Кабели силовые на напряжение 10 кВ с пластмассовой изоляцией и без бронепокрова представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках с номинальным переменным напряжением до 10 кВ частотой 50 Гц. Основная сфера их применения — прокладка в кабельных сооружениях (лотках, коробах, галереях, тоннелях), в производственных помещениях, а также в земле (траншеях) при условии отсутствия механических повреждений и растягивающих усилий. Отсутствие брони делает их легче и гибче по сравнению с бронированными аналогами, что упрощает монтаж и снижает стоимость.
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Стандартная последовательность слоев от жилы к оболочке выглядит следующим образом.
Изготавливается из алюминия или меди. Для сечений от 50-70 мм² и выше жилы, как правило, секторной или сегментной формы для компактности. Жилы могут быть однопроволочными (для меньших сечений) или многопроволочными, что повышает гибкость.
Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена или полупроводящей бумаги/ленты (в устаревших конструкциях). Его назначение — выравнивание электрического поля и предотвращение локальных концентраций напряженности на микронеровностях жилы, что защищает основную изоляцию от пробоя.
Выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE) или, реже, из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ) или этиленпропиленовой резины (EPR). Для напряжения 10 кВ сшитый полиэтилен является доминирующим материалом благодаря выдающимся диэлектрическим и температурным характеристикам. Толщина изоляции нормируется стандартами (например, ГОСТ 31996-2012 или МЭК 60502-2).
Наносится поверх основной изоляции. Материал — аналогичен экрану на жиле. Образует совместно с экраном на жиле коаксиальную систему, направляющую электрическое поле внутрь изоляции и обеспечивающую симметрию поля вокруг жилы.
В трехжильных кабелях поверх индивидуально экранированных жил может накладываться обмотка из полупроводящих или изоляционных лент для придания кабелю круглой формы и дополнительной стабилизации конструкции.
Выполняется в виде оплетки из медных проволок, медной ленты (гофрированной или гладкой) или комбинации thereof. Это критически важный элемент. Его функции: защита от электромагнитных помех, замыкание токов утечки в случае повреждения основной изоляции, обеспечение симметрии электрического поля и безопасность для персонала (снижение напряжения прикосновения на оболочке до нуля при правильном заземлении). В кабелях без брони этот экран также выполняет роль элемента, выдерживающего токи короткого замыкания.
Защищает все внутренние элементы от воздействия влаги, агрессивных сред, механических воздействий и ультрафиолета. Материал — поливинилхлоридный пластикат (ПВХ) или полиэтилен (PE, чаще всего HDPE — полиэтилен высокой плотности). PE обладает лучшими влагозащитными и диэлектрическими свойствами, ПВХ — большей гибкостью и стойкостью к распространению горения.
Основные параметры регламентируются национальными (ГОСТ, ТУ) и международными стандартами (МЭК, EN). Для России основополагающим является ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ» и, что важно, его более новые редакции, распространяющиеся и на напряжение 10 кВ.
| Параметр | Значение / Описание | Нормативный документ (пример) |
|---|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U (Um) | 6/10 (12) кВ или 8,7/10 (12) кВ | ГОСТ 31996-2012, МЭК 60502-2 |
| Система напряжения | U0 — напряжение между жилой и землей; U — между жилами; Um — макс. рабочее напряжение. | |
| Температура длительно допустимая нагрева жилы | +90 °C | ГОСТ 31996-2012 |
| Макс. температура при КЗ (длительность до 5 с) | +250 °C | ГОСТ 31996-2012 |
| Минимальная температура монтажа (без предварительного подогрева) | -20 °C для ПВХ оболочки, -15 °C для PE оболочки | Рекомендации производителей |
| Минимальный радиус изгиба при монтаже | 15 x (наружный диаметр кабеля) для одножильных; 12 x (НД) для многожильных | МЭК 60502-1 |
| Строительная длина | Не менее 250 м для сечений до 50 мм², не менее 200 м для сечений 70 мм² и выше | ГОСТ 31996-2012 |
Кабели без брони применяются там, где отсутствуют риски значительных механических воздействий, растяжения и вибрации.
Ограничения: Не применяются для прокладки в воде, в болотистой местности с риском всплытия, в грунтах с высоким содержанием крупнообломочных материалов без защиты, в зонах с высоким риском повреждения грызунами, для подвески на тросах (требуются специальные подвесные кабели), в условиях значительных растягивающих усилий.
