Кабели силовые 35 кВ
Кабели силовые на напряжение 35 кВ: конструкция, типы, применение и нормирование
Силовые кабели на напряжение 35 кВ представляют собой ключевой элемент высоковольтных распределительных сетей среднего класса напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках при переменном напряжении частотой 50 Гц с изолированной или эффективно заземленной нейтралью. Основная сфера применения включает в себя питание крупных промышленных предприятий, городских распределительных сетей (кабельные вставки в ВЛ, выходы с ГПП), нефтегазовые объекты, портовые сооружения, а также соединения между трансформаторами и распределительными устройствами подстанций.
Конструктивные элементы кабеля 35 кВ
Конструкция силового кабеля на 35 кВ является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Основные компоненты включают:
- Токопроводящая жила. Изготавливается из алюминия (А) или меди (М). Сечение жил стандартизировано: от 50 до 800-1000 мм² и более. Жилы могут быть однопроволочными (для меньших сечений) или многопроволочными (как правило, секторной или круглой формы). Медь обладает более высокой проводимостью и механической прочностью, алюминий — меньшим весом и стоимостью.
- Экран по жиле. Обязательный элемент для кабелей на 6 кВ и выше. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, устраняя концентрацию напряжений и ионизацию. Выполняется в виде полупроводящего экрана, обычно из сшитого полиэтилена с добавлением сажи или полупроводящей бумаги (в маслонаполненных кабелях).
- Изоляция. Основной барьер, определяющий рабочее напряжение. Для кабелей 35 кВ применяются следующие типы изоляции:
- Сшитый полиэтилен (XLPE). Наиболее распространенный современный материал. Обладает высокой электрической прочностью, термостойкостью (допустимая температура жилы до +90°C в длительном режиме), малой диэлектрической проницаемостью и малыми диэлектрическими потерями.
- Бумажная пропитанная изоляция. Традиционный тип, где изоляция формируется из слоев специальной кабельной бумаги, пропитанной вязким масло-канифольным составом. Требует герметичной оболочки для удержания пропитки. Допустимая температура жилы обычно +70°C.
- Бумажно-масляная изоляция (маслонаполненные кабели). Используется тонкая бумажная изоляция и система поддержания давления масла. Применяется для очень больших мощностей и протяженных трасс.
- Экран по изоляции (заземляемый). Также полупроводящий, накладывается поверх изоляции. Служит для выравнивания поля, а после заземления снимает с изоляции электрический потенциал, обеспечивая безопасность персонала.
- Поясная изоляция. Наносится поверх экрана по изоляции для защиты от коррозии и механических повреждений.
- Металлическая оболочка/броня. Выполняет функции защиты от механических воздействий, экранирования и является нулевым проводником для токов короткого замыкания. Типы:
- Гофрированная алюминиевая оболочка (А): легкая, коррозионностойкая, не требует дополнительной защиты от блуждающих токов.
- Гофрированная стальная оболочка (Пв, П): обеспечивает высокую механическую прочность.
- Свинцовая оболочка (С): традиционный материал для кабелей с бумажной изоляцией, обеспечивает абсолютную герметичность, но имеет большой вес и подвержена вибрационной усталости.
- Защитные покровы. Включают подушку (битумный состав, крепированная бумага, ПЭТ-лента) для защиты оболочки от коррозии броней и внешние защитные покровы (броня из стальных оцинкованных лент или проволок, наружный полиэтиленовый шланг (Пв) или поливинилхлоридный (В)).
- Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп). Определяется сечением жилы, типом изоляции и условиями прокладки (температура грунта/воздуха, количество кабелей в траншее, расстояние между ними).
- Потери напряжения (ΔU%). Должны укладываться в нормируемые пределы для данной сети.
- Термическая стойкость к токам короткого замыкания (Iкз). Сечение должно быть таким, чтобы за время срабатывания защиты кабель не перегрелся сверх допустимой температуры (для XLPE обычно +250°C).
- Экономическая плотность тока. При выборе сечений для линий с большим числом часов использования максимума нагрузки.
- Прокладка в земле (траншее). Глубина прокладки не менее 0.7 м до верха кабеля. На дне траншеи устраивается песчаная подушка (10-15 см). Кабель укладывается «змейкой» для компенсации температурных деформаций. Сверху засыпается слоем мягкого грунта или песка без камней, затем укладывается сигнальная лента и производится полная засыпка. Минимальные расстояния между параллельно проложенными кабелями 35 кВ — 100-250 мм.
- Прокладка в кабельных сооружениях. В туннелях, каналах, этажерках кабели крепят к конструкциям с помощью специальных держателей. Необходимо соблюдать правила противопожарной защиты: использование кабелей с индексом «нг(А)-LS» (не распространяющие горение, с пониженным дымо- и газовыделением), разделение противопожарными перегородками.
- Монтаж муфт. Для соединения и ответвления применяют соединительные и стопорные муфты, для герметизации концов — концевые муфты (внутренние КВВ или наружные КНВ). Монтаж муфт на кабелях с изоляцией XLPE — ответственная операция, требующая чистоты, точности размеров и использования специализированного термоусадочного или холодноусаживаемого материала.
- Испытания после монтажа. Перед вводом в эксплуатацию кабельная линия 35 кВ подвергается высоковольтным испытаниям выпрямленным напряжением. Величина испытательного напряжения для кабелей с изоляцией XLPE составляет 1.7U0 = 1.7
- 20.2 кВ ≈ 52 кВ (постоянного тока) в течение 15 минут.
- Повреждение при земляных работах. Предотвращение: четкая маркировка трасс, использование сигнальных лент, соблюдение охранных зон.
- Дефекты монтажа муфт. Предотвращение: допуск к работам только обученных специалистов, строгий контроль технологии, применение качественных материалов.
