Кабели силовые на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией без брони: конструкция, применение, стандарты

Силовые кабели на напряжение 20 кВ с пластмассовой изоляцией, не имеющие бронированного покрова, представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 20 кВ частотой 50 Гц. Их основная сфера применения — прокладка в кабельных сооружениях (лотках, коробах, галереях, тоннелях, эстакадах), в производственных помещениях, а также в земле (траншеях) при условии отсутствия механических повреждений и растягивающих усилий, что требует использования защитных труб или кабельных каналов.

Конструкция кабеля

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

• Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия или меди, круглой или секторной (сегментной) формы. Секторная форма позволяет уменьшить общий диаметр кабеля и более эффективно использовать пространство в кабельных линиях. Жилы могут быть однопроволочными (класс 1 по ГОСТ 22483) для сечений до 16-25 мм² и многопроволочными (классы 2, 3, 4) для больших сечений и повышенной гибкости.
• Экран на жиле (для кабелей с изолированными жилами): В кабелях на напряжение 6 кВ и выше каждая фазная жила должна быть экранирована. Экран выполняется в виде полупроводящего (электропроводящего) слоя, обычно из сшитого полиэтилена с добавлением сажи или полупроводящей ленты. Его назначение — выравнивание электрического поля вокруг жилы, предотвращение возникновения частичных разрядов и коронного разряда на границе раздела жила/изоляция.
• Изоляция: Основной изолирующий слой. Для кабелей 20 кВ применяются современные термопластичные или сшитые полимерные материалы:
  • Сшитый полиэтилен (XLPE): Наиболее распространенный материал. Обладает высокой электрической прочностью, термостойкостью (допустимая температура длительной нагрузки +90°C), стойкостью к тепловым ударам и химическим воздействиям. Получается путем вулканизации полиэтилена, что создает пространственно-сшитую молекулярную структуру.
  • Поливинилхлорид (ПВХ): Применяется реже для данного класса напряжения, обычно до 10(12) кВ. Имеет более низкие температурные пределы (длительная рабочая температура +70°C) и электрические характеристики по сравнению с XLPE, но отличается высокой стойкостью к распространению пламени и хорошими механическими свойствами.
• Экран на изоляции (общий экран): Выполняется в виде медной или алюминиевой ленты, наложенной продольно или в виде оплетки из медных проволок. В современных конструкциях часто используется комбинация: полупроводящая лента + медная лента + проволочные проводники (дренажные жилы). Функции: защита от внешних электромагнитных помех, создание симметричного электрического поля, обеспечение пути для тока утечки и тока короткого замыкания.
• Поясная изоляция: Слой, накладываемый поверх общего экрана. Обычно выполняется из ПВХ или полиэтилена. Служит для защиты металлического экрана от коррозии и механических повреждений, а также для обеспечения электрической изоляции экрана от внешней среды.
• Защитная оболочка: Наружный покров, предохраняющий кабель от воздействия влаги, химических веществ, солнечного излучения и механических воздействий. Материал — поливинилхлорид (ПВХ) различных типов (ПВХ пластикат, ПВХ пониженной горючести, ПВХ морозостойкий) или полиэтилен (PE). Оболочка кабелей без брони является единственным механическим барьером.

Ключевые технические характеристики и стандарты

Производство и испытание кабелей регламентируется национальными и международными стандартами. В РФ основным документом является ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ». Для напряжений 6 кВ и выше (включая 20 кВ) применяются ТУ 16.К71-335-2004 и серия ТУ 16.К71-300-2004, а также международные стандарты МЭК 60502-2. Основные параметры:

Таблица 1. Основные технические параметры кабеля 20 кВ с изоляцией XLPE

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение U0/U (Um)	12/20 кВ (24 кВ)
Система испытательного напряжения	U0 = 12 кВ (фазное), U = 20 кВ (междуфазное), Um = 24 кВ (макс. длительное рабочее)
Частота	50 Гц
Испытательное переменное напряжение	30 кВ (2.5U0) в течение 10 минут после прокладки
Испытательное постоянное напряжение (для приемо-сдаточных испытаний)	48 кВ (4U0) в течение 15 минут
Допустимая температура жилы при длительной нагрузке (XLPE)	+90°C
Допустимая температура жилы при перегрузке	+130°C (не более 100 часов в год, 8 часов максимум за сутки)
Допустимая температура жилы при коротком замыкании	+250°C (максимум 5 секунд)
Минимальный радиус изгиба при прокладке	15 наружных диаметров кабеля для одножильных; 12 наружных диаметров для многожильных
Климатическое исполнение	УХЛ, Т категории размещения 1-5 по ГОСТ 15150 (для умеренного и холодного климата)

Области применения и ограничения

Кабели без бронепокрова нашли широкое применение благодаря относительно небольшому весу, гибкости и удобству монтажа. Основные сферы использования:

• Распределительные сети 10(6)-20 кВ в городах и населенных пунктах (кабельная прокладка в коллекторах и тоннелях).
• Внутриплощадочные сети промышленных предприятий, ТЭЦ, ГРЭС (в кабельных этажах, галереях, по эстакадам).
• Электроснабжение крупных торговых центров, административных зданий, больниц (внутренние магистральные линии).
• Вводы в силовые трансформаторы и распределительные устройства (КРУ, КСО).

