Кабели силовые на напряжение 3 кВ с пластмассовой изоляцией без брони: конструкция, применение и технические аспекты

Силовые кабели на напряжение 3 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) или поливинилхлорида (ПВХ) и без бронированного покрова представляют собой ключевой элемент в распределительных сетях среднего напряжения. Их основное назначение – передача и распределение электрической энергии в стационарных установках с номинальным переменным напряжением 3000 В частотой 50 Гц. Отсутствие брони делает кабель более гибким, легким и экономичным, но накладывает ограничения на условия прокладки, где исключены механические повреждения.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля является многослойной, каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Стандартная конструкция соответствует требованиям ГОСТ 31996-2012 (и его аналогов МЭК 60502-1, 2) и включает следующие компоненты:

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки. Может быть однопроволочной (класс 1) для сечений до 50-70 мм² или многопроволочной (класс 2) для больших сечений и повышенной гибкости. Форма жилы – круглая или секторная (для компактности в многожильных кабелях).
• Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из СПЭ): Обязательный элемент для выравнивания электрического поля вокруг жилы. Представляет собой полупроводящей слой в виде экструдированной ленты или компаунда. В кабелях с ПВХ-изоляцией на 3 кВ этот элемент часто отсутствует.
• Изоляция: Основной барьер, определяющий рабочее напряжение. Для 3 кВ применяется:
  • Сшитый полиэтилен (XLPE, СПЭ): Наиболее распространенный материал. Обладает высокой термостойкостью (допустимая температура жилы до +90°C в длительном режиме), отличными диэлектрическими и механическими свойствами. Сшивка молекул повышает стойкость к тепловой деформации.
  • Поливинилхлорид (ПВХ): Применяется в кабелях старых серий (например, ВВГ). Имеет более низкую термостойкость (до +70°C) и худшие диэлектрические потери по сравнению с СПЭ, но отличается высокой гибкостью, нераспространением горения и меньшей стоимостью.
• Экран по изоляции: Состоит из двух элементов. Внутренний – полупроводящей слой, аналогичный экрану по жиле. Наружный – медная или алюминиевая фольга в виде продольно наложенной ленты либо оплетка из медных луженых проволок. Этот экран служит для защиты от внешних электромагнитных помех, обеспечения симметрии электрического поля и как элемент цепи для токов утечки/замыкания на землю.
• Поясная изоляция: Наносится поверх скрученных изолированных жил в многожильных кабелях. Обычно выполняется из ПВХ или полиэтилена.
• Оболочка: Защищает внутренние элементы от влаги, химических веществ и механических воздействий. Материал – поливинилхлорид (ПВХ) различных марок: обычный, пониженной горючести (ПВХ-нг), с низким дымо- и газовыделением (ПВХ-нг-LS) или безгалогенный (ПВХ-нг-HF). Для кабелей СПЭ часто используется полиэтилен (PE) для наружной прокладки.

Области применения и способы прокладки

Кабели без брони предназначены для эксплуатации в условиях, где отсутствуют значительные растягивающие усилия и риск механических повреждений. Основные способы прокладки:

• В кабельных каналах, лотках, коробах и на полках кабельных конструкций. Это основной метод для промышленных предприятий, ТП, РП.
• В сухих и влажных производственных помещениях. При условии защиты от прямого механического воздействия.
• В блоках и трубах (при бестраншейной прокладке). Защитная труба (ПНД, ПВХ, асбестоцементная) принимает на себя механические нагрузки.
• На специальных кабельных эстакадах и галереях.

Запрещена прокладка таких кабелей непосредственно в земле (траншеях) без защитных труб или коробов, а также в местах с высокой вероятностью повреждения техникой или при земляных работах.

Ключевые технические характеристики

Параметры регламентируются ГОСТ 31996-2012 и ТУ производителей. Основные характеристики приведены в таблицах.

Таблица 1. Допустимые длительные токовые нагрузки для кабелей с изоляцией из СПЭ (XLPE) и ПВХ, проложенных в воздухе (каналы, лотки)

Номинальное сечение жилы, мм²	Медь, СПЭ (А)	Медь, ПВХ (А)	Алюминий, СПЭ (А)	Алюминий, ПВХ (А)
16	135	115	105	90
25	180	150	140	115
35	220	180	170	140
50	270	220	210	170
70	330	270	255	210
95	395	325	310	250
120	460	375	360	290

Примечание: Токи указаны для однослойной прокладки при температуре воздуха +25°C и температуре жилы +90°C (СПЭ) или +70°C (ПВХ). При групповой прокладке применяются понижающие коэффициенты.

Таблица 2. Краткие технические условия

Параметр	Значение для СПЭ (XLPE)	Значение для ПВХ
Номинальное напряжение U0/U, кВ	1.8/3
Максимальная рабочая температура жилы, °C	90	70
Допустимая температура при КЗ (макс. 5 с), °C	250	160
Минимальная температура прокладки (без предварительного подогрева), °C	-20	-15
Минимальный радиус изгиба при прокладке	10 Dн (для одножильных) 7.5 Dн (для многожильных)	10 Dн (для одножильных) 7.5 Dн (для многожильных)
Сопротивление изоляции при +20°C, МОм·км, не менее	100	50

Примечание: Dн – наружный диаметр кабеля.

Маркировка и обозначения

Обозначение кабеля строится по буквенно-цифровому коду. Пример расшифровки кабеля АПвВнг(А)-3х95:

• А – материал жилы (алюминий). Отсутствие буквы – медь.
• Пв – материал изоляции (сшитый полиэтилен). ВВ – ПВХ-изоляция.
• В – материал оболочки (поливинилхлорид).
• нг(А) – не распространяющий горение по категории А (наибольшая стойкость при групповой прокладке).
• -3х95 – число и сечение основных жил.

