Кабели медные силовые 20 кВ с пластмассовой изоляцией
Кабели силовые медные на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией: конструкция, стандарты и применение
Кабели силовые на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Основное преимущество данной конструкции — полное отсутствие гигроскопичных материалов (бумажная изоляция, поясная изоляция), что обеспечивает высокую надежность, простоту монтажа и эксплуатации в широком диапазоне условий.
Конструкция кабеля
Конструкция кабеля 20 кВ является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Типовая конструкция, соответствующая ГОСТ 31996-2012 и международным стандартам МЭК, включает следующие элементы:
- Токопроводящая жила: Выполняется из медной проволоки (по ГОСТ 22483) круглой или секторной (сегментной) формы. Для сечений от 50-70 мм² и выше жила, как правило, секторная для компактности. Жила может быть однопроволочной (монолитной) для малых сечений или многопроволочной для обеспечения гибкости. Класс гибкости 1 или 2.
- Экран по жиле (полупроводящей экран): Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или в виде полупроводящей ленты. Выравнивает электрическое поле у поверхности жилы, предотвращая локальные перенапряжения и ионизацию.
- Изоляция: Основной изолирующий слой. Для кабелей на 20 кВ применяется сшитый полиэтилен (XLPE) или, реже, полиэтилен высокой плотности (HDPE). Сшитый полиэтилен (SiO2) является предпочтительным материалом благодаря высокой температурной стойкости (длительно допустимая температура +90°C, перегрузка +130°C, короткое замыкание +250°C), отличным диэлектрическим и механическим свойствам.
- Экран по изоляции (полупроводящей экран): Наносится поверх изоляции. Вместе с экраном по жиле формирует коаксиальную конструкцию, ограничивающую электрическое поле внутри изоляции. Обычно выполняется экструзией из полупроводящего материала.
- Поясная изоляция: В кабелях с отдельно экранированными жилами поверх каждого экрана по изоляции может накладываться поясная изоляция из полупроводящих лент или экструдированного полупроводящего слоя.
- Медный экран (заземляющий): Выполняется в виде оплетки из медных проволок, медной ленты (гофрированной или гладкой) или комбинации thereof. Предназначен для защиты от внешних электромагнитных помех, обеспечения симметрии электрического поля, а также в качестве проводника для токов короткого замыкания и заземления.
- Разделительный слой: Защищает медный экран от контакта с внешней оболочкой. Выполняется из ПЭТ-ленты или подобных материалов.
- Внешняя оболочка: Защищает кабель от механических повреждений, влаги, химических и климатических воздействий. Материал — поливинилхорид (ПВХ) пластикат по ГОСТ 5960 или полиэтилен (PE). Для кабелей, предназначенных для прокладки в земле, часто применяется оболочка из полиэтилена высокой плотности (HDPE) или полиэтилена среднего давления (MDPE) из-за его высокой стойкости к истиранию и влагонепроницаемости. Цвет оболочки, как правило, черный.
- По типу изоляции: АПвВГ (с изоляцией из сшитого полиэтилена, оболочкой из ПВХ), АПвПГ (с изоляцией из сшитого полиэтилена, оболочкой из полиэтилена), АПвПуГ (с усиленной оболочкой из полиэтилена). Буква «А» в начале старой маркировки обозначает алюминиевую жилу, для медных жил буква «А» опускается (ПвВГ, ПвПГ). По новому ГОСТ Р 53769-2010 маркировка включает тип изоляции (Пв — XLPE) и материал оболочки.
- По количеству жил: Одно-, двух-, трех- и четырехжильные (3+1). Наиболее распространены трехжильные кабели.
- По форме жил: С круглыми или секторными (сегментными) жилами.
- По типу экрана: С индивидуальным экранированием каждой жилы (каждая жила в своем экране) или с общим экраном (все жилы вместе под одним экраном). Для напряжений 20 кВ стандартом является индивидуальное экранирование.
- Распределительные сети городской и промышленной инфраструктуры (кабельные вставки в ВЛ, питание распределительных пунктов и трансформаторных подстанций).
