Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена для прокладки в земле

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена для прокладки в земле: конструкция, применение и особенности монтажа

Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ, англ. XLPE) на номинальное напряжение 6-220 кВ, предназначенные для прокладки в земле (траншеях), представляют собой основной элемент современных кабельных линий электропередачи. Они пришли на смену маслонаполненным и кабелям с бумажно-пропитанной изоляцией, обеспечивая более высокие технико-экономические показатели. Конструкция таких кабелей специально адаптирована для работы в условиях механических нагрузок, влажности, химической агрессии грунта и наличия блуждающих токов.

Конструктивные особенности кабелей для прокладки в земле

Конструкция кабеля СПЭ для прокладки в земле является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Отличия от кабелей для внутренней прокладки заключаются, прежде всего, в усиленных защитных оболочках.

• Токопроводящая жила: Как правило, выполняется из медной или алюминиевой проволоки секторной или круглой формы. Сечение жилы выбирается исходя из условий токовой нагрузки и короткого замыкания. Для напряжений 110 кВ и выше часто применяется уплотненная жила для снижения скин-эффекта.
• Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой): Наносится экструзией поверх жилы. Его назначение – выравнивание электрического поля и устранение микроскопических воздушных включений между жилой и изоляцией, что предотвращает возникновение частичных разрядов.
• Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE): Основной диэлектрический слой. Процесс сшивания (образования поперечных молекулярных связей под воздействием пероксидов, силана или радиации) придает обычному полиэтилену свойства термореактивного материала. Это повышает допустимую температуру длительной эксплуатации с 70°C до 90°C, температуру при коротком замыкании до 250°C, улучшает стойкость к тепловому старению и механическую прочность.
• Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой): Аналогичен внутреннему экрану. Вместе с экраном по жиле создает цилиндрическое концентрическое электрическое поле вокруг жилы, ограничивая его строго слоем изоляции.
• Металлический экран (заземляющий): Выполняется в виде медной гофрированной ленты, наложенной продольно, или в виде проволок, наложенных повивом. Его функции: защита от внешних электромагнитных помех, замыкание емкостных токов на землю, обеспечение безопасности при повреждении изоляции (отвод тока короткого замыкания). Для кабелей на напряжение 110 кВ и выше часто применяются экраны из алюминиевого сплава (гофрированные оболочки).
• Защитная оболочка: Ключевой элемент для прокладки в земле. Защищает металлический экран от влаги, механических повреждений, химических веществ. Выполняется из полиэтилена (PE) высокой плотности черного цвета, который обладает высокой стойкостью к истиранию, растрескиванию под напряжением и агрессивным почвенным средам. В некоторых исполнениях (особенно для условий с риском механических повреждений) применяется оболочка из поливинилхлорида (PVC).
• Броневой покров: Применяется для кабелей, прокладываемых в грунтах с повышенными механическими нагрузками (камни, просадки грунта, зоны с риском раскопок). Выполняется из стальных оцинкованных лент (Бл) или стальных оцинкованных проволок (Бп). Броня поверх внутренней оболочки защищает сердечник кабеля, а сверху на броню накладывается наружная оболочка (обычно из PVC) для защиты брони от коррозии.

Преимущества кабелей с изоляцией из СПЭ для подземной прокладки

• Высокие электрические характеристики: Низкие диэлектрические потери (tg δ), высокая электрическая прочность, что позволяет создавать кабели на более высокие напряжения с меньшим сечением изоляции по сравнению с бумажной.
• Повышенная допустимая температура эксплуатации: Длительно допустимая температура жилы +90°C, что позволяет пропускать больший ток нагрузки или использовать жилу меньшего сечения.
• Высокая стойкость к влаге: Полностью полимерная конструкция негигроскопична, что исключает необходимость в системах поддержания давления и упрощает трассу.
• Отличные механические свойства: Гибкость и стойкость к изгибам облегчают монтаж. Прочная внешняя оболочка из PE или PVC устойчива к истиранию о грунт и камни.
• Простота монтажа и соединения: Отсутствие масла или пропитки упрощает разделку кабеля и монтаж муфт. Допускается прокладка с большими перепадами по высоте.
• Длительный срок службы: Расчетный срок службы при соблюдении условий превышает 30-40 лет.

Классификация и маркировка

Кабели для прокладки в земле маркируются в соответствии с ГОСТ или ТУ. Типовая маркировка включает в себя материал жилы, тип изоляции, вид защитных покровов.

Пример маркировки: ПвП 1х500/70-110 – Кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена, в полиэтиленовой оболочке, с медной жилой сечением 500 мм², с экраном из медных проволок сечением 70 мм², на напряжение 110 кВ.

Другие распространенные марки:

• ПвБпШп: С изоляцией СПЭ, с броней из стальных оцинкованных проволок, в защитном шланге из полиэтилена.
• АПвП: С алюминиевой жилой, изоляцией СПЭ, в полиэтиленовой оболочке.
• ПвПу: С изоляцией СПЭ, в усиленной полиэтиленовой оболочке (толстостенной).

