Кабели силовые 35 кВ сечение 625 мм с пластмассовой изоляцией

Кабели силовые на напряжение 35 кВ сечением 625 мм² с пластмассовой изоляцией: конструкция, применение и технические аспекты

Силовые кабели на напряжение 35 кВ с сечением токопроводящей жилы 625 мм² и изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) представляют собой высокотехнологичную продукцию, предназначенную для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. Они являются ключевым элементом магистральных и распределительных сетей среднего напряжения, где требуются высокие показатели пропускной способности и надежности. Данная статья детально рассматривает конструктивные особенности, технические характеристики, области применения и нормативную базу, регламентирующую использование таких кабелей.

Конструкция кабеля 35 кВ 625 мм²

Конструкция кабеля является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Типовая конструкция для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) на напряжение 35 кВ включает следующие компоненты.

1. Токопроводящая жила

Жила сечением 625 мм² изготавливается, как правило, из медной или алюминиевой проволоки. Для данного сечения жила является многопроволочной (по ГОСТ 22483 классификация 3 или 4), что обеспечивает необходимую гибкость.

• Материал: Медь (Cu) или Алюминий (Al). Медная жила обладает более высокой проводимостью, механической прочностью и стойкостью к окислению, но имеет большую стоимость и массу. Алюминиевая жила легче и дешевле, но требует большего сечения для обеспечения той же проводимости (для 35 кВ 625 мм² алюминиевая жила является стандартным и распространенным решением).
• Форма: Круглая, секторная или сегментная. Секторные и сегментные жилы применяются для уменьшения общего диаметра кабеля и экономии материалов изоляции и оболочки.
• Класс гибкости: Для стационарной прокладки обычно применяется класс 2 (твердая жила) или класс 3-4 (гибкая/повышенной гибкости) по ГОСТ 22483.

2. Экран по жиле (внутренний полупроводящий слой)

Наносится поверх токопроводящей жилы в виде экструдированного слоя из полупроводящего сшитого полиэтилена. Его основная функция – выравнивание электрического поля и предотвращение возникновения локальных перенапряжений на границе жила/изоляция, что критически важно для кабелей на 35 кВ.

3. Изоляция

Основной изолирующий слой выполняется из сшитого полиэтилена (XLPE). Толщина изоляции нормируется стандартами (например, ГОСТ 15150 или ТУ 16.К71-335-2004) и для кабелей 35 кВ составляет, как правило, 10.5 мм или 9.0 мм в зависимости от конкретного стандарта.

• Преимущества СПЭ-изоляции: Высокие диэлектрические характеристики, отличная стойкость к тепловому старению (допустимая температура длительной работы +90°C), высокая пропускная способность по току, малая масса, простота монтажа и отсутствие необходимости в сложных системах подпитки маслом.

4. Экран по изоляции (внешний полупроводящий слой)

Аналогичен внутреннему экрану. Наносится поверх изоляции и служит для симметрирования электрического поля и отвода токов утечки.

5. Металлический экран (броня)

Выполняет функции заземленного экрана для защиты от внешних электромагнитных помех, обеспечения симметрии электрического поля и является элементом системы защиты от коротких замыканий (путь для тока КЗ). Для кабелей 35 кВ 625 мм² применяются:

• Медные экраны: В виде оплетки из медных проволок, гофрированной медной ленты или продольно наложенных проволок/лент. Для сечения 625 мм² часто применяется комбинированный экран: медные проволоки (для токов КЗ) + медная лента (для экранирования).
• Алюминиевые экраны: В виде гофрированной герметичной алюминиевой оболочки. Данная конструкция также обеспечивает барьер от влаги и механическую защиту.

6. Заполнители и поясная изоляция

Между экраном и внешней оболочкой могут располагаться заполнители из ПВХ-лент или нетканых материалов для придания кабелю круглой формы и обеспечения механической стабильности.

