Кабели силовые 10 кВ с пластмассовой изоляцией без брони
Кабели силовые 10 кВ с пластмассовой изоляцией без брони: конструкция, применение, стандарты
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.
Конструктивные элементы кабеля 10 кВ без брони
Конструкция кабеля является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Стандартная последовательность слоев от жилы к оболочке выглядит следующим образом.
1. Токопроводящая жила
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.
2. Экран на жиле (полупроводящей слой)
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.
3. Основная изоляция
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).
4. Экран на изоляции (полупроводящей слой)
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.
5. Поясная изоляция
В трехжильных кабелях поверх индивидуально экранированных жил может накладываться обмотка из полупроводящих или изоляционных лент для придания кабелю круглой формы и дополнительной стабилизации конструкции.
6. Медный экран (заземляющий)
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.
7. Внешняя оболочка
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.
Ключевые технические характеристики и стандарты
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 |
Области применения и ограничения
Кабели без брони применяются там, где отсутствуют риски значительных механических воздействий, растяжения и вибрации.
- Прокладка в кабельных каналах, лотках, коробах, тоннелях и эстакадах. Это основная сфера применения.
- Прокладка в производственных помещениях и ЗРУ. Удобны для разводки внутри подстанций.
- Прокладка в земле (траншеях). Допустима, но требует соблюдения условий: отсутствие нагрузок на растяжение, использование защитных плит или кирпича при риске механических повреждений, низкая коррозионная активность грунта. Не рекомендуется для трасс с высокой вероятностью раскопок (строительные площадки).
- Прокладка по фасадам зданий и конструкциям. Требует защиты от УФ-излучения (оболочка из светостабилизированного PE или ПВХ).
- А — материал жилы: алюминий (медь не обозначается).
- Пв — изоляция: сшитый полиэтилен (вспененный).
- Пу — оболочка: усиленный полиэтилен.
- 8,7/15 кВ — номинальное напряжение U0/U.
- 1х240/35 — 1 жила сечением 240 мм², сечение экрана 35 мм².
- -1 — категория размещения (для прокладки в земле).
- Заземление экранов. Медные экраны всех трех жил должны быть надежно соединены и заземлены с двух концов кабельной линии. Это необходимо для отвода токов утечки и обеспечения безопасности. В линиях большой длины может применяться поперечное соединение экранов для снижения потерь.
- Установка концевых заделок. Требуется использование специализированных концевых муфт (КНМ), предназначенных для кабелей с пластмассовой изоляцией. Они обеспечивают электрическую и механическую герметизацию конца кабеля, снятие напряженности на краю экрана и защиту от влаги.
- Учет теплового расширения. При прокладке в лотках «змейкой» необходимо оставлять запас для компенсации линейных расширений при нагреве под нагрузкой.
- Испытания после монтажа. Обязательным является проведение высоковольтных испытаний повышенным напряжением постоянного тока (как правило, 6U0 в течение 10-15 минут) для выявления возможных повреждений изоляции, допущенных при монтаже.
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.
Маркировка и обозначения
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).
Особенности монтажа и эксплуатации
Монтаж требует строгого соблюдения правил для обеспечения надежности и безопасности.
Сравнение с бронированными кабелями
| 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). |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. В чем принципиальная разница между кабелями на 6/10 кВ и 8,7/10 кВ?
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.
2. Можно ли прокладывать кабель без брони АПвПу напрямую в земле?
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.
3. Почему при монтаже обязательно используют концевые муфты, а не просто заделывают конец изолентой?
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.
4. Как правильно выбрать сечение экрана (указано в маркировке, например, /25 или /35)?
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.
5. Допустима ли совместная прокладка в одном лотке одно- и трехжильных кабелей 10 кВ?
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.
6. Что означает аббревиатура XLPE и чем она лучше ПВХ изоляции для 10 кВ?
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.