- Перегрузка по току. Предотвращение: правильный выбор сечения на этапе проектирования, мониторинг нагрузки в эксплуатации.
- Коррозия металлической оболочки. Предотвращение: правильный выбор типа оболочки (алюминий в агрессивных грунтах), применение катодной защиты для свинцовых оболочек.
- Развитие водных древ. Для кабелей XLPE: предотвращение механических повреждений оболочки и своевременное обнаружение микротрещин.
Основные типы кабелей 35 кВ и их маркировка
Маркировка кабелей осуществляется в соответствии с ГОСТ и ТУ. Буквы обозначают материалы элементов конструкции.
| Марка кабеля | Расшифровка | Основные области применения |
|---|---|---|
| ПвП, ПвПу | С изоляцией из сшитого полиэтилена (Пв), в полиэтиленовой оболочке поверх гофростали (П). «у» — усиленная. | Универсальная прокладка в земле (траншеях), тоннелях, каналах. Высокая стойкость к механическим нагрузкам. |
| ПвВ, ПвВу | С изоляцией XLPE (Пв), в ПВХ оболочке поверх гофростали (В). | Аналогично ПвП, но с лучшей стойкостью к распространению пламени. Для помещений, коллекторов. |
| АПвП, АПвПу | С алюминиевой жилой (А), изоляцией XLPE (Пв), в полиэтиленовой оболочке поверх гофростали (П). | Экономичное решение для прокладки в земле при отсутствии агрессивных сред к стали. |
| АПвПг | Аналогично АПвП, но с герметизацией продольной влагонепроницаемостью («г»). | Для трасс с повышенной влажностью грунта, риском подтопления. |
| ЦСП, ЦСПу | С бумажной пропитанной изоляцией (Ц), со свинцовой оболочкой (С), в защитных покровах (П). | Для прокладки в земле, воде, тоннелях. Требует соблюдения ограничений по разности уровней. |
| АСБл, АСБ2л | С бумажной изоляцией, свинцовой оболочкой (С), броней из стальных лент (Б), с защитным покровом («л» — лавсан). | Для прокладки в земле с высокой коррозионной активностью и наличием блуждающих токов. |
Ключевые технические параметры и выбор сечения
Выбор кабеля 35 кВ осуществляется на основе расчета по следующим критериям:
Примерные значения допустимых токов для кабелей с изоляцией XLPE, проложенных в земле (температура грунта +15°C, глубина прокладки 0.7 м, расстояние между кабелями 250 мм):
| Сечение жилы, мм² | Медь, А | Алюминий, А |
|---|---|---|
| 70 | 265 | 205 |
| 120 | 350 | 270 |
| 185 | 435 | 335 |
| 240 | 510 | 395 |
| 400 | 670 | 520 |
Особенности монтажа и эксплуатации
Прокладка кабелей 35 кВ требует соблюдения строгих правил, изложенных в ПУЭ, СНиП и инструкциях заводов-изготовителей.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие кабелей с изоляцией XLPE от кабелей с бумажной изоляцией на 35 кВ?
Кабели с изоляцией XLPE имеют более высокую допустимую температуру жилы (+90°C против +70°C), меньший вес, большую допустимую разность уровней прокладки (не ограничена для сухих участков), не требуют сложных систем поддержания давления пропитки. Они проще в монтаже и эксплуатации. Бумажная изоляция, несмотря на долгую историю применения, сегодня используется реже, в основном в специфических проектах или для замены на действующих трассах.
Как правильно выбрать между медным и алюминиевым кабелем?
Выбор основан на технико-экономическом расчете. Медный кабель при том же сечении имеет примерно на 30% большую пропускную способность, большую стойкость к механическим нагрузкам (изгиб, растяжение), лучшую коррозионную стойкость окисленной поверхности. Алюминиевый кабель значительно дешевле и легче. При равной токовой нагрузке сечение алюминиевой жилы будет примерно в 1.5 раза больше, чем медной, что необходимо учитывать при проектировании трасс и размеров кабельной продукции.
Что означает маркировка «ПвПг» и где она применяется?
Маркировка расшифровывается: изоляция из сшитого полиэтилена (Пв), оболочка из полиэтилена поверх гофрированной металлической оболочки (П), герметизированный («г»). Герметизация обеспечивается наложением влагобарьерных лент под оболочку или применением продольной сварки полиэтиленового шланга. Такие кабели рекомендованы для прокладки в грунтах с высокой влажностью, в болотистой местности, в условиях возможного длительного подтопления трасс, а также при необходимости защиты от проникновения влаги при хранении.
Каковы основные причины выхода из строя кабелей 35 кВ и как их предотвратить?
Как осуществляется мониторинг состояния кабельной линии 35 кВ?
Помимо стандартных измерений параметров сети (ток, напряжение), применяются специализированные методы диагностики: измерение частичных разрядов (ЧР) для выявления микроскопических дефектов в изоляции, рефлектометрия (импульсный метод) для точного определения места повреждения, измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) для оценки старения бумажной изоляции, инфракрасная термография для выявления локальных перегревов в муфтах и на концевых заделках.
Заключение
Силовые кабели на напряжение 35 кВ являются технически сложными изделиями, правильный выбор, монтаж и эксплуатация которых определяют надежность и безопасность работы энергосистемы в целом. Доминирующей тенденцией является повсеместное применение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) в различных типах защитных оболочек, что обусловлено их превосходными электрическими и эксплуатационными характеристиками. Проектирование и строительство кабельных линий 35 кВ требуют учета множества факторов: от условий окружающей среды и способа прокладки до термической стойкости и систем диагностики. Соблюдение нормативных требований и применение современных материалов и технологий — основа для создания долговечных и экономически эффективных кабельных сетей среднего напряжения.