Кабели алюминиевые силовые 10 кВ с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые алюминиевые на напряжение 10 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты

Силовые кабели на напряжение 10 кВ с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они пришли на смену кабелям с бумажно-масляной изоляцией и активно конкурируют с кабелями в сшитом полиэтилене (СПЭ) в определенных сегментах рынка, предлагая баланс стоимости, надежности и простоты монтажа. Основными типами изоляции в данном классе являются поливинилхлорид (ПВХ) и полиэтилен (ПЭ), включая сшитый полиэтилен, который, хотя и является пластмассой, часто выделяют в отдельную категорию из-за принципиально иных свойств. В данной статье рассматриваются кабели с изоляцией из термопластичных материалов (ПВХ, ПЭ).

Конструкция кабеля

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

• Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия марки АВЕ (алюминий, вакуумная плавка, экструдированный) или аналогичной, круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма позволяет уменьшить общий диаметр кабеля и экономить материалы оболочек. Жилы могут быть однопроволочными (монолитными) для сечений до 240-300 мм² и многопроволочными (скрученными из отдельных проволок) для больших сечений и повышенной гибкости.
• Экран на жиле (для кабелей с изоляцией из ПЭ): В кабелях на 10 кВ с полиэтиленовой изоляцией обязательным элементом является экран по жиле в виде проводящего слоя. Обычно это экструдированный слой полупроводящего (электропроводящего) сшитого полиэтилена или наложенная поверх изоляции медная или алюминиевая лента в сочетании с полупроводящей лентой. Он выравнивает электрическое поле вокруг жилы, устраняя локальные концентрации напряженности.
• Изоляция: Основной диэлектрический барьер. Для кабелей данного класса применяется:
  • Поливинилхлорид (ПВВ/ПВХ): Термопластичный материал, стойкий к химическим воздействиям, не распространяющий горение. Имеет более высокие диэлектрические потери по сравнению с полиэтиленом, что ограничивает его применение на более высоких напряжениях и в сетях с высокими требованиями к потерям.
  • Полиэтилен (ПЭ): Термопластичный полиэтилен высокой или средней плотности (ПВП/ПСП). Обладает лучшими, чем у ПВХ, диэлектрическими характеристиками (низкой диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь), но менее стоек к тепловому воздействию и распространению трещин.
• Экран по изоляции: Аналогичен экрану на жиле и является обязательным для кабелей на 10 кВ. Выполняется из полупроводящего материала в сочетании с металлическим экраном (фольга, ленты). Служит для симметрирования электрического поля и отвода токов утечки.
• Поясная изоляция: Ленточный материал (например, из ПЭТ), наложенный поверх скрученных изолированных жил для формирования круглой формы кабеля.
• Металлический экран/броня: Выполняет функции защиты от внешних электромагнитных влияний, нулевого (заземляющего) проводника в системах с заземленной нейтралью, а также механической защиты. Выполняется в виде:
  • Медных или алюминиевых проволок, наложенных спирально.
  • Медной или алюминиевой ленты, наложенной продольно или внахлест.
• Заполнитель: Пространство между скрученными жилами и под оболочкой заполняется жгутами из негигроскопичного материала (например, полипропилен) или резиновыми жгутами для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
• Внешняя оболочка: Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и распространения огня. Выполняется из ПВХ пластиката (обозначение Шв) или полиэтилена (обозначение Шп). Для кабелей, предназначенных для прокладки в земле, часто применяется оболочка из полиэтилена высокой плотности из-за его высокой стойкости к истиранию и влагонепроницаемости.

Области применения и условия прокладки

Кабели с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией на 10 кВ применяются для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках:

• В электрических сетях переменного напряжения 6/10(12) кВ частотой 50 Гц.
• Для прокладки в земле (траншеях) при условии отсутствия механических нагрузок, кроме указанных в ГОСТ/ТУ, с обязательной защитой бронелентой или проволокой.
• Для прокладки в кабельных каналах, туннелях, коллекторах, по эстакадам и в галереях.
• В производственных помещениях.
• В условиях агрессивных сред (при выборе соответствующего материала оболочки).

Запрещается прокладка кабелей с ПВХ и ПЭ изоляцией по ненагруженным участкам воздушных линий (для этого существуют специальные самонесущие изолированные провода – СИП).

