Кабели сечение 240 мм из сшитого полиэтилена

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением 240 мм²: технические характеристики, применение и особенности эксплуатации

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) сечением 240 мм² представляют собой ключевой элемент современных кабельных линий электропередачи среднего и высокого напряжения. Данное сечение является одним из наиболее востребованных в распределительных сетях 6, 10, 20 и 35 кВ благодаря оптимальному балансу между пропускной способностью, механической прочностью, стоимостью и удобством монтажа. Эти кабели полностью вытеснили бумажно-масляную изоляцию в новых проектах благодаря превосходным диэлектрическим и эксплуатационным свойствам.

Конструкция кабеля 240 мм² с изоляцией XLPE

Конструкция силового кабеля на напряжение 6-35 кВ сечением 240 мм² является многослойной и строго регламентируется стандартами (ГОСТ, МЭК, HD). Каждый элемент выполняет критически важную функцию.

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки круглой или секторной формы. Для сечения 240 мм² жила, как правило, многопроволочная, что обеспечивает необходимую гибкость. Медь обеспечивает более высокую проводимость и стойкость к электрокоррозии, алюминий — меньший вес и стоимость.
• Экран по жиле (полупроводящей слой): Наносится поверх жилы методом экструзии. Выравнивает электрическое поле, устраняя микроскопические неровности поверхности, и предотвращает локальные концентрации напряженности, которые могут привести к пробою изоляции.
• Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE): Основной диэлектрический слой. Получается путем вулканизации (сшивки) молекул полиэтилена, в результате чего материал приобретает сетчатую структуру. Это резко повышает его термостойкость (до +90°C в продолжительном режиме и до +250°C при КЗ), механическую прочность и стойкость к трекингу по сравнению с термопластичным ПЭ.
• Экран по изоляции (полупроводящей слой): Внешний экран, концентрично наложенный на изоляцию. Вместе с экраном по жиле формирует цилиндрический конденсатор, обеспечивая радиальное распределение электрического поля.
• Металлический экран (броня): Выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, оплетки из медных проволок или гофрированной оболочки. Основные функции: защита от внешних электромагнитных помех, замыкание токов утечки при повреждении изоляции, использование в качестве нулевой жилы в сетях с изолированной нейтралью, а также механическая защита.
• Поясная изоляция и заполнители: Для многожильных кабелей (например, 3×240 мм²) индивидуально экранированные жилы скручиваются вместе, промежутки заполняются для придания круглой формы.
• Внешняя оболочка: Изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (ПЭ) или полимера, не содержащего галогенов (LSZH). Защищает от механических повреждений, влаги, агрессивных сред и обеспечивает необходимую стойкость к распространению горения.

Ключевые технические и электрические параметры

Параметры кабеля 240 мм² варьируются в зависимости от материала жилы, номинального напряжения и стандарта. Ниже приведены усредненные данные для кабеля на напряжение 10 кВ.

Таблица 1. Сравнительные характеристики кабелей 240 мм² на 10 кВ

Параметр	Кабель с алюминиевой жилой (АПвВнг)	Кабель с медной жилой (ПвВнг)	Примечание
Материал/сечение жилы	Алюминий, 240 мм²	Медь, 240 мм²	—
Максимальное рабочее напряжение, U0/U (Um)	6/10 (12) кВ или 8.7/15 (17.5) кВ		U0 — напряжение жила-земля, U — междуфазное
Допустимый длительный ток нагрузки (в земле)	~300 А	~390 А	Зависит от условий прокладки, температуры грунта
Сопротивление жилы постоянному току при +20°C	0.125 Ом/км	0.0754 Ом/км	ГОСТ 22483
Емкость на 1 км длины	~0.3 мкФ/км		Влияет на токи утечки и зарядную мощность
Индуктивное сопротивление	~0.1 Ом/км		Зависит от расстояния между жилами
Масса 1 км кабеля (3-жильный)	~7000 кг	~11000 кг	Значительная разница влияет на логистику и монтаж
Минимальный радиус изгиба	15-20 x Dкабеля		Крайне важно при прокладке в трассах
Допустимая температура жилы	+90°C (длит.), +130°C (КЗ, 4 сек.), +250°C (КЗ, 1 сек.)		Преимущество XLPE перед ПВХ (+70°C)

Области применения и схемы прокладки

Кабели сечением 240 мм² с изоляцией XLPE являются основой для создания магистральных и распределительных линий в сетях 6-35 кВ. Их применение включает:

• Питание районных и городских распределительных подстанций (РП, ТП).
• Кабельные вставки в воздушных линиях (ВЛ).
• Прокладка в тоннелях, коллекторах, кабельных каналах и по эстакадам в промышленных зонах.
• Вводы на генераторное напряжение на электростанциях.
• Питание крупных промышленных потребителей (заводы, насосные станции, ЦОД).

Основные способы прокладки: в земле (траншея) с песчаной подушкой и защитой кирпичом или плитами; в кабельных сооружениях (лотки, тоннели); на воздухе (по конструкциям). Для каждого способа существуют нормы по допустимому току нагрузки, которые корректируются с помощью поправочных коэффициентов (k1 — на температуру грунта/воздуха, k2 — на взаимное нагревание в пучке, k3 — на глубину прокладки).