Также существуют кабели с индексом LS (Low Smoke) – пониженное дымо- и газовыделение, и HF (Halogen Free) – безгалогенная оболочка, критически важная для объектов с массовым пребыванием людей и электронных узлов.

Особенности монтажа и оконцевания

Монтаж кабелей 3 кВ требует соблюдения правил ПУЭ (Глава 2.3). Ключевые этапы:

• Работа с барабанами: Подъем и перемещение только за щеки барабана. Раскатка без образования петель и перекручивания.
• Соблюдение радиуса изгиба: Превышение радиуса изгиба ведет к механическим напряжениям в изоляции и экранах, что может сократить срок службы.
• Оконцевание: Требует особого внимания из-за наличия экранов. Необходимо использовать специализированные кабельные муфты (концевые и соединительные) на 3 кВ. Процесс включает ступенчатую зачистку изоляции, монтаж полупроводящих слоев, установку изоляционного колпачка или термоусаживаемых компонентов, и заземление экрана с двух сторон. Заземление экрана является обязательным для безопасной эксплуатации.
• Испытания после монтажа: Обязательным является измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2500 В и проведение испытания повышенным напряжением переменного тока частотой 50 Гц величиной 6 кВ (или постоянным напряжением 15 кВ) в течение 10 минут.

Сравнение с бронированными аналогами

Выбор между бронированным (например, АПвБбШп) и небронированным кабелем определяется условиями прокладки. Бронированный кабель имеет дополнительные слои: стальная ленточная броня и защитный шланг (например, из ПВХ). Это обеспечивает защиту от грызунов, механических повреждений при прокладке в земле и растягивающих усилий. Однако такой кабель тяжелее, жестче, дороже и требует более сложного монтажа (необходимость заземления брони). Небронированный кабель выигрывает в экономичности и удобстве монтажа в защищенных условиях.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Можно ли прокладывать кабель АПвВнг-3 кВ в земле, если поместить его в трубу?

Да, такой способ допустим и часто применяется. Защитная труба (обычно из ПНД или ПВХ) выполняет функцию механической защиты, которую в бронированном кабеле обеспечивает стальная лента. При этом необходимо обеспечить герметизацию торцов трубы для предотвращения попадания влаги и протяжку кабеля без повреждения оболочки.

Вопрос 2: Почему у кабелей на 3 кВ с изоляцией из СПЭ обязательно есть экран, а у кабелей ВВГ на 1 кВ его нет?

Напряжение 3 кВ относится к среднему классу (U₀ = 1.8 кВ). В таких сетях с изолированной или компенсированной нейтралью емкостные токи и напряженность электрического поля значительны. Экран выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения в изоляции, и служит для отвода токов утечки. В сетях 0.4/0.23 кВ (U₀ = 0.6 кВ) напряженность поля ниже, и для неэкранированных кабелей допустима работа в таких условиях.

Вопрос 3: Как правильно выбрать между медным и алюминиевым кабелем на 3 кВ?

Выбор основан на технико-экономическом расчете. Медный кабель при одинаковом сечении имеет примерно на 30% большую пропускную способность, более высокую стойкость к механическим изгибам (меньшая хрупкость), лучшую коррозионную стойкость и более надежные контактные соединения. Алюминиевый кабель значительно дешевле и легче. При длительных, стабильных нагрузках и грамотном монтаже соединений алюминиевый кабель является экономичным решением.

Вопрос 4: Что означает индекс «нг(А)» и в чем разница между «нг(А)», «нг(В)» и просто «нг»?

Индекс «нг» означает, что кабель не распространяет горение при одиночной прокладке. Буквы (А), (В), (С) или (D) в скобках указывают категорию по нераспространению горения при групповой прокладке по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22. Категория «А» – наивысшая, означает, что кабель проходит испытание при самом жестком тепловом воздействии (мощность пламени горелки 20.5 кВт). Кабели «нг(А)» рекомендуются для прокладки в пучках большого объема (шахты, эстакады).

Вопрос 5: Каков реальный срок службы таких кабелей?

Номинальный срок службы, заявленный в ГОСТ 31996-2012 для кабелей с изоляцией из СПЭ, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может превышать 40-50 лет при соблюдении условий: номинальная нагрузка, отсутствие перегрузок и внешних повреждений, правильный монтаж и эксплуатация в рекомендованном климатическом диапазоне. Для кабелей с ПВХ-изоляцией срок службы обычно оценивается в 25-30 лет.

Вопрос 6: Обязательно ли использовать концевые муфты, или можно просто заделать жилы изолентой?

Использование специальных концевых муфт (КНТ) или термоусаживаемых оконцевателей является обязательным. Простая изолента не обеспечивает ни необходимого уровня электрической изоляции на 3 кВ, ни герметизации торца кабеля от влаги, ни правильного растекания электрического поля в зоне среза экрана. Неправильное оконцевание приведет к пробою, выходу кабеля из строя и создаст угрозу для жизни персонала.

Заключение

Силовые кабели на 3 кВ с пластмассовой изоляцией без брони представляют собой оптимизированное решение для распределения электроэнергии в закрытых распределительных устройствах, на промышленных объектах и в инфраструктурных сетях, где исключены прямые механические воздействия. Преимуществами являются относительная легкость, гибкость, простота монтажа и более низкая стоимость по сравнению с бронированными аналогами. Ключевым аспектом при выборе является материал изоляции: СПЭ обеспечивает лучшие электрические и температурные характеристики, а ПВХ остается экономичным вариантом для сетей с меньшими требованиями к нагрузке. Строгое соблюдение правил прокладки, монтажа муфт и заземления экранов гарантирует долговечную и безопасную эксплуатацию кабельных линий на протяжении всего срока службы.