Ключевые технические характеристики и стандарты

Основные параметры регламентируются национальными стандартами (ГОСТ 18410-73, ГОСТ 31996-2012 и его актуализированной версией ГОСТ 31996-2020 для кабелей с ПЭ изоляцией, ТУ производителей) и международными (МЭК 60502).

Таблица 1. Сравнительные характеристики изоляционных материалов для кабелей 10 кВ

Параметр	Поливинилхлорид (ПВВ)	Полиэтилен (ПЭ)	Сшитый полиэтилен (СПЭ/XLPE)
Максимальная допустимая температура жилы при эксплуатации	+70°C	+70°C	+90°C
Максимальная температура при КЗ (до 4 сек)	+160°C	+130°C	+250°C
Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ)	Высокий (~0.1)	Низкий (~0.001)	Очень низкий (~0.0005)
Стойкость к растрескиванию	Высокая	Низкая	Высокая
Пожароопасность	Самозатухающий, не распространяет горение	Горюч, распространяет пламя	Горюч, но существуют огнестойкие исполнения
Основное преимущество	Низкая стоимость, химстойкость, нераспространение горения	Хорошие диэлектрические свойства, влагостойкость	Высокая термостойкость, лучшие электрические и механические свойства

Таблица 2. Примерный ряд сечений и массо-габаритные показатели (на примере кабеля АПвВнг(ож)-10 кВ 3х120)

Количество и сечение жил, мм²	Наружный диаметр, мм (прибл.)	Масса 1 км кабеля, кг (прибл.)	Допустимый длительный ток нагрузки при прокладке в земле, А*
3х50	55-60	2500-2800	170-180
3х120	70-75	4000-4500	260-280
3х240	85-90	6500-7200	370-390

*Точные значения зависят от конкретных условий прокладки (температура грунта, удельное тепловое сопротивление, глубина прокладки, количество рабочих кабелей в траншее) и должны определяться по ПУЭ 7-го издания или методом теплового расчета.

Маркировка и обозначение

Маркировка кабелей осуществляется в соответствии с ГОСТ. Пример расшифровки марки АПвВнг(ож)-10 кВ 3х120:

• А – материал жилы: алюминий.
• П – материал изоляции: полиэтилен (если «В» – ПВХ).
• в – наличие экрана по изоляции (из полимерных материалов).
• В – материал оболочки: ПВХ.
• нг – не распространяющий горение.
• (ож) – исполнение: одножильное (каждая жила с собственной оболочкой). В трехжильном кабеле – три отдельных экранированных одножильных кабеля под общей оболочкой.
• 10 кВ – номинальное напряжение.
• 3х120 – количество жил и их номинальное сечение.

Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями других типов

Преимущества перед кабелями с бумажно-масляной изоляцией:

• Отсутствие риска утечки масла и необходимости в сложных маслоподпитывающих устройствах.
• Более простой монтаж и монтаж соединений (не требуется спецоборудование для заделки концов).
• Возможность прокладки на вертикальных и наклонных трассах без ограничений по перепаду высот.
• Меньшая масса и внешний диаметр при аналогичных сечениях.
• Более высокая стойкость к влаге (для кабелей с полиэтиленовой изоляцией и оболочкой).

Недостатки по сравнению с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ):

• Более низкая допустимая рабочая температура (+70°C против +90°C у СПЭ), что снижает пропускную способность.
• Меньшая стойкость к токам короткого замыкания.
• Для ПЭ изоляции – склонность к водному и электрокинетическому деревлению (образованию микротрещин) при наличии дефектов и влаги.
• Термопластичность: изоляция может «стекать» при длительном превышении температур, что нехарактерно для сшитого полиэтилена.

Главное преимущество: существенно более низкая стоимость по сравнению с кабелями с медными жилами и кабелями в СПЭ изоляции, что делает их экономически целесообразными для проектов с большими объемами кабельных линий и отсутствием экстремальных требований по нагрузке.

Особенности монтажа и эксплуатации

• Радиус изгиба: При монтаже необходимо соблюдать минимально допустимый радиус изгиба, который для кабелей с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией на 10 кВ обычно составляет не менее 15-20 наружных диаметров кабеля.
• Заземление: Металлические экраны (броня) на обоих концах кабельной линии должны быть надежно заземлены для безопасности и нормальной работы релейной защиты. В концевой муфте экран выводится на специальный заземляющий проводник.
• Соединение и оконцевание: Для соединения жил применяют соединительные муфты (СМ), для подключения к оборудованию – концевые муфты (КМ) или кабельные вводы. Особое внимание уделяют зачистке и обезжириванию изоляции, а также герметичности мест соединения.
• Прокладка в земле: Рекомендуется укладка на подготовленную «подушку» из просеянного песка, защита сигнальной лентой или плитами. Необходимо учитывать коррозионную активность грунта и выбирать кабели с соответствующей защитой (обычно полиэтиленовая оболочка).
• Испытания: После монтажа кабельные линии 10 кВ испытываются повышенным выпрямленным напряжением (по нормам ПУЭ и ПТЭЭП). Для кабелей с пластмассовой изоляцией стандартное испытательное напряжение составляет 25-30 кВ постоянного тока в течение 10 минут.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем обусловлен выбор алюминия вместо меди для жил кабеля 10 кВ?

Основная причина – экономическая. Алюминий значительно дешевле меди, что при больших сечениях и протяженных трассах дает существенную экономию. При правильном проектировании и монтаже (использование качественных контактных соединений с защитой от окисления, правильный выбор сечений) алюминиевые кабели обеспечивают надежную работу на протяжении всего срока службы (не менее 30 лет).

Почему для кабелей 10 кВ обязательны экраны на жиле и по изоляции?

Напряжение 10 кВ создает высокую напряженность электрического поля. Без экранов поле было бы несимметричным, с резкими локальными максимумами у поверхности жилы и в местах возможных дефектов, что приводило бы к ускоренному старению изоляции и пробою. Экраны, выполняя роль обкладок конденсатора, делают поле радиально-симметричным и однородным, резко повышая надежность кабеля.

В чем принципиальная разница между кабелями марок АПвВнг и АВВГ-10 кВ?

Марка АВВГ-10 кВ (с изоляцией и оболочкой из ПВХ) исторически была распространена, но для напряжений 6-10 кВ она имеет серьезный недостаток: высокий tg δ, что ведет к повышенному нагреву изоляции от диэлектрических потерь и ограничивает допустимую длину линии. Кабель АПвВнг (с изоляцией из ПЭ и оболочкой из ПВХ) лишен этого недостатка, обладает лучшими диэлектрическими характеристиками и в настоящее время является предпочтительным для новых проектов. Кабели с ПВХ изоляцией на 10 кВ сегодня практически не производятся.

Можно ли использовать кабель с пластмассовой изоляцией для ремонта участка существующей линии с бумажно-масляной изоляцией?

Да, можно, но с обязательным применением специальных переходных муфт, рассчитанных на соединение разнотипных изоляций. При этом необходимо учитывать разницу в допустимых токах нагрузки и требованиях к монтажу. Такой ремонт является временным решением, полная замена участка на кабель одного типа предпочтительнее.

Как правильно выбрать сечение алюминиевого кабеля 10 кВ?

Выбор сечения – комплексная инженерная задача, регламентированная ПУЭ. Основные критерии:
1. По допустимому длительному току нагрузки (нагреву).
2. По потере напряжения (для удаленных потребителей).
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания.
4. По экономической плотности тока (для сетей выше 1000 В).
Расчет должен проводиться с учетом всех условий прокладки (температура окружающей среды, способ прокладки, количество кабелей в траншее, наличие резервирования). Ориентировочные значения приведены в таблицах ПУЭ и справочной литературе.

Каков реальный срок службы таких кабелей и от чего он зависит?

Номинальный срок службы, заявленный производителем, составляет 30 лет. Фактический срок зависит от:
— Соблюдения условий эксплуатации (недопущение систематических перегрузок).
— Качества монтажа (особенно муфт и заземления).
— Агрессивности среды прокладки.
— Отсутствия механических повреждений при эксплуатации.
— Регулярности и качества проведения профилактических испытаний и диагностики.

Что такое «одножильное исполнение (ож)» и в чем его преимущество?

Исполнение (ож) означает, что каждая изолированная и экранированная жила имеет собственную герметичную оболочку, а три таких одножильных кабеля объединены под общей внешней оболочкой. Преимущества: повышенная надежность за счет дополнительного барьера от влаги, лучшее охлаждение жил, удобство монтажа и заделки муфт на сложных трассах, возможность фазировки жил разным цветом оболочки.