Кабели силовые 35 кВ сечение 400 мм с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые на напряжение 35 кВ сечением 400 мм² с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты

Силовые кабели на напряжение 35 кВ с сечением токопроводящей жилы 400 мм² и изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) представляют собой ключевой элемент современных распределительных сетей среднего класса напряжения. Они предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 35 кВ частотой 50 Гц. Данный типоразмер балансирует между высокой пропускной способностью и относительной сложностью монтажа, находя применение на ответственных участках сетей.

Конструкция кабеля

Конструкция кабеля 35 кВ 400 мм² является многослойной, каждый слой выполняет строго определенную функцию. Стандартная компоновка соответствует требованиям ГОСТ 31996-2012 (и его аналогов) для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

• Токопроводящая жила: Выполняется из медной или алюминиевой проволоки, соответствующей классу 2 по ГОСТ 22483. Для сечения 400 мм² жила, как правило, секторной или сегментной формы для компактности, состоит из множества проволок. Медь обеспечивает более высокую проводимость и стойкость к электрокоррозии, алюминий — меньшую стоимость и массу.
• Экран по жиле (полупроводящей слой): Наносится поверх жилы в виде экструдированного или наложенного полупроводящего слоя. Выравнивает электрическое поле, предотвращая концентрацию напряжений и микрополости на границе с изоляцией.
• Изоляция: Основной слой из сшитого полиэтилена (XLPE). Толщина изоляции нормирована и для 35 кВ составляет, как правило, 10.5 мм или 9.0 мм в зависимости от конкретного стандарта. СПЭ обладает высокой диэлектрической прочностью, термостойкостью (длительно до 90°C) и стойкостью к трекингу.
• Экран по изоляции (полупроводящей слой): Аналогичный слой, наносимый поверх изоляции. Вместе с экраном по жиле создает коаксиальную конструкцию, ограничивающую электрическое поле внутри кабеля.
• Металлический экран (заземляющий): Выполняется в виде медной ленты, гофрированной медной ленты, проволок (спирально наложенных или продольных) или их комбинации. Сечение экрана нормируется для обеспечения тока короткого замыкания. Для 400 мм² типичное сечение — 35-50 мм². Служит для защиты от внешних электромагнитных влияний и как путь для тока утечки/замыкания.
• Поясная изоляция: Обмотка из электротехнической бумаги, ПЭТ-ленты или экструдированный слой, отделяющий металлический экран от внешней оболочки.
• Внешняя оболочка: Выполняется из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката, полиэтилена (ПЭ) или безгалогенных композиций (LS, LH, ZH). Защищает от механических повреждений, влаги, агрессивных сред. Цвет — обычно черный.

Ключевые технические характеристики

Основные параметры кабеля определяются его конструкцией и материалами.

Таблица 1. Основные технические характеристики кабеля 35 кВ 400 мм²

Параметр	Значение / Описание	Примечание
Номинальное напряжение U0/U (Um)	20,5 / 35 кВ (40,5 кВ)	U0 — напряжение между жилой и землей, U — между жилами, Um — макс. рабочее
Сечение жилы	400 мм²	Фактическое сечение соответствует ГОСТ/ТУ
Материал жилы	Алюминий (А) или Медь (Cu)	Маркировка: А — алюминий, отсутствие — медь
Класс жилы	2 (многопроволочная)	Гибкая, для секторных жил
Материал изоляции	Сшитый полиэтилен (XLPE)	Обозначение: -Пв (по ГОСТ)
Длительно допустимая температура жилы	+90°C	В нормальном режиме
Макс. температура при КЗ	+250°C (до 5 с)	Для СПЭ изоляции
Минимальная температура монтажа	-20°C (без предварительного прогрева)	Зависит от состава оболочки
Сопротивление жилы постоянному току при +20°C, не более	0,0778 Ом/км (Cu) / 0,125 Ом/км (Al)	По ГОСТ 22483
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп)	~520 А (Al) / ~670 А (Cu)	Зависит от условий прокладки (земля/воздух)
Емкость	~0,35 мкФ/км	Приблизительное значение
Индуктивное сопротивление	~0,15 Ом/км	Приблизительное значение
Минимальный радиус изгиба	15-20 x D кабеля	D — наружный диаметр кабеля

