Кабели силовые 35 кВ сечением 150 мм² с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение, стандарты

Силовые кабели на напряжение 35 кВ с сечением токопроводящей жилы 150 мм² и изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) или поливинилхлорида (ПВХ) 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. Их применение обусловлено сочетанием высокой электрической прочности, отличных механических характеристик, простоты монтажа и эксплуатации по сравнению с кабелями с бумажно-масляной изоляцией.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля 35 кВ 150 мм² является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Стандартная компоновка от центра к периферии выглядит следующим образом:

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки сечением 150 мм². Для данного сечения жила, как правило, секторной или круглой формы, состоит из множества проволок, скрученных в несколько повивов, что обеспечивает гибкость. Медь обладает более высокой проводимостью и механической прочностью, алюминий — меньшим весом и стоимостью.
• Экран по жиле (для кабелей с изоляцией из СПЭ): Обязательный элемент. Представляет собой полупроводящий слой в виде экструдированной ленты или компаунда. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные концентрации напряженности и ионизацию.
• Изоляция: Основной барьер, определяющий класс напряжения. Для 35 кВ применяется исключительно сшитый полиэтилен (СПЭ, XLPE) толщиной, регламентированной стандартами (обычно 10.5-11.0 мм). ПВХ-изоляция для данного напряжения практически не применяется из-за худших диэлектрических и температурных характеристик. Процесс сшивки молекул полиэтилена придает материалу стабильность при высоких температурах (до 90°C в продолжительном режиме).
• Экран по изоляции: Второй обязательный полупроводящий слой. Выполняет ту же функцию выравнивания поля, что и экран по жиле, замыкая силовые линии электрического поля внутри изоляции.
• Поясная изоляция: Может выполняться из полупроводящих или изоляционных материалов, накладывается поверх экрана по изоляции для формирования круглой формы кабеля перед наложением брони.
• Металлический экран (заземляющий): Выполняется из медных проволок, спирально наложенной медной ленты или гофрированной медной/алюминиевой оболочки. Его основная функция — защита от электромагнитных помех, обеспечение симметрии поля, а также использование в качестве проводника для токов короткого замыкания и токов утечки. Для сечения 150 мм² часто применяется комбинация медных проволок и ленты.
• Заполнитель и поясная оболочка: Промежуточные слои из ПВХ или полиэтилена для придания кабелю круглой формы и защиты металлического экрана от коррозии.
• Броня (при наличии): Для кабелей, прокладываемых в земле или в условиях риска механических повреждений, применяется броня из стальных оцинкованных лент (Бл) или проволок (Бп). Броня из лент защищает от механических воздействий, а из проволок — еще и от растягивающих усилий.
• Наружная оболочка: Защищает все внутренние элементы от воздействия влаги, химических веществ, солнечного излучения и механических повреждений. Выполняется из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена (ПЭ) или самозатухающего полиэтилена (ПЭ СТ). Цвет оболочки, как правило, черный.

Технические характеристики и параметры

Ключевые параметры кабеля 35 кВ 150 мм² регламентируются национальными (ГОСТ, ТУ) и международными (МЭК, HD) стандартами.

Таблица 1. Основные электрические и конструктивные параметры

Параметр	Значение для меди (Cu)	Значение для алюминия (Al)	Примечание
Номинальное сечение жилы, мм²	150
Максимальное сопротивление жилы постоянному току при 20°C, Ом/км	0.124	0.206	ГОСТ 22483
Допустимый длительный ток нагрузки (проложен в земле), А	~350-390	~270-310	Зависит от условий прокладки (глубина, температура грунта, число кабелей в траншее)
Допустимый длительный ток нагрузки (проложен в воздухе), А	~400-440	~310-350	Зависит от температуры воздуха и взаимного расположения кабелей
Испытательное переменное напряжение промышленной частоты, кВ/время	52.5 кВ / 60 мин		Для приемо-сдаточных испытаний после монтажа
Толщина изоляции из СПЭ, мм	10.5 (минимальная)		Согласно ГОСТ 15150, МЭК 60502-2
Минимальный радиус изгиба при монтаже	15-20 x D кабеля		Где D — наружный диаметр кабеля
Температура эксплуатации, °C	от -50 до +50 (окружающая среда) до +90 (длительный нагрев жилы)		Кратковременный перегрев до +130°C (при КЗ)

Таблица 2. Сравнение типов изоляции для 35 кВ

Характеристика	Сшитый полиэтилен (XLPE/СПЭ)	Поливинилхлорид (ПВХ)
Максимальная рабочая температура жилы, °C	90	70
Температура при коротком замыкании, °C	250	160
Диэлектрические потери	Низкие	Высокие
Стойкость к влаге	Высокая	Средняя (гигроскопичность пластификаторов)
Механическая прочность	Высокая	Высокая
Основная область применения для 35 кВ	Основной и единственно рациональный выбор	Практически не применяется

Области применения и способы прокладки

Кабели 35 кВ 150 мм² применяются для создания магистральных и распределительных линий в сетях 35 кВ. Основные сферы использования:

• Подземные кабельные линии: Прокладка в траншеях, кабельных каналах, блоках, тоннелях и коллекторах. Требует наличия брони (чаще стальные ленты) и наружной оболочки, стойкой к воздействию грунтовых вод и химических веществ.
• Воздушные линии: Подвеска на опорах ЛЭП с использованием специальной несущей тросовой системы. Для таких кабелей применяется оболочка из светостабилизированного полиэтилена, стойкого к ультрафиолету.
• Внутристанционная прокладка: Монтаж на территории и в зданиях подстанций, ГРУ, электростанций. Часто прокладываются по эстакадам, в галереях или по стенам на конструкциях.
• Переходы через водные преграды.