В России применяется буквенная маркировка согласно ГОСТ 31996-2012. Пример расшифровки кабеля АПвПу 8,7/15 кВ 1х240/35-1:
Другие распространенные марки: ПвПг (с изоляцией XLPE, оболочкой PE, гидрофобным заполнением), ЦСП (кабель с изоляцией XLPE, медным экраном, оболочкой PE, без джутовой подушки).
Монтаж требует строгого соблюдения правил для обеспечения надежности и безопасности.
| Критерий | Кабель без брони (напр., АПвПу) | Кабель с броней (напр., АПвБбШп) |
|---|---|---|
| Механическая защита | Базовая, только от сдавливания. Уязвим к ударам, порезам, растяжению. | Высокая. Броня из стальных лент или оцинкованных проволок защищает от механических повреждений, грызунов. |
| Масса и гибкость | Меньшая масса, большая гибкость. Проще в монтаже, требует меньших усилий при укладке. | Большая масса, меньшая гибкость. Монтаж более трудоемок. |
| Стоимость | Ниже за счет отсутствия брони и внешних защитных покровов. | Выше на 15-30%. |
| Область применения | Кабельные сооружения, помещения, земля (при отсутствии риска повреждений). | Прямая прокладка в земле (траншеях), в т.ч. в агрессивных грунтах, зоны с риском повреждений, переходы через дороги. |
| Требования к заземлению | Заземляется только медный экран. | Заземлению подлежат и медный экран, и стальная броня (обычно на одном конце для предотвращение циркулирующих токов). |
Разница заключается в уровне номинального напряжения между жилой и землей (U0). Кабель 6/10 кВ предназначен для работы в сетях с изолированной нейтралью или компенсированной нейтралью, где напряжение на неповрежденной фазе относительно земли при однофазном замыкании не превышает 6 кВ. Кабель 8,7/10 кВ используется в сетях с эффективно заземленной нейтралью (глухозаземленной), где это напряжение может достигать 8,7 кВ. Применение кабеля с меньшим U0 в сети с большим U0 недопустимо и приведет к ускоренному старению изоляции и пробою.
Да, согласно ГОСТ 31996-2012, кабели марок АПвПу, ПвПуг и им подобные предназначены для прокладки в земле (категория размещения «1»). Однако это допустимо только при условии отсутствия в трассе растягивающих усилий, вибрации, риска механических повреждений при раскопках. Обязательно требуется устройство песчаной подсыпки, укладка сигнальной ленты, а над кабелем — защитное покрытие из кирпича или бетонных плит. В каменистых грунтах, на трассах с ожидаемыми смещениями грунта рекомендуется применение бронированных кабелей.
Пластмассовая изоляция, особенно сшитый полиэтилен, крайне чувствительна к воздействию влаги и частичным разрядам. Концевая муфта выполняет несколько функций: обеспечивает плавный градиент электрического поля в зоне среза экрана (через стрелку или гелевый наполнитель), герметизирует торец кабеля от проникновения влаги и загрязнений, обеспечивает механическую фиксацию и переход на открытые шины или аппаратуру. Заделка изолентой не решает ни одной из этих задач и неизбежно приведет к пробою и выходу кабеля из строя.
Сечение медного экрана нормируется для обеспечения протекания токов короткого замыкания в течение времени срабатывания защиты. Оно выбирается проектировщиком на основе расчетов токов КЗ и времени отключения. Стандартные значения: 16, 25, 35, 50 мм². Чем больше ожидаемый ток КЗ и время его протекания, тем больше должно быть сечение экрана. Использование кабеля с экраном меньшего сечения, чем требуется по расчету, может привести к его перегоранию при КЗ с последующим выходом кабеля из строя и опасностью для окружающих.
Да, допустима, но с учетом теплового воздействия. При совместной прокладке необходимо выполнять пересчет допустимой токовой нагрузки для всех кабелей в пучке с помощью соответствующих поправочных коэффициентов (уменьшающих коэффициентов), приведенных в ПУЭ (Правила устройства электроустановок) и стандартах. Прокладка должна обеспечивать свободный теплоотвод. Также важно помнить, что в одножильных кабелях экраны должны быть перекрещенно соединены для компенсации наведенных токов.
XLPE (Cross-Linked Polyethylene) — сшитый полиэтилен. В процессе производства молекулы полиэтилена «сшиваются» в трехмерную сетку, что резко повышает его термическую стойкость (до +90°C против +70°C у ПВХ), стойкость к тепловым деформациям и растрескиванию, улучшает диэлектрические характеристики. Для напряжений 6-10 кВ и выше XLPE является стандартом де-факто. ПВХ изоляция для таких напряжений практически не применяется из-за более высоких диэлектрических потерь, меньшей допустимой температуры и склонности к деградации при нагреве.