- Питание крупных промышленных предприятий, насосных станций, объектов ЖКХ.
- Прокладка в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, эстакадах, галереях).
- Прокладка в земле (траншеях) при условии защиты от механических повреждений (броневыми лентами или плитами).
- Прокладка в блоках и трубах.
- Раскатка: Осуществляется с помощью механизмов, предотвращающих повреждение оболочки. Соблюдение минимального радиуса изгиба обязательно.
- Заделка концов: Требует тщательной ступенчатой разделки концов кабеля с удалением экранов и изоляции на определенную длину. Используются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты (концевые заделки), которые обеспечивают плавный градиент электрического поля, влагонепроницаемость и механическую защиту.
- Соединение жил: Выполняется с помощью соединительных муфт. Соединение медных жил производится опрессовкой гильзами с помощью гидравлического пресса. Качество контакта критически важно.
- Восстановление экрана и изоляции: В соединительной муфте восстанавливается непрерывность экрана, изоляции и накладывается новая внешняя оболочка. Тип муфты должен соответствовать типу кабеля.
- Заземление: Медные экраны кабеля с обоих концов должны быть надежно заземлены для безопасности и нормальной работы релейной защиты. В протяженных линиях применяют специальные схемы заземления (одностороннее, поперечное, с использованием устройств для ограничения циркулирующих токов).
- Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2500 В.
- Испытание повышенным выпрямленным напряжением (постоянным током). Для кабелей 20 кВ испытательное напряжение составляет 60 кВ (для линий с бумажной изоляцией) или 48 кВ (для линий с пластмассовой изоляцией по новым нормам), время приложения — 10 мин.
- Испытание переменным напряжением 30 кВ частотой 50 Гц в течение 10 минут (альтернатива испытанию постоянным током, более предпочтительно для изоляции из XLPE).
- Проверка целостности и правильности соединения жил и экранов.
Классификация и маркировка
Кабели классифицируются по нескольким ключевым признакам:
Основные технические характеристики
| Параметр | Значение / Описание | Нормативный документ |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 12/20 кВ (24 кВ) | ГОСТ 31996, МЭК 60502 |
| Частота | 50 Гц | — |
| Длительно допустимая температура жилы | +90°C | ГОСТ 31996-2012 |
| Допустимая температура при перегрузке | +130°C | |
| Макс. температура при КЗ (до 5 с) | +250°C | |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | 15 наружных диаметров кабеля (для одножильных с секторными жилами — 12 диаметров) | ГОСТ 31996-2012 |
| Испытательное переменное напряжение промышленной частоты | 30 кВ (2.5U0) в течение 10 мин. | ГОСТ 31996-2012 |
| Сопротивление изоляции | Не менее 1000 МОм·км при +20°C | ГОСТ 31996-2012 |
Области применения и способы прокладки
Кабели 20 кВ с пластмассовой изоляцией применяются для создания и модернизации кабельных линий в сетях среднего напряжения. Основные области:
Важно: Кабели без брони (например, ПвВГ) не предназначены для прокладки в земле без дополнительной защиты (бронеплит, труб). Для прямой прокладки в земле используются кабели с броней из стальных оцинкованных лент (марки, например, ПвБбШв).
Выбор сечения жилы
Выбор сечения производится по допустимому длительному току нагрузки с учетом способа прокладки, температуры окружающей среды, количества работающих кабелей в пучке и других факторов. Также обязателен проверочный расчет по условиям короткого замыкания (термическая стойкость) и потере напряжения. Ниже приведена справочная таблица допустимых токов для различных условий.
| Номинальное сечение жилы, мм² | Допустимый ток нагрузки при прокладке в воздухе, А | Допустимый ток нагрузки при прокладке в земле (траншее), А |
|---|---|---|
| 50 | 215 | 245 |
| 70 | 265 | 300 |
| 95 | 320 | 355 |
| 120 | 365 | 410 |
| 150 | 415 | 465 |
| 185 | 470 | 525 |
| 240 | 545 | 605 |
| 300 | 615 | 680 |
Примечание: Значения являются ориентировочными. Для точного расчета необходимо руководствоваться актуальными редакциями ПУЭ, ГОСТ 31996-2012 (приложение Б) или использовать расчетные программы.
