспечивает высокую стойкость к влаге и агрессивным грунтам, но полиэтилен менее устойчив к ультрафиолету. АПвВ имеет оболочку из поливинилхлорида (В), который лучше противостоит УФ-излучению и распространению пламени, но может выделять коррозионно-активные газы при горении. АПвП чаще используется для прокладки в земле, АПвВ – для прокладки на воздухе и в помещениях.
Вопрос 2: Можно ли использовать алюминиевый кабель 35 кВ для прокладки по фасаду здания?
Да, для этого следует выбирать кабель с оболочкой, стойкой к ультрафиолетовому излучению, например, АПвВ или АПвП с УФ-стабилизированным полиэтиленом. Необходимо обеспечить надежное крепление кабеля с учетом его температурного расширения и минимальных радиусов изгиба.
Вопрос 3: Как правильно выбрать сечение алюминиевого кабеля 35 кВ?
Выбор сечения производится по трем основным критериям в следующем порядке: 1) По длительно допустимому току нагрузки (нагрев) с учетом всех поправочных коэффициентов на условия прокладки. 2) По потере напряжения (должна быть в пределах норм ПУЭ). 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания. Окончательное сечение принимается по наибольшему значению, полученному при расчете по этим условиям.
Вопрос 4: Каков типичный срок службы кабеля АПвП 35 кВ?
Номинальный срок службы кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, включая АПвП 35 кВ, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может быть больше и зависит от соблюдения условий прокладки, режимов нагрузки, качества монтажа и условий окружающей среды.
Вопрос 5: Обязательно ли использовать кабели с продольной герметизацией (АПвПу) для прокладки в грунте?
Использование кабелей с продольной герметизацией (например, с заполнением экрана водоотталкивающим гелем) является крайне рекомендуемой мерой при прокладке в грунтах с высоким уровнем грунтовых вод, в болотистой местности или при риске повреждения оболочки. Это предотвращает продольное распространение влаги вдоль кабеля в случае точечного повреждения оболочки, что значительно повышает надежность линии и упрощает ремонт.
Заключение
Кабели 35 кВ с алюминиевой токопроводящей жилой и изоляцией из сшитого полиэтилена представляют собой современное, технологичное и экономически эффективное решение для построения распределительных сетей среднего напряжения. Их применение позволяет существенно снизить капитальные затраты на создание кабельных линий без существенного ущерба для надежности. Ключевыми факторами успешной эксплуатации являются правильный выбор марки и сечения кабеля, строгое соблюдение технологий монтажа, соединения и испытаний, а также учет специфических свойств алюминия как проводникового материала. Постоянное совершенствование материалов (полупроводящих экранов, оболочек) и конструкций направлено на повышение долговечности и эксплуатационной стойкости данных изделий в сложных условиях.