Ограничения и требования к прокладке: Отсутствие брони делает кабель уязвимым к механическим воздействиям. Прокладка в земле (траншее) допускается только при условии защиты сигнальными лентами, плитами или, что предпочтительнее, в двустенных гофрированных или гладких полиэтиленовых/ПВХ трубах. Запрещена прокладка в земле на участках с риском раскопок, в грунтах с большим содержанием строительного мусора, камней, в зонах с повышенной коррозионной активностью без дополнительной защиты. При прокладке в воздухе (по фасадам, между зданиями) необходимо учитывать риск механических повреждений и воздействие УФ-излучения (оболочка должна быть устойчивой к солнечному свету).

Маркировка и обозначение

Маркировка кабелей производится в соответствии с единой системой обозначений. Пример расшифровки марки кабеля АПвПу 1х240/35-12/20 кВ:

• А — материал жилы: алюминий (отсутствие буквы означает медь).
• Пв — материал изоляции: сшитый полиэтилен (вулканизированный).
• Пу — материал оболочки: полиэтилен усиленный (стабилизированный).
• 1х240/35 — количество и сечение основных жил (1 жила 240 мм²) и сечение экрана (35 мм²).
• 12/20 кВ — номинальное напряжение (U₀/U).

Другие распространенные марки: АПвП, АПвВ, ПвП, ПвВ (где «В» — оболочка из ПВХ).

Сравнение с бронированными аналогами

Таблица 2. Сравнение кабелей 20 кВ без брони и с броней (АПвПб, АПвПу)

Критерий	Кабель без брони (АПвПу, АПвВ)	Кабель с броней (АПвПбШп, АПвБбШв)
Защита от механических воздействий	Минимальная, только оболочка	Высокая, за счет стальных оцинкованных лент или проволок
Защита от грызунов	Не защищен	Частично защищен бронепокровом
Вес и гибкость	Меньший вес, большая гибкость	Больший вес, меньшая гибкость (особенно с ленточной броней)
Стоимость	Ниже	Выше за счет дополнительных материалов и сложности конструкции
Сфера прокладки	Кабельные сооружения, трубы, помещения, воздух (с защитой)	Непосредственно в землю (траншеи), в т.ч. в агрессивных грунтах, в зонах с риском повреждений
Монтаж и подготовка концов	Проще, не требует разделки брони	Сложнее, необходимо заземление брони и ее разделка

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Можно ли прокладывать кабель АПвПу 20 кВ без брони непосредственно в земле?

Прямая прокладка в земле без дополнительной защиты не рекомендуется и часто запрещена проектной документацией. Допускается прокладка в траншее при условии защиты кабеля с помощью гофрированных или гладких труб из ПЭ/ПВХ высокого давления, бетонных лотков или кирпичной защиты. Это необходимо для защиты от механических повреждений при раскопках, давления грунта и корней растений.

2. В чем принципиальная разница между изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) и ПВХ для напряжения 20 кВ?

Для напряжения 20 кВ изоляция из ПВХ практически не применяется. XLPE обладает значительно более высокой (примерно в 2 раза) электрической прочностью, допустимой рабочей температурой (+90°C против +70°C у ПВХ), стойкостью к тепловым деформациям и меньшими диэлектрическими потерями. Кабели на 20 кВ с изоляцией из ПВХ являются устаревшими и не соответствуют современным требованиям по надежности и пропускной способности.

3. Как правильно выбрать сечение экрана (заземляющей жилы) для кабеля 20 кВ?

Сечение экрана (дренажных жил) нормируется стандартами и ТУ. Оно выбирается исходя из тока короткого замыкания на землю в сети и его длительности. Для кабелей 20 кВ типовые сечения экрана составляют 25, 35, 50, 70 мм² по меди. Выбор конкретного значения должен быть выполнен в проекте электроснабжения на основе расчетов токов КЗ. Недостаточное сечение экрана может привести к его перегоранию в аварийном режиме.

4. Обязательно ли проводить испытания повышенным напряжением постоянного тока после прокладки кабельной линии 20 кВ?

Да, это обязательная процедура, регламентированная ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок, Глава 1.8). Для кабелей на напряжение 12/20 кВ после монтажа проводится испытание постоянным напряжением 48 кВ (4U₀) в течение 15 минут. Цель — выявление возможных повреждений изоляции, полученных при транспортировке и прокладке.

5. Что означает маркировка «U_m = 24 кВ» в характеристиках кабеля 12/20 кВ?

U_m — это максимальное напряжение, при котором кабель может работать в нормальном режиме неограниченно долго. Для сетей 20 кВ максимальное рабочее напряжение между фазами обычно составляет 24 кВ (с учетом возможных 10% перенапряжения в сети). Таким образом, кабель с U₀/U = 12/20 кВ рассчитан на работу в сети, где максимальное длительное напряжение не превышает 24 кВ.

6. Какой минимальный радиус изгиба допустим для одножильного кабеля 20 кВ с изоляцией XLPE?

Согласно ГОСТ и ТУ, минимальный допустимый радиус изгиба при прокладке для одножильных кабелей с пластмассовой изоляцией составляет не менее 15 наружных диаметров кабеля. Для многожильных кабелей — не менее 12 наружных диаметров. Нарушение этого требования может привести к механическому повреждению изоляции и экранов, образованию «холодной деформации» полимера с последующим сокращением срока службы.