Монтаж и соединение
Монтаж кабелей 20 кВ требует специальной подготовки персонала и оборудования. Ключевые этапы:
Контроль и диагностика
После монтажа кабельная линия подвергается обязательным приемо-сдаточным испытаниям согласно ПУЭ и СО 153-34.20.507-2003:
Для эксплуатационной диагностики применяются методы измерения частичных разрядов, диагностики состояния изоляции (тангенс угла диэлектрических потерь, спектроскопия в возвращаемой волне), тепловизионный контроль мест соединений.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) от кабеля с бумажно-масляной изоляцией?
Кабель с изоляцией XLPE не содержит жидкого диэлектрика (масла), что исключает риск утечек и необходимость в системах компенсации давления. Он имеет более высокую допустимую температуру эксплуатации (+90°C против +70°C для бумажной), меньший вес и радиус изгиба, большую стойкость к термоциклированию. Монтаж и обслуживание проще и чище. Кабель с XLPE менее чувствителен к перепадам высот при прокладке.
Почему для кабелей на 20 кВ обязательно применение экранов?
Экраны (полупроводящие и медный) выполняют несколько функций: выравнивание электрического поля вокруг жилы и внутри изоляции, что предотвращает локальные разряды и старение изоляции; защита от внешних электромагнитных помех; обеспечение пути для тока короткого замыкания и безопасного заземления; симметрирование магнитного поля вокруг жил в трехфазной системе.
Можно ли прокладывать кабель марки ПвВГ напрямую в земле?
Нет, нельзя. Кабель ПвВГ имеет оболочку из ПВХ и не имеет бронепокрова. Он предназначен для прокладки в кабельных сооружениях (тоннелях, эстакадах) и помещениях. Для прокладки в земле необходимо использовать кабели с броней из стальных оцинкованных лент (например, ПвБбШв) или обеспечивать защиту неметаллическими трубами/бронеплитами, что должно быть обосновано проектом.
Как правильно выбрать между кабелем с ПВХ и полиэтиленовой оболочкой?
ПВХ-оболочка (ПвВГ) обладает лучшими противопожарными характеристиками (меньшей горючестью, стойкостью к распространению пламени), но менее стойка к влаге и химическим воздействиям в грунте. Полиэтиленовая оболочка (ПвПГ, ПвПуГ) обладает высокой влагостойкостью, стойкостью к агрессивным почвам и истиранию, но поддерживает горение. Выбор зависит от условий прокладки: для помещений и тоннелей часто выбирают ПВХ, для прямой прокладки в земле — полиэтилен.
Что означает маркировка «ож» или «мн» в обозначении кабеля?
Это обозначение конструкции жилы: «ож» — однопроволочная (монолитная) жила, «мн» — многопроволочная жила. Многопроволочные жилы более гибкие, что облегчает монтаж, особенно в стесненных условиях и при больших сечениях.
Какой срок службы у кабеля 20 кВ с изоляцией XLPE?
Номинальный срок службы, заявленный производителями и стандартами, составляет не менее 30 лет. Фактический срок службы сильно зависит от условий эксплуатации (режимов нагрузки, перегрузок, качества монтажа, коррозионной активности среды, механических воздействий) и может превышать 40 лет при соблюдении всех нормативных требований.
Обязательно ли проводить испытание кабеля постоянным напряжением после монтажа?
Согласно действующим нормам (ПУЭ 7-е изд.), для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена предпочтительным методом является испытание переменным напряжением промышленной частоты. Испытание постоянным напряжением может применяться, но существует риск накопления пространственного заряда в изоляции XLPE, что потенциально может сократить ее ресурс. Выбор метода испытаний должен быть указан в проектной документации.