7. Внешняя оболочка

Защищает все внутренние элементы кабеля от механических повреждений, агрессивных сред (химических, атмосферных) и влаги. Изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена (ПЭ). Для кабелей с алюминиевой оболочкой внешняя оболочка наносится поверх нее.

Основные технические характеристики

Ключевые параметры для кабеля 35 кВ с сечением 625 мм² приведены в сводной таблице. Значения являются типовыми и должны уточняться по паспорту конкретного производителя.

Таблица 1. Основные технические характеристики кабеля 35 кВ 625 мм²

Параметр	Значение / Описание
Номинальное напряжение, U0/U (Um)	20 / 35 кВ (40.5 кВ)
Сечение токопроводящей жилы	625 мм²
Материал жилы	Алюминий (Al) или Медь (Cu)
Материал изоляции	Сшитый полиэтилен (XLPE)
Толщина изоляции (примерно)	9.0 — 10.5 мм
Максимальная рабочая температура жилы	+90°C
Допустимая температура при КЗ (макс. 5 с)	+250°C
Минимальная температура монтажа (без предварительного подогрева)	-20°C
Допустимый радиус изгиба при монтаже	Не менее 15-20 наружных диаметров кабеля
Сопротивление жилы постоянному току при +20°C (медь/алюминий), не более	~0.0287 / ~0.0461 Ом/км
Допустимый длительный ток нагрузки (Iдоп)*	Зависит от условий прокладки. Пример: в земле (траншее) ~600-750 А (для Al), ~800-950 А (для Cu)
Емкость	~0.3 — 0.4 мкФ/км

• Точное значение I_доп определяется по ПУЭ 7 изд. или методом теплового расчета с учетом конкретных условий: температуры земли, удельного теплового сопротивления грунта, количества кабелей в траншее, расстояния между ними и т.д.

Области применения

Кабели данного типа применяются для создания надежных и высоконагруженных соединений в сетях среднего напряжения:

• Питающие линии от шин 35 кВ распределительных устройств (РУ) к мощным потребителям (заводы, горно-обогатительные комбинаты, нефтеперерабатывающие предприятия).
• Вводы и выводы на трансформаторных подстанциях 110/35/10 кВ.
• Межсекционные и межъячейковые связи в РУ 35 кВ.
• Прокладка кабельных магистралей в городах для децентрализации нагрузки и повышения надежности энергоснабжения.
• Прокладка по мостам, эстакадам, в туннелях и коллекторах, где использование воздушных линий невозможно или нецелесообразно.
• Подключение крупных объектов генерации (например, ветропарков или солнечных электростанций) к сетям среднего напряжения.

Способы прокладки и монтажа

Кабели 35 кВ 625 мм² допускают различные способы прокладки, но требуют строгого соблюдения правил:

• Прокладка в земле (траншее): Наиболее распространенный способ. Требует подготовки песчаной подушки, защиты кирпичом или сигнальными лентами, засыпки песком и составления исполнительной схемы трассы. Глубина прокладки – не менее 0.7-1.0 м от планировочной отметки.
• Прокладка в кабельных сооружениях: В туннелях, коллекторах, каналах, этажах и галереях. Кабель крепится на конструкциях с соблюдением допустимых радиусов изгиба и расстояний между кабелями для обеспечения теплоотвода.
• Открытая прокладка: По стенам зданий, эстакадам. Необходима защита от прямых солнечных лучей (если оболочка не светостабилизирована) и механических повреждений.
• Блочная прокладка: Несколько кабелей укладываются вплотную в один блок (в земле или лотке). При этом снижающий коэффициент на токовую нагрузку является наиболее значительным.

Важный аспект монтажа: Из-за большого сечения и жесткости кабеля, работы по раскатке, подъему и укладке должны проводиться с применением механизированного оборудования (лебедки, направляющие ролики). Запрещается подвергать кабель ударам, резким изгибам и натяжению, превышающему допустимое.