Области применения и способы прокладки

Кабели данного типа применяются для создания магистральных линий и ответвлений в сетях 35 кВ. Основные сферы:

• Питание мощных распределительных подстанций и узловых пунктов в городских и промышленных сетях.
• Выходные линии от генераторов небольших электростанций (ГЭС, ТЭЦ).
• Межстанционные соединения в распределительных сетях.
• Прокладка через водные преграды, в сложных грунтах, где использование ВЛ затруднено.
• Питание крупных промышленных предприятий, рудников, нефтедобывающих платформ.

Способы прокладки:

• В земле (траншеях): Наиболее распространенный способ. Требует песчаной подушки, защиты кирпичом или плитами, сигнальной ленты. Глубина прокладки — не менее 0.7-1.0 м. Необходим расчет допустимых токов нагрузки с учетом удельного теплового сопротивления грунта.
• В кабельных сооружениях: В туннелях, коллекторах, каналах, эстакадах, галереях. Важен учет пожарной безопасности, требуется применение кабелей с пониженной пожарной опасностью (LS, нг-LS).
• В блоках: Прокладка в асбестоцементных, керамических или полимерных трубах. Снижает механические воздействия, но ухудшает теплоотвод.
• По воздуху: По конструкциям, стенам зданий с защитой от УФ-излучения. Требуется расчет механических нагрузок (ветер, гололед).

Расчет и выбор: ключевые аспекты

Выбор кабеля 35 кВ 400 мм² должен основываться на комплексном расчете.

• По допустимому току нагрузки (I_доп): Расчетный максимальный ток линии должен быть меньше I_доп с учетом поправочных коэффициентов: K1 — для температуры земли/воздуха, K2 — для количества работающих кабелей вплотную, K3 — для глубины прокладки в земле.
• По потере напряжения (ΔU%): Особенно важно для протяженных линий. ΔU = √3 I L (Rcosφ + X*sinφ) / U_ном. Для 400 мм² активное сопротивление R мало, но индуктивное X может вносить вклад.
• По токам короткого замыкания (I_кз): Проверка термической стойкости: S_min = (I_кз
• √t) / C, где C — коэффициент для меди (141) или алюминия (93), t — время отключения КЗ. Сечение 400 мм² обычно удовлетворяет требованиям для типичных токов КЗ в сетях 35 кВ.
• По экономической плотности тока (j_эк): Для определения оптимального сечения с учетом капитальных и эксплуатационных затрат. j_эк нормируется ПУЭ в зависимости от числа часов использования максимума нагрузки.

Монтаж и соединение

Монтаж кабеля 35 кВ требует высокой квалификации персонала. Основные этапы:

1. Раскатка: С применением направляющих роликов для исключения механических повреждений, перекручивания. Соблюдение минимального радиуса изгиба (обычно 15-20 наружных диаметров).
2. Подготовка концов: Ступенчатая разделка концов с использованием специального шаблона. Послойное удаление оболочки, экранов, изоляции с точным соблюдением длин.
3. Установка соединительных муфт: Для соединения двух отрезков кабеля. Включает поочередное соединение жил (сваркой, опрессовкой), восстановление экранов, изоляции с помощью термоусаживаемых или холодноусаживаемых компонентов, монтаж заземляющих проводников и герметичного корпуса.
4. Установка концевых муфт (заделок): Для перехода с кабеля на воздушную линию или оборудование подстанции (в ячейку КРУ). Более сложная конструкция, обеспечивающая контроль электрического поля на торце изоляции.
5. Испытания после монтажа: Обязательное проведение высоковольтных испытаний выпрямленным напряжением (постоянным током) величиной 85 кВ в течение 10 мин. для проверки целостности изоляции и качества монтажа муфт.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Что лучше для кабеля 35 кВ 400 мм²: медь или алюминий?