Требования к прокладке и монтажу

Прокладка кабелей СПЭ в земле регламентируется ПУЭ, СНиП и ведомственными нормами. Ключевые требования:

• Глубина прокладки: Обычно не менее 0,7-1,0 м от планировочной отметки. В зонах с возможными механическими воздействиями (проезд транспорта) – не менее 1,25 м.
• Подготовка траншеи: Дно траншеи должно быть очищено от камней, строительного мусора, корней. Рекомендуется устройство песчаной или песчано-гравийной подушки толщиной 100-150 мм.
• Защита кабеля: Для защиты от механических повреждений сверху кабель засыпают слоем мягкого грунта или песка (толщиной не менее 100 мм), после чего укладывают сигнальную ленту или кирпич. При пересечении с инженерными коммуникациями, в местах ввода в здание, при глубине менее 0,5 м кабель должен быть защищен трубами (ПНД, ПВХ, асбоцементными) или железобетонными лотками.
• Допустимые радиусы изгиба: При монтаже минимальный радиус изгиба многожильных кабелей составляет 15-20 наружных диаметров, после монтажа – 7,5-10 диаметров. Для одножильных кабелей значения больше из-за жесткости.
• Термическая стойкость: Необходимо учитывать тепловое сопротивление грунта. При прокладке в сухих песчаных или каменистых грунтах с высоким тепловым сопротивлением может потребоваться уменьшение нагрузки или применение специальных мер (засыпка песком, использование термостойких матов).
• Коррозионная защита: В грунтах с агрессивной средой (кислые, щелочные, засоленные) применяют кабели с оболочкой из стойких материалов (PE) и дополнительной защитой (кабель в пластиковой трубе).

Особенности монтажа соединительных и концевых муфт

Для кабелей СПЭ применяются термоусаживаемые или холодноусаживаемые муфты. При монтаже в земле муфты размещают в специальных кабельных колодцах или камерах. Критически важным является соблюдение чистоты при заделке изоляции, абсолютная герметичность соединения экранов и оболочки, а также правильное заземление металлических экранов с обеих сторон муфты.

Контроль и диагностика после прокладки

После монтажа кабельная линия подвергается приемо-сдаточным испытаниям повышенным напряжением постоянного тока (для кабелей до 35 кВ) или переменным напряжением очень низкой частоты (0,1 Гц). В процессе эксплуатации применяется мониторинг частичных разрядов, измерение температуры с помощью распределенных волоконно-оптических систем (DTS) и дистанционный тепловой контроль.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается кабель для прокладки в земле от кабеля для прокладки в воздухе (по эстакадам, галереям)?

Кабели для воздушной прокладки, как правило, не имеют броневого покрова, а их внешняя оболочка (обычно PVC) обладает повышенной стойкостью к ультрафиолетовому излучению. Кабели для земли имеют более стойкую к истиранию оболочку из PE и часто комплектуются броней. Использование «воздушного» кабеля в земле без дополнительной защиты (труба) недопустимо из-за риска быстрого механического повреждения и недостаточной стойкости оболочки к влаге и химии грунта.

Обязательно ли использовать бронированный кабель для прокладки в земле?

Не всегда. Решение принимается на основе анализа условий трассы. Бронированный кабель (типа ПвБпШп) обязателен при: прокладке в грунтах с большим содержанием камней, в зонах с риском раскопок, при пересечении дорог, в болотистых грунтах с возможными подвижками. В стабильных, песчаных грунтах, при прокладке в пластиковых или асбоцементных трубах допускается применение небронированных кабелей (типа ПвП).

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля СПЭ для прокладки в земле?

Выбор сечения производится в следующем порядке: 1) По длительно допустимому току нагрузки с учетом поправочных коэффициентов на температуру земли, удельное тепловое сопротивление грунта и количество работающих кабелей в траншее. 2) По потере напряжения (для сетей до 20 кВ). 3) По току короткого замыкания (проверка на термическую стойкость). 4) По экономической плотности тока (для сетей выше 35 кВ). Исходные данные для расчета приведены в ПУЭ гл. 1.3.

Каковы особенности прокладки одножильных кабелей СПЭ в земле?

При прокладке одножильных кабелей в земле в стальной броне из-за наведения вихревых токов в броне и оболочке возникают значительные потери, приводящие к снижению пропускной способности. Поэтому одножильные кабели для земли выполняют, как правило, с алюминиевой или свинцовой герметизирующей оболочкой, которая одновременно служит экраном, а броню (если требуется) накладывают из немагнитных материалов (алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь). Также кабели располагают вплотную треугольником или плоской звездой для взаимной компенсации магнитных полей.

Как бороться с коррозией металлических элементов кабеля (броня, экран) в земле?

Основные меры: применение оцинкованной стальной брони; наложение защитного шланга (оболочки) из PVC поверх брони; использование катодной защиты (протекторной или с наложенным током) для протяженных трасс в агрессивных грунтах; обеспечение качественного дренажа траншеи для отвода влаги.

Можно ли прокладывать кабели СПЭ в одной траншее с кабелями связи или другими силовыми кабелями?

Прокладка совместно с кабелями связи запрещена из-за опасности электромагнитного влияния. ПУЭ регламентирует минимальные расстояния между силовыми кабелями разных напряжений в общей траншее (обычно 100-250 мм для напряжений до 35 кВ, и более для ВН). Кабели должны быть разделены слоем земли или уложены на разделительные конструкции. Прокладка в одной траншее с трубопроводами (водоснабжение, отопление, газ, нефть) также строго регламентирована по расстояниям и условиям защиты.