Сравнение с кабелями с бумажно-масляной изоляцией

Кабели с изоляцией из СПЭ практически полностью вытеснили кабели с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ) в данном сегменте благодаря ряду преимуществ:

Таблица 2. Сравнение кабелей 35 кВ с изоляцией СПЭ и БПИ

Критерий	Кабель с изоляцией СПЭ (XLPE)	Кабель с изоляцией БПИ
Макс. рабочая температура	+90°C	+70°C (для прокладки в земле)
Допустимый ток нагрузки	Выше на 20-30% при прочих равных	Ниже
Требования к прокладке	Нет ограничений по перепадам уровней	Строгие ограничения по разности уровней из-за стекания масла
Обслуживание	Не требуется	Требуются системы подпитки маслом и контроль давления
Монтаж соединений и концевых муфт	Относительно проще и быстрее	Более сложный и трудоемкий
Экологичность	Высокая, нет масла	Риск утечки масла в грунт
Вес и габариты	Меньше	Больше

Нормативная документация и стандарты

Производство, приемка и эксплуатация кабелей регламентируется следующими документами:

• ГОСТ 15150-69: Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 1, 6 и 10 кВ. Общие технические условия. (Для 35 кВ часто применяются его принципы или ТУ).
• ТУ 16.К71-335-2004: Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20 и 35 кВ. (Один из основных действующих документов).
• МЭК 60502-2 (IEC 60502-2): Международный стандарт на кабели с экструдированной изоляцией на напряжение от 6 кВ до 30 кВ.
• ПУЭ (7-е издание): Главы 2.3 и 2.4 – правила устройства кабельных линий.
• СО 153-34.20.518-2003: Инструкция по монтажу силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10-500 кВ.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какой материал жилы предпочтительнее для кабеля 35 кВ 625 мм²: медь или алюминий?

Выбор зависит от технико-экономического расчета. Медь обеспечивает более высокую проводимость, меньшие потери и лучшую стойкость к электрокоррозии, но кабель значительно дороже и тяжелее. Алюминий – стандартное решение для магистральных линий 35 кВ, так как при сечении 625 мм² обеспечивает необходимую пропускную способность при существенно меньшей стоимости. Для участков с ограничениями по току КЗ или в условиях агрессивной среды может быть оправдано применение меди.

2. Как рассчитывается допустимый длительный ток нагрузки (I_доп) для такого кабеля?

I_доп не является постоянной величиной для кабеля. Он рассчитывается согласно ПУЭ гл.1.3 или по методикам ГОСТ Р МЭК 60287 с учетом реальных условий прокладки: температуры грунта (обычно +15°C или +25°C для расчетов), удельного теплового сопротивления грунта (1.0-2.0 К·м/Вт), глубины заложения, количества работающих кабелей в траншее и расстояния между ними. Для кабеля 35 кВ 625 мм², проложенного в одиночной траншее в нормальном грунте, I_доп может составлять 600-750 А для Al и 800-950 А для Cu.

3. Какие муфты применяются для кабелей 35 кВ 625 мм²?

Применяются специальные соединительные и концевые муфты, рассчитанные на напряжение 35 кВ. Они должны быть того же производителя, что и кабель, или совместимыми. Концевые муфты могут быть наружной (для установки на открытом воздухе) или внутренней установки. Соединительные муфты – обычно заливаются компаундом или являются термоусаживаемыми. Монтаж муфт должен выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением абсолютной чистоты в зоне разделки кабеля.

4. Нужно ли заземлять металлический экран кабеля 35 кВ и как это делать?

Да, это обязательное требование ПУЭ. Металлический экран (броня, оболочка) должен быть заземлен с обеих сторон кабельной линии. Это обеспечивает безопасность при обслуживании, защиту от наведенного напряжения и правильное функционирование релейной защиты. На практике применяется перекрестное заземление экранов в схемