Кабели алюминиевые силовые 35 кВ с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые алюминиевые на напряжение 35 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение, стандарты

Силовые кабели на напряжение 35 кВ с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией представляют собой современный класс кабельной продукции, предназначенный для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. Они являются альтернативой кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией и кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Под пластмассовой изоляцией в данном контексте преимущественно понимается изоляция из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена (ПЭ), однако для напряжений 35 кВ в настоящее время доминирует изоляция из сшитого полиэтилена, которая также относится к пластмассам. Данная статья рассматривает оба типа изоляции (ПВХ и СПЭ) для данного класса напряжения, с акцентом на современные решения.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля 35 кВ является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Типовая конструкция включает следующие элементы:

• Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия (марки АВ, АВЕ, АПв и др.) круглой или секторной (сегментной) формы. Для кабелей 35 кВ жилы, как правило, многопроволочные, что обеспечивает необходимую гибкость. Сечения жил стандартизированы: 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 400, 500 мм² и более.
• Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из СПЭ): Обязательный элемент. Представляет собой полупроводящий слой (экструдированный или в виде ленты), наложенный поверх жилы. Выравнивает распределение электрического поля, предотвращая локальные перенапряжения и ионизацию у поверхности жилы.
• Изоляция: Основной диэлектрический барьер.
  • Для кабелей типа АПвВ (АПвПу): Изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE). Обладает высокими диэлектрическими и механическими свойствами, термостойкостью (допустимая температура жилы до 90°C в длительном режиме и до 250°C при КЗ). Является современным стандартом для данного класса напряжения.
  • Для кабелей типа АВВГ и др.: Изоляция из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ). Применяется реже для 35 кВ из-за более низких по сравнению со СПЭ диэлектрических характеристик и склонности к деградации при повышенных температурах. Допустимая температура жилы обычно до +70°C.
• Экран по изоляции (для кабелей с изоляцией из СПЭ): Второй обязательный экран. Выполняется из полупроводящего материала (сшитого полиэтилена с сажей или ленты). Создает равномерное радиальное электрическое поле, является нулевой точкой поля. Вместе с экраном по жиле образует коаксиальную систему.
• Поясная изоляция: Может выполняться из полупроводящих или изоляционных лент. Выравнивает поле в многожильных кабелях.
• Металлический экран (заземляющий): Выполняет функцию заземления, защиты от внешних электромагнитных помех и является проводником для токов утечки и токов короткого замыкания. Выполняется в виде:
  • Медной или алюминиевой гофрированной ленты.
  • Медных проволок, наложенных поверх продольной медной ленты (комбинированный экран).
• Заполнитель: Пространство между изолированными жилами заполняется ПВХ-поясами или жгутами для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
• Оболочка: Наружный защитный слой. Изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (ПЭ) или самозатухающего полиэтилена (ПЭ СТ). Защищает от механических повреждений, влаги, агрессивных сред. Для кабелей марки АПвПу оболочка выполняется из полиэтилена.
• Броня (опционально, для кабелей типа АПвБбШв, АПвБл): Защита от механических повреждений (растяжения, удары, грызуны). Выполняется из стальных оцинкованных лент (БбШв) или стальных оцинкованных проволок (Бл). Поверх брони накладывается защитный шланг из ПВХ (Шв) или полиэтилена.

Ключевые марки и их расшифровка

Маркировка кабелей осуществляется согласно ГОСТ и ТУ. Основные марки для 35 кВ:

• АПвВ (АПвПу)г: А – алюминиевая жила, Пв – изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ), В – оболочка из ПВХ (Пу – оболочка из полиэтилена), г – герметизированный (заполнение гидрофобным гелем) или «голый» (без брони). Кабель для прокладки в кабельных сооружениях, туннелях, каналах.
• АПвБбШв (АПвБл): АПв – алюминиевая жила, изоляция СПЭ, Б – броня из стальных лент, б – без подушки, Шв – защитный шланг из ПВХ. Для прокладки в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью.
• АПвП (АПвПг): С плоскими разделительными перегородками между жилами. Упрощает монтаж и разделку концов.
• АВВГ: А – алюминиевая жила, В – изоляция из ПВХ, В – оболочка из ПВХ, Г – гибкий, без брони. Для 35 кВ применяется ограниченно, в основном для внутренней прокладки в сухих помещениях.

