Кабели силовые 15 кВ с пластмассовой изоляцией бронированные

Кабели силовые на напряжение 15 кВ с пластмассовой изоляцией бронированные: конструкция, применение и технические аспекты

Силовые кабели на напряжение 15 кВ с пластмассовой изоляцией и броней представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках при переменном напряжении частотой 50 Гц с изолированной или эффективно заземленной нейтралью. Их основная сфера применения — прокладка в земле (траншеях), кабельных каналах, тоннелях, шахтах, а также в условиях, где существует риск механических повреждений. Броня обеспечивает защиту от внешних воздействий: грызунов, растягивающих усилий, случайных повреждений при раскопках.

Конструкция кабеля

Конструкция бронированного кабеля на 15 кВ является многослойной, каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Основные компоненты, начиная от центра:

• Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия или меди, круглой или секторной формы. Сечение жилы выбирается исходя из условий токовой нагрузки и может варьироваться от 35 до 1000 мм² и более. Для кабелей на 15 кВ, как правило, применяется одножильная или трехжильная конструкция.
• Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, СИП). Полупроводящей экструдированный слой, выравнивающий электрическое поле вокруг жилы и предотвращающий локальные концентрации напряженности.
• Изоляция. Основной барьер, определяющий класс напряжения. Для 15 кВ применяются два основных типа пластмассовой изоляции:
  • Сшитый полиэтилен (XLPE, СИП). Наиболее распространенный материал. Обладает высокой термостойкостью (допустимая температура длительной работы +90°C), отличными диэлектрическими и механическими свойствами, стойкостью к тепловым ударам.
  • Поливинилхлорид (ПВХ, PVC). Применяется реже для данного класса напряжения. Имеет более низкую допустимую температуру нагрева (+70°C) и худшие диэлектрические потери, но отличается высокой гибкостью и нераспространением горения.
• Экран по изоляции. Полупроводящей слой, дополненный медными лентами или проволоками. Предназначен для создания равномерного электрического поля, отвода токов утечки и обеспечения безопасности при касании. В трехжильных кабелях поверх общего экрана часто накладывается поясная изоляция.
• Разделительный слой. Изготавливается из полимерной пленки или крепированной бумаги. Защищает внутренние слои от повреждения броней и обеспечивает легкое снятие бронепокрова при монтаже.
• Броня. Защитный механический слой. Для кабелей, прокладываемых в земле, применяется, как правило, броня из стальных оцинкованных лент (двухслойная, с перекрытием). Для условий с повышенными растягивающими нагрузками (вертикальные шахты, мосты) используется броня из стальных оцинкованных проволок.
• Наружный защитный шланг (оболочка). Изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена (PE). Защищает броню от коррозии, воздействия влаги, агрессивных сред и обеспечивает необходимый уровень пожарной безопасности (например, ПВХ пониженной горючести).

Ключевые технические характеристики и стандарты

Кабели на 15 кВ производятся в соответствии с национальными и международными стандартами: ГОСТ 31996-2012 (Россия), IEC 60502-2, VDE 0276-620. Основные параметры:

Электрические параметры (на примере кабеля с изоляцией XLPE, ГОСТ 31996-2012)

• Номинальное напряжение U₀/U (U_m): 8,7/15 кВ (20,5 кВ). Где U₀ – напряжение между жилой и землей, U – междуфазное напряжение, U_m – максимальное рабочее напряжение.
• Испытательное переменное напряжение промышленной частоты: 30 кВ (в течение 10 мин. для кабелей после монтажа).
• Испытательное постоянное напряжение (для приемо-сдаточных испытаний): 36 кВ (в течение 15 мин.).
• Допустимая температура длительной работы жилы: +90°C для XLPE; +70°C для ПВХ.
• Допустимая температура при коротком замыкании (не более 5 сек): +250°C для XLPE; +160°C для ПВХ.

Таблица 1. Пример выбора сечения по длительно допустимому току (для трехжильного кабеля 8,7/15 кВ с изоляцией XLPE, броня из лент, прокладка в земле при температуре грунта +25°C)

Номинальное сечение жилы, мм²	Медь, ток, А	Алюминий, ток, А
50	245	190
95	355	275
150	460	355
240	590	460
400	770	600

Примечание: Точные значения зависят от конкретных условий прокладки (глубина, тепловое сопротивление грунта, количество кабелей в траншее), которые учитываются с помощью поправочных коэффициентов.

Области применения и способы прокладки

Бронированные кабели на 15 кВ используются в случаях, когда необходима защита от механических воздействий. Основные области:

• Кабельные линии электропередачи от подстанций 35/10(6) кВ к городским и промышленным распределительным пунктам.
• Питание крупных промышленных предприятий, насосных станций, горнодобывающих комплексов.
• Прокладка в грунтах с повышенной коррозионной активностью (при использовании наружного шланга из полиэтилена).
• Участки с риском повреждения грызунами.
• Прокладка в коллекторах, тоннелях и по эстакадам, где возможны падения тяжелых предметов.

Способы прокладки: непосредственно в земле (траншее) с песчаной подушкой и защитой кирпичом или плитами; в кабельных блоках и трубах; в кабельных сооружениях (тоннелях, коллекторах, этажах). При прокладке в земле обязательно соблюдение требований к глубине заложения (обычно 0,7-1,0 м), расстоянию между параллельно проложенными кабелями и наличию сигнальной ленты.

Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабелей 15 кВ требует специальной подготовки и оборудования. Ключевые этапы:

• Раскатка. Запрещается сбрасывать барабаны с транспортных средств. Раскатка производится с помощью лебедок или кабельных укладчиков с использованием роликов для предотвращения повреждения оболочки и брони. Минимально допустимые радиусы изгиба строго нормированы (например, 15-20 наружных диаметров кабеля при монтаже).
• Разделка концов. Точная послойная зачистка кабеля для установки концевых муфт. Требует высокого навыка для обеспечения равномерного распределения электрического поля в зоне среза экрана.
• Установка соединительных и концевых муфт. Применяются специальные муфты (стопорные, соединительные, концевые) на 15 кВ, рассчитанные на полное соответствие электрическим и механическим параметрам кабеля. Монтаж производится по строгой технологической карте в условиях чистоты для исключения загрязнения изоляции.
• Заземление брони и экранов. Броня и экраны должны быть надежно заземлены с двух концов кабельной линии для безопасности и нормальной работы защит. В случае длинных линий может применяться поперечное заземление экрана для снижения циркулирующих токов.

Преимущества и недостатки по сравнению с кабелями в бумажно-масляной изоляции

• Преимущества:
  • Отсутствие риска утечки пропиточного состава, возможность прокладки на вертикальных участках без ограничения по высоте.
  • Более высокая допустимая температура работы (для XLPE), что позволяет увеличить пропускную способность.
  • Меньший вес и внешний диаметр при аналогичных параметрах.
  • Простота монтажа и обслуживания, отсутствие необходимости в сложных системах масляного давления и сигнализации.
  • Меньшие диэлектрические потери.
• Недостатки:
  • Более высокая чувствительность к частичным разрядам в случае дефектов изготовления или монтажа.
  • Для кабелей с ПВХ изоляцией — ограничение по температуре и пропускной способности.
  • Необходимость применения специальных муфт и строгого соблюдения технологии монтажа.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями с изоляцией XLPE и ПВХ на 15 кВ?

Основные различия лежат в температурном режиме и диэлектрических свойствах. XLPE (СИП) допускает нагрев жилы до +90°C, имеет лучшую стойкость к тепловым перегрузкам и более низкие диэлектрические потери. ПВХ изоляция ограничена температурой +70°C, но обладает лучшей гибкостью и, как правило, не распространяет горение, что может быть критично для прокладки в пожароопасных помещениях. Для основных подземных трасс среднего напряжения стандартом де-факто является XLPE.

Когда необходимо применять броню из проволок, а когда из лент?

Броня из стальных оцинкованных лент (тип Бл по ГОСТ) применяется для защиты от механических повреждений при прокладке в земле (камни, острые предметы, грызуны) и от растягивающих усилий небольшой величины. Броня из стальных оцинкованных проволок (тип Бпв) используется в условиях, где возможны значительные растягивающие нагрузки: прокладка по мостам, в вертикальных и наклонных шахтах (более 45°), в обводненных грунтах с риском просадок.

Как правильно выбрать сечение жилы кабеля 15 кВ?

Выбор сечения производится по четырем основным критериям: 1) По длительно допустимому току нагрузки (нагрев) с учетом всех поправочных коэффициентов на условия прокладки; 2) По потере напряжения (должна быть в пределах нормы для данного класса напряжения); 3) По термической стойкости к токам короткого замыкания; 4) По экономической плотности тока (для проектов с большими длинами и нагрузками). Первый критерий является базовым, и его расчет должен быть выполнен в первую очередь.

Нужно ли заземлять броню и экраны кабеля, и если да, то как?

Да, заземление брони и экранов обязательно с обоих концов линии. Это обеспечивает электробезопасность персонала (снятие потенциала с металлических элементов), создает путь для токов короткого замыкания и способствует корректной работе релейной защиты. Заземление выполняется медным проводником соответствующего сечения, присоединяемым к контуру заземления подстанции или к специальному заземляющему устройству. Для экранов на длинных линиях иногда применяют одноточечное или поперечное заземление для снижения потерь.

Каковы основные причины выхода из строя кабелей 15 кВ с пластмассовой изоляцией?

Основные причины отказов: 1) Механические повреждения при раскопках (отсутствие или некачественная маркировка трассы); 2) Дефекты монтажа концевых и соединительных муфт (нарушение герметичности, загрязнение изоляции, неправильная фазировка); 3) Повреждение оболочки и брони коррозией в агрессивных грунтах при неправильном выборе материала наружного шланга; 4) Старение изоляции под воздействием термоциклирования и частичных разрядов; 5) Перегрузка по току, ведущая к термическому старению изоляции.

Какой материал наружной оболочки предпочтительнее: ПВХ или Полиэтилен?

Выбор зависит от условий прокладки. Полиэтилен (PE, в маркировке кабеля «2г» или «2гп») обладает высокой стойкостью к влаге и химической агрессии (кислоты, щелочи в грунте). ПВХ (PVC, «2х» или «2хп») обладает лучшей стойкостью к распространению горения и ультрафиолетовому излучению, но может терять эластичность на морозе. Для прокладки в земле, особенно в агрессивных грунтах, часто предпочтительнее полиэтилен. Для открытой прокладки в помещениях или кабельных сооружениях — ПВХ пониженной горючести.