Выбор зависит от технико-экономического расчета. Медь имеет меньшее электрическое сопротивление, большую стойкость к механическим нагрузкам и электрокоррозии, меньший диаметр при том же сечении, но стоимость значительно выше. Алюминий легче и дешевле, но требует большего сечения для той же проводимости, более чувствителен к вибрационной усталости в концевых заделках. Для стационарной прокладки с правильным монтажом алюминий — экономически оправданный выбор.

2. Какой запас по току нагрузки у кабеля 400 мм² на 35 кВ?

Запас определяется разницей между I_доп для конкретных условий прокладки и рабочим током. Например, для одиночного кабеля с алюминиевой жилой, проложенного в земле при +15°C, I_доп может составлять ~520 А. При рабочем токе 400 А запас составляет 120 А или 23%. Необходимо всегда выполнять расчет с учетом реальных условий.

3. Можно ли прокладывать такой кабель в одном лотке с кабелями 10 кВ?

ПУЭ (п. 2.1.16) допускает совместную прокладку кабелей до и выше 35 кВ. Однако при этом необходимо учитывать: кабели на разное напряжение рекомендуется разделять перегородками; при отсутствии перегородок кабели высшего напряжения (35 кВ) следует располагать в верхней части лотка; все кабели в пучке должны быть с оболочкой из материалов, не распространяющих горение.

4. Как часто и какие испытания необходимо проводить на проложенной линии?

Согласно ПТЭЭП и СО 153-34.20.501-2003, кабельные линии 35 кВ испытываются после монтажа, ремонта и периодически в процессе эксплуатации. Основной метод — измерение сопротивления изоляции мегомметром на 2.5-5 кВ и испытание постоянным выпрямленным напряжением. Периодичность: для кабельных линий, кроме подводных, — не реже 1 раза в 5 лет. Испытательное напряжение для кабелей 35 кВ — 85 кВ постоянного тока в течение 10 минут.

5. В чем принципиальное отличие изоляции СПЭ от бумажно-масляной (БМИ)?

СПЭ-изоляция сухая, не требует сложных систем подпитки маслом и компенсации давления, что упрощает монтаж и эксплуатацию. Кабели с СПЭ легче, имеют больший допустимый нагрев жилы (+90°C против +70-80°C для БМИ), допускают большие перепады по высоте трассы. БМИ традиционно считается более надежной в плане длительного (десятки лет) ресурса, но современные материалы СПЭ и технологии изготовления обеспечивают сопоставимую долговечность при правильной эксплуатации.

6. Как правильно выбрать сечение металлического экрана?

Сечение экрана выбирается по условию термической стойкости при коротком замыкании на землю. Оно нормируется стандартами. Для кабеля 35 кВ 400 мм² типичное минимальное сечение медного экрана составляет 35 мм² (например, 25 мм² продольные проволоки + 16 мм² спиральная проволока). Для сетей с большими токами КЗ может потребоваться экран 50 мм² или более. Точный расчет проводится по формуле проверки на термическую стойкость с учетом времени срабатывания защиты.

Заключение

Силовой кабель 35 кВ сечением 400 мм² с изоляцией из сшитого полиэтилена является технически совершенным и надежным решением для создания мощных и ответственных линий электропередачи. Его правильный выбор, основанный на расчетах допустимой нагрузки, потерь и токов КЗ, а также строгое соблюдение технологий монтажа и испытаний, являются залогом долговечной и бесперебойной работы энергетического объекта. Постоянное развитие материалов (безгалогенные оболочки, супергладкие полупроводящие экраны) и аксессуаров для монтажа повышает эффективность и безопасность применения этих кабелей в современных энергосистемах.