Технические характеристики и условия применения

Основные параметры регламентируются ГОСТ 18410-73 (для ПВХ изоляции) и серией ГОСТ 15150, а также техническими условиями производителей для кабелей с изоляцией из СПЭ (чаще ТУ 16.К71-335-2004 и аналоги).

Таблица 1. Сравнительные характеристики кабелей 35 кВ с разной изоляцией

Параметр	Кабель с изоляцией из СПЭ (АПвВ, АПвПу)	Кабель с изоляцией из ПВХ (АВВГ)
Номинальное напряжение, U0/U, кВ	20.5/35; 21/35; 26/35	20.5/35; 21/35
Максимальная рабочая температура жилы, °C	90 (длительно), 250 (при КЗ, 5 с)	70 (длительно), 160 (при КЗ, 4 с)
Минимальная температура монтажа, °C	Без подогрева: -20°C	Без подогрева: -15°C
Допустимый радиус изгиба при монтаже	Не менее 15-20 наружных диаметров кабеля	Не менее 10-15 наружных диаметров кабеля
Стойкость к влаге	Высокая (при целостности оболочки)	Ограниченная (гигроскопичность ПВХ)
Допустимые среды прокладки	Земля (траншеи), кабельные сооружения, помещения, эстакады, туннели. Возможна прокладка в воде.	Помещения, каналы, туннели. Прокладка в земле не рекомендуется без дополнительной защиты.
Срок службы, лет	30-40 и более	25-30

Области применения и способы прокладки

Кабели 35 кВ с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией применяются для:

• Создания распределительных сетей 35 кВ в городах и промышленных зонах.
• Питания мощных потребителей (подстанции, заводы, крупные коммерческие объекты).
• Вывода мощности с генераторов электростанций малой и средней мощности.
• Прокладки на территориях с сложным рельефом и в условиях сейсмической активности (благодаря гибкости).
• Реконструкции сетей с заменой устаревших кабелей с бумажной изоляцией.

Способы прокладки:

• В земле (траншеях): Требуется применение бронированных марок (АПвБбШв, АПвБл). Обязательна песчаная подушка, защита кирпичом или сигнальной лентой. Глубина прокладки – не менее 0.7-1.0 м.
• В кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, эстакадах, галереях): Применяются небронированные кабели (АПвВ, АПвПу). Крепление на лотках и кронштейнах.
• В помещениях: Прокладка по стенам, в коробах, на конструкциях. Небронированные кабели.
• В блоках и трубах: Для дополнительной механической защиты на сложных участках.

Преимущества и недостатки

Преимущества кабелей с изоляцией из СПЭ (основного типа для 35 кВ):

• Высокая допустимая температура и перегрузочная способность.
• Отсутствие необходимости в сложных концевых муфтах с масляным или резиновым барьером. Применяются простые концевые заделки.
• Отсутствие ограничений по перепаду высот при прокладке (нет миграции пропиточного состава).
• Меньший вес и наружный диаметр по сравнению с маслонаполненными кабелями аналогичного сечения.
• Простота монтажа и эксплуатации, меньшие требования к обслуживанию.
• Большая длина строительных отрезков (до 1000 м и более).

Недостатки:

• Чувствительность к механическим повреждениям оболочки и, как следствие, к распространению воды вдоль кабеля (для конструкций без продольной герметизации).
• Более высокая стоимость по сравнению с кабелями с ПВХ изоляцией, но сопоставимая или ниже стоимости кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией.
• Требовательность к качеству монтажа соединительных и концевых муфт.

Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабелей 35 кВ требует квалификации персонала и соблюдения строгих правил:

• Перед монтажом обязательна проверка целостности изоляции (измерение сопротивления мегаомметром на 2.5-5 кВ).
• Запрещается прокладка при температуре ниже минимальной без предварительного подогрева.
• Радиус изгиба должен строго соблюдаться во избежание повреждения изоляции и экранов.
• Для соединения и оконцевания применяются специальные муфты: соединительные, концевые (в т.ч. для наружной и внутренней установки), стопорные. Технология монтажа муфт включает последовательные операции: разделка конца кабеля, монтаж изоляционного конуса, наложение экранов, герметизация.
• Обязательно качественное заземление металлических экранов с двух сторон. В длинных линиях применяют поперечное или продольное сечение экрана для ограничения токов, наведенных в экране.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие кабеля АПвВ от АПвПу?

Основное отличие – в материале наружной оболочки. АПвВ имеет оболочку из поливинилхлорида (ПВХ), которая обладает хорошей стойкостью к распространению горения, но менее стойка к атмосферным воздействиям и УФ-излучению. АПвПу имеет оболочку из полиэтилена (ПЭ), которая обладает высокой влагостойкостью и стойкостью к атмосферным воздействиям, но поддерживает горение. Выбор зависит от условий прокладки: АПвПу предпочтительнее для прокладки на открытом воздухе и в земле, АПвВ – внутри помещений и сооружений.

Почему для кабелей 35 кВ с изоляцией из СПЭ обязательны экраны?

Экраны (полупроводящие по жиле и изоляции, а также металлический) формируют коаксиальную структуру, обеспечивая радиальное и симметричное распределение электрического поля вокруг жилы. Это предотвращает возникновение частичных разрядов на неровностях жилы и на внешней поверхности изоляции, которые приводят к постепенной деградации диэлектрика и пробою. Металлический экран также служит для заземления и защиты от внешних электромагнитных помех.

Можно ли прокладывать кабель АПвВг непосредственно в земле без брони?

Нет, это категорически не рекомендуется и противоречит нормам ПУЭ. Кабель марки АПвВг (небронированный, с оболочкой из ПВХ) предназначен для прокладки в кабельных сооружениях, помещениях, туннелях. Для прокладки в земле (траншеях) необходимо использовать бронированные марки, такие как АПвБбШв или АПвБл, которые имеют защиту от механических повреждений (давление грунта, раскопки, грызуны).

Как выбрать сечение алюминиевой жилы кабеля 35 кВ?

Выбор сечения производится по трем основным критериям, указанным в ПУЭ гл. 1.3:
1. По допустимому длительному току нагрузки (нагреву). Ток нагрузки не должен превышать длительно допустимый ток для данного кабеля при конкретных условиях прокладки (в земле, в воздухе). Используются таблицы ПУЭ или данные производителя.
2. По экономической плотности тока. Для сетей 35 кВ это обязательный расчет, определяющий сечение, при котором приведенные затраты на протяжении срока службы минимальны.
3. По термической стойкости к токам короткого замыкания. Сечение должно быть таким, чтобы при прохождении расчетного тока КЗ в течение времени действия защиты кабель не разрушился от перегрева.
Окончательно выбирается наибольшее из сечений, полученных по этим критериям.

Каковы особенности монтажа концевых муфт на кабели 35 кВ с изоляцией из СПЭ?

Ключевые особенности: необходимость тщательной зачистки и шлифовки полупроводящих экранов для создания плавного перехода электрического поля, точное наложение изоляционных и полупроводящих слоев муфты в соответствии с технологической картой, обеспечение абсолютной чистоты и сухости зоны монтажа (часто используются палатки с осушенным воздухом), качественная герметизация для предотвращения доступа влаги. Применяются как термоусаживаемые, так и холодноусаживаемые муфты.

Существует ли проблема водной и дендритной деревья в кабелях 35 кВ с изоляцией из СПЭ?

Да, это известное явление. При повреждении оболочки и наличии влаги под напряжением в материале изоляции могут возникать древовидные микротрещины («деревья»), которые со временем приводят к пробою. Современные кабели высокого напряжения используют материалы с добавками-ингибиторами деревьетообразования, специальные барьерные слои под оболочкой (водоблокирующие ленты, гидрофобные гели) и конструкции с продольной герметизацией (маркировка «г»), что минимизирует данный риск.