Выбор способа прокладки напрямую влияет на допустимый длительный ток нагрузки, что необходимо учитывать при проектировании.

Стандарты и маркировка

Производство и испытания кабелей в РФ регулируются, в первую очередь, ГОСТ 18410-73 (кабели с пластмассовой изоляцией) и более современными техническими условиями (ТУ), соответствующими международным нормам МЭК 60502-2. Маркировка кабеля содержит всю информацию о его конструкции. Пример маркировки кабеля АПвПу 1х150/35-72:

• А — материал жилы (алюминий). Отсутствие буквы означает медь.
• П — изоляция из сшитого полиэтилена.
• в — оболочка из поливинилхлорида (ПВХ).
• Пу — усиленная защита (броня) из стальных оцинкованных проволок.
• 1х150/35 — одножильный, сечение 150 мм², на напряжение 35 кВ.
• 72 — обозначение ТУ.

Другие распространенные марки: ПвП (с медной жилой, изоляцией СПЭ, оболочкой ПЭ, с бронепокровом из стальных лент), АПвЭ (с алюминиевой жилой, изоляцией СПЭ, экраном из медных проволок, без брони).

Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабелей 35 кВ требует высокой квалификации персонала и соблюдения строгих технологических процедур.

• Раскатка: Запрещается сбрасывать барабаны с кабелем. Раскатка ведется с применением роликов или лебедок с соблюдением минимального радиуса изгиба.
• Разделка концов: Точная послойная зачистка кабеля для установки концевых муфт (концезаделок). Требует специального инструмента для снятия изоляции и полупроводящих слоев.
• Монтаж муфт: Применяются соединительные, ответвительные и концевые муфты на 35 кВ. Муфты могут быть термоусаживаемыми или холодноусаживаемыми. Их функция — обеспечение электрической непрерывности, герметизации и перераспределения электрического поля в зоне окончания основного экрана. Качество монтажа муфт критически важно для надежности линии.
• Заземление: Металлические экраны (броня, медные экраны) с обеих сторон кабеля должны быть надежно заземлены для безопасности и нормальной работы защит. Существуют схемы заземления с одной точки (для коротких линий) и с перекрестным соединением экранов (для длинных линий с целью снижения потерь).

Контроль и диагностика

После монтажа кабельная линия подвергается обязательным приемо-сдаточным испытаниям повышенным напряжением переменного тока (52.5 кВ в течение 60 минут). В процессе эксплуатации для оценки состояния изоляции применяются методы неразрушающего контроля:

• Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на 2.5-5 кВ.
• Измерение коэффициента абсорбции (поглощения).
• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ).
• Частичный разряд (ЧР) диагностика, позволяющая выявить микроскопические дефекты в изоляции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается кабель 35 кВ от кабеля 10 кВ?

Основные отличия: большая толщина изоляции (10.5 мм против 4.5-5.0 мм для 10 кВ), обязательное наличие двух полупроводящих экранов (по жиле и по изоляции) для выравнивания электрического поля, более высокие требования к чистоте и однородности изоляционного материала, более высокое испытательное напряжение. Конструктивно кабели 35 кВ всегда имеют экран по изоляции.

Что лучше для прокладки в земле: кабель с ленточной или проволочной броней?

Броня из стальных оцинкованных лент (Бл) эффективно защищает от механических воздействий при засыпке грунтом и давлении, но плохо воспринимает растягивающие усилия. Броня из стальных оцинкованных проволок (Бп) обеспечивает защиту от растяжения (например, на склонах, при переходе через водоемы) и лучше выдерживает смещения грунта. Для большинства стандартных траншей достаточно ленточной брони. Проволочная броня увеличивает стоимость, вес и жесткость кабеля.

Как правильно выбрать сечение 150 мм²? Достаточно ли его для конкретной мощности?

Выбор сечения — задача проектного расчета, учитывающего не только передаваемую мощность, но и допустимые потери напряжения, ток короткого замыкания, экономическую плотность тока, способ прокладки и условия охлаждения. Для ориентировки: при напряжении 35 кВ и допустимом токе ~350 А (Al, в земле) кабель 150 мм² может передать активную мощность около √3 35 кВ 350 А

• cos φ ≈ 21 МВт при cos φ=0.9. Однако окончательное решение должно быть основано на технико-экономическом расчете.

Можно ли соединять кабели с медной и алюминиевой жилой?

Прямое механическое соединение меди и алюминия недопустимо из-за гальванической коррозии. Для соединения таких кабелей необходимо использовать специальные биметаллические переходные медно-алюминиевые гильзы или клеммы, которые предотвращают прямой контакт разнородных металлов.

Каков срок службы современного кабеля 35 кВ с изоляцией из СПЭ?

Номинальный срок службы, заявляемый производителями и указанный в стандартах, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации может превышать 40-50 лет при соблюдении условий прокладки, монтажа, эксплуатации в рамках номинальных параметров и отсутствии внешних повреждений. Критическим фактором является качество монтажа муфт и концевых заделок.

Как бороться с водными деревьями в изоляции из СПЭ?

Современные кабели 35 кВ производятся с использованием так называемого «бездеревьевого» сшитого полиэтилена (TR-XLPE), в состав которого вводятся специальные добавки, подавляющие рост водных деревьев. Основная профилактика — использование кабелей с герметизированными экранами (например, с алюмополимерной лентой под оболочкой), предотвращающими продольное распространение влаги, и строгое соблюдение технологии монтажа муфт для обеспечения полной герметичности.