Кабели электрические 20 кВ

Кабели электрические на напряжение 20 кВ: конструкция, типы, применение и стандарты

Кабели на напряжение 20 кВ занимают критически важное место в системах распределения электроэнергии среднего класса напряжения. Они используются для передачи электроэнергии от подстанций 35/10(6) кВ к городским распределительным сетям, мощным промышленным потребителям, крупным торговым центрам, жилым микрорайонам и объектам инфраструктуры. Рабочее напряжение 20 кВ (номинальное 10 кВ, но с изоляцией, рассчитанной на 20 кВ) становится все более распространенным в современных сетях благодаря повышению пропускной способности и снижению потерь по сравнению с классическим напряжением 10 кВ.

Конструкция кабеля 20 кВ

Конструкция силового кабеля на 20 кВ является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Основные элементы, начиная от центра:

• Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия (А) или меди (М). Сечение жилы выбирается исходя из тока нагрузки и условий прокладки. Для кабелей 20 кВ жилы, как правило, имеют секторную форму для компактности, но могут быть и круглыми. Класс гибкости жилы обычно 1 или 2 (по ГОСТ 22483).
• Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена): Полупроводящей экструдированный слой. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные концентрации напряженности и разряды в изоляции.
• Основная изоляция: Ключевой элемент, определяющий класс напряжения. Выполняется из полимерных материалов: Сшитого Полиэтилена (XLPE) или Этилен-Пропиленовой Резины (EPR). Толщина изоляции строго нормирована стандартами (например, ГОСТ 15150 или МЭК 60502-2).
• Экран по изоляции (заземляемый): Полупроводящей слой. Вместе с экраном по жиле формирует цилиндрический конденсатор, обеспечивая радиальное распределение электрического поля. Обязательно подлежит заземлению с двух сторон кабельной линии.
• Поясная изоляция (в некоторых конструкциях кабелей с бумажной пропитанной изоляцией): Не применяется в современных полимерных кабелях 20 кВ.
• Металлический экран (броня): Выполняет функции защиты от механических повреждений, а также является заземляющим и нулевым проводником при коротких замыканиях. Может быть выполнен в виде:
  • Медной или алюминиевой гофрированной ленты.
  • Медных проволок, спирально наложенных поверх экрана.
  • Двух стальных оцинкованных лент (броня типа Б).
• Разделительный слой: Полимерная лента или оболочка, предотвращающая непосредственный контакт металлического экрана/брони с внешней оболочкой.
• Внешняя защитная оболочка: Изготавливается из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ), полиэтилена (ПЭ) или безгалогеновых негорючих композиций (NG-FR). Защищает кабель от влаги, агрессивных сред и механических воздействий.

Основные типы кабелей на 20 кВ и их обозначения

В Российской Федерации и странах СНГ наиболее распространены кабели, соответствующие ГОСТ 18410-73 (с бумажной пропитанной изоляцией) и более современные – по ГОСТ 15150 (с изоляцией из сшитого полиэтилена). Обозначения расшифровываются по единому принципу.

Таблица 1. Основные марки кабелей на 20 кВ и их расшифровка

Марка кабеля	Материал жилы	Материал изоляции	Особенности конструкции	Типичная область применения
ААБл-20	Алюминий (А)	Бумажная пропитанная (А)	Алюминиевая жила, бумажная изоляция, броня из двух стальных лент (Бл), внешняя оболочка.	Стационарная прокладка в земле (траншеях), туннелях. Требует соблюдения разности уровней.
АПвБбШп-20	Алюминий (А)	Сшитый полиэтилен (Пв)	Изоляция XLPE, броня из стальных оцинкованных лент (Бб), защитный шланг из полиэтилена (Шп).	Прокладка в земле (в т.ч. с большими перепадами уровней), коллекторах, коробах.
ПвПг-20	Медь (не указана, но подразумевается)	Сшитый полиэтилен (Пв)	Гибкий кабель с медными жилами (Пг), изоляцией XLPE, экраном из медных проволок, без брони.	Подвижные подключения, шахтные установки, временные электросети на объектах.
ЦСП-20	Медь	Сшитый полиэтилен	Кабель в сборе с заземляющими и контрольными жилами, часто с негорючей оболочкой.	Комплексная разводка на промышленных предприятиях, в зданиях и сооружениях.

Ключевые технические характеристики и выбор сечения

При выборе кабеля 20 кВ необходимо учитывать ряд взаимосвязанных параметров.

1. Допустимый длительный ток нагрузки (I_доп)

Зависит от сечения жилы, материала, способа прокладки (в земле, воздухе, трубе) и температуры окружающей среды. При прокладке нескольких кабелей вплотную вводится понижающий коэффициент.

Таблица 2. Примерные значения I_доп для кабелей с изоляцией из XLPE, проложенных в земле (одиночная прокладка, температура грунта +25°C)

Сечение жилы, мм²	Алюминиевая жила, А	Медная жила, А
3×70	205	270
3×95	240	315
3×120	275	360
3×150	315	415
3×185	355	470
3×240	410	550

2. Потери напряжения и ток короткого замыкания

Сечение должно быть выбрано таким, чтобы потери напряжения в конце линии не превышали нормированных значений (обычно 5%). Также кабель должен выдерживать термическое воздействие тока короткого замыкания (I_кз) в течение времени срабатывания защиты. Минимальное сечение по условию термической стойкости для сетей 20 кВ, как правило, составляет 70-95 мм² для меди и 95-120 мм² для алюминия.

3. Условия прокладки и монтажа

• Прокладка в земле: Требуется кабель с броней (типа Бб, Бл) и защитной оболочкой, стойкой к влаге и агрессии грунта (Пв, Шп). Глубина прокладки – не менее 0.7 м, с песчаной подушкой и защитной плитой или сигнальной лентой.
• Прокладка в воздухе (по эстакадам, фасадам): Необходима стойкость к УФ-излучению (черный полиэтилен). При риске механических повреждений – кабель с броней. Учитывается ветровая и гололедная нагрузка.
• Прокладка в туннелях, коллекторах, помещениях: При групповой прокладке обязательна оболочка с пониженной пожарной опасностью (NG-FR, LS).

Стандарты и нормативная база

Производство и применение кабелей 20 кВ регламентируется следующими основными документами:

• ГОСТ 15150-96: Кабели с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 6, 10, 20 и 35 кВ. Основной стандарт для кабелей с изоляцией XLPE.
• ГОСТ 18410-73: Кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение 10, 20 и 35 кВ.
• МЭК 60502-2 (IEC 60502-2): Международный стандарт на кабели с экструдированной изоляцией на напряжение от 6 кВ до 30 кВ.
• ПУЭ 7-е издание (Главы 2.3, 1.3): Правила устройства электроустановок, определяющие требования к прокладке, защите и выбору кабельных линий.
• СП 76.13330.2016: Свод правил по проектированию электроустановок зданий и сооружений.

Тенденции и особенности эксплуатации

В современной электроэнергетике наблюдается устойчивый переход от кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией (ААБл, АСБ) к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE). Причины:

• Более высокая допустимая температура жилы: +90°C в длительном режиме против +70°C для бумажной изоляции.
• Отсутствие ограничений по перепадам уровней прокладки.
• Меньший вес и наружный диаметр при аналогичных параметрах.
• Простота монтажа и монтажа муфт, отсутствие необходимости в концевых воронках.
• Более высокая стойкость к коротким замыканиям.

Ключевым требованием эксплуатации кабелей 20 кВ является обязательное и качественное заземление экранов (брони) с обоих концов линии. Это обеспечивает безопасность персонала, нормальную работу защит и предотвращает наведение опасных потенциалов. Для контроля состояния изоляции применяются регулярные измерения сопротивления изоляции мегаомметром на 2500 В и диагностика частичных разрядов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается кабель на 10 кВ и на 20 кВ?

Основное отличие – толщина и качество изоляции. У кабеля на 20 кВ толщина слоя изоляции из XLPE или бумажно-пропитанной массы существенно больше, что позволяет выдерживать более высокое рабочее и испытательное напряжение. Например, испытательное напряжение для кабеля 10 кВ составляет 30-40 кВ переменного тока, а для кабеля 20 кВ – 50-55 кВ. Также могут отличаться конструкции экранов.

Можно ли проложить кабель 20 кВ в земле без брони?

Нет, для прокладки непосредственно в земле (траншее) кабель должен иметь броню из стальных оцинкованных лент (обозначение Бб, Бл) для защиты от механических повреждений при раскопках, давления грунта и растягивающих усилий. Прокладка без брони возможна только в трубах, блоках или тоннелях, где исключен прямой контакт с грунтом и механические риски.

Как правильно выбрать сечение кабеля 20 кВ для трансформаторной подстанции 2х1000 кВА?

Расчетный ток нагрузки для одной секции 1000 кВА при напряжении 20 кВ составляет примерно 29 А. С учетом возможной перегрузки и условий прокладки, минимальное сечение по току для алюминия составит 35-50 мм². Однако, основным критерием становится термическая стойкость к току короткого замыкания и требования местных сетевых компаний. На практике для таких объектов почти всегда применяется кабель сечением не менее 3х95 мм² (Al) или 3х70 мм² (Cu). Необходим полный расчет по ПУЭ.

Что означает маркировка «Пв» и «АПв» в названии кабеля?

«Пв» – изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) с применением технологии пероксидного сшивания. «А» в начале марки – алюминиевая токопроводящая жила. Таким образом, АПв – кабель с алюминиевой жилой и изоляцией из сшитого полиэтилена. Если в начале марки нет буквы «А», по умолчанию подразумевается медная жила (например, ПвБбШп).

Какие испытания должен проходить кабель 20 кВ после прокладки и монтажа муфт?

Согласно ПУЭ и ПТЭЭП, кабельная линия 20 кВ перед вводом в эксплуатацию должна пройти:

• Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2500 В (норма – сотни МОм/км).
• Испытание повышенным напряжением переменного тока частотой 0.1 Гц или постоянного тока. Стандартное испытательное напряжение для 20 кВ – 55 кВ переменного тока (или 80-85 кВ постоянного) в течение 10 минут.
• Проверка целостности и правильности соединения жил и экранов (фазировка).
• Измерение сопротивления заземления экранов/брони.

Почему экраны кабеля 20 кВ необходимо заземлять с двух сторон?

Заземление экранов с двух сторон обеспечивает:

• Защиту персонала от поражения электрическим током (снимает опасный потенциал).
• Создание пути для тока короткого замыкания на землю, что обеспечивает быстрое и селективное срабатывание релейной защиты.
• Симметрирование электрического поля вокруг жилы, что повышает долговременную надежность изоляции.
• Отсутствие двухстороннего заземления приводит к циркулирующим токам в экране (при неравенстве потенциалов) или к появлению на нем высокого напряжения относительно земли, опасного для жизни и приводящего к пробою внешней оболочки.