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами изоляции

Преимущества кабелей с изоляцией XLPE 240 мм²:

• Высокая термостойкость: Допустимая температура жилы +90°C против +70°C у ПВХ и +80°C у бумажно-масляной изоляции.
• Высокая стойкость к токам КЗ: Благодаря сшитой структуре полимера.
• Отличные диэлектрические свойства: Низкие диэлектрические потери (tg δ), высокая электрическая прочность.
• Простота монтажа и эксплуатации: Не требуют сложных ограничителей давления масла, допускают прокладку на вертикальных участках без ограничений по разности уровней.
• Меньший вес и внешний диаметр: По сравнению с бумажно-масляными кабелями аналогичного напряжения и сечения.
• Высокая стойкость к влаге и химическим воздействиям.

Недостатки и ограничения:

• Чувствительность к частичным разрядам (ПР): Микроскопические полости в изоляции или на границе с экраном могут со временем развиваться под действием ПР, приводя к старению. Требуется безупречное качество изготовления.
• Сложность ремонта: Восстановление изоляции XLPE в полевых условиях требует специального оборудования и материалов.
• Более высокая стоимость: По сравнению с кабелями с изоляцией из ПВХ, но сопоставима или ниже, чем у маслонаполненных.
• Требовательность к технологии монтажа муфт: Необходима абсолютная чистота, соблюдение геометрии и использование специального инструмента для зачистки экранов и изоляции.

Особенности монтажа, соединения и оконцевания

Монтаж кабеля 240 мм² требует специального оборудования из-за его веса и жесткости. Для соединения и оконцевания используются кабельные муфты — соединительные (СМ) и концевые (КМ). Технология монтажа муфт на кабели с изоляцией XLPE является холодной (с использованием предварительно отформованных элементов и термоусаживаемых компонентов) или горячей (термоусаживаемые муфты). Ключевые этапы:

• Разделка кабеля с точным послойным снятием оболочки, экранов и изоляции по шаблону.
• Очистка и подготовка поверхности изоляции жилы (шлифовка для удаления полупроводящего слоя).
• Установка экранов, градиентных элементов, изоляционных колпачков.
• Восстановление электрической целостности экранов и их заземление. Для кабелей 240 мм² на 6-35 кВ заземление металлического экрана с двух сторон является обязательным для обеспечения селективности релейной защиты и безопасности.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем принципиальная разница между кабелями АПвВнг и ПвВнг 1х240 и 3х240?

АПвВнг — кабель с алюминиевой (А) жилой, изоляцией из сшитого полиэтилена (Пв), с ПВХ оболочкой (В), не распространяющей горение (нг). ПвВнг — с медной жилой (обозначение «М» в маркировке часто опускается). Кабель 1х240 — одножильный, требует прокладки всех трех фаз вплотную для компенсации магнитных полей. Кабель 3х240 — трехжильный, все жилы в общей оболочке, более удобен в прокладке, но имеет больший диаметр и вес.

2. Какой допустимый длительный ток для кабеля 240 мм², проложенного в земле и на воздухе?

Для кабеля 8,7/15 кВ 3х240 мм² с медной жилой, проложенного в земле (температура грунта +15°C, глубина 0.7 м, один кабель в траншее) — около 390 А. При прокладке на воздухе (в лотке, температуре воздуха +25°C) — около 420 А. Для алюминиевого кабеля токи ниже примерно в 1.28 раза (отношение проводимостей). Точные значения берутся из ПУЭ гл. 1.3 с применением всех поправочных коэффициентов.

3. Почему при прокладке в земле обязательно использование песчаной подушки и защитного покрытия?

Песчаная подушка (слой песка без камней толщиной 10-15 см) защищает оболочку кабеля от механических повреждений острыми предметами в грунте. Защитное покрытие (кирпич, бетонные плиты) служит для обозначения трассы и защиты от повреждений при последующих земляных работах.

4. Как правильно выбрать сечение 240 мм²? Какие расчеты необходимо выполнить?

Выбор сечения 240 мм² должен быть подтвержден расчетами:

• По допустимому длительному току нагрузки (нагрев).
• По потере напряжения (ΔU%) — особенно для протяженных линий.
• По термической стойкости к токам короткого замыкания (проверка, что кабель выдержит ток КЗ за время его отключения).
• По экономической плотности тока — для сетей выше 1000 В.

Сечение 240 мм² часто является результатом этих расчетов для нагрузок порядка 4-7 МВт при напряжении 10 кВ.

5. Каковы особенности заземления экранов кабелей на 6-35 кВ?

Металлические экраны (броня) кабелей на 6-35 кВ должны быть заземлены с двух сторон для протекания тока на землю в аварийном режиме, что обеспечивает корректную работу защит. В нормальном режиме в экранах наводятся циркулирующие токи, что приводит к потерям. Для их снижения на длинных линиях применяют перекрестное соединение экранов с установкой защитных устройств (ограничителей перенапряжений) в точках раздела.

6. Что означает маркировка «ПвПнг» или «ПвПу»?

«ПвПнг» — кабель с изоляцией XLPE (Пв), в полиэтиленовой оболочке (П), не распространяющий горение (нг). «ПвПу» — кабель с изоляцией XLPE (Пв), в усиленной полиэтиленовой оболочке (Пу), предназначенной для прокладки в земле без дополнительной защиты (кроме песчаной подушки).

Заключение

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением 240 мм² являются технологичным, надежным и экономически обоснованным решением для строительства и модернизации распределительных сетей среднего напряжения. Их превосходные эксплуатационные характеристики, долгий срок службы (более 30 лет) и относительная простота монтажа обусловили их повсеместное применение. Успешная эксплуатация таких кабельных линий напрямую зависит от корректного выбора типа кабеля, качественного проектирования трассы, строгого соблюдения технологий монтажа муфт и квалифицированного обслуживания, включающего диагностику частичных разрядов и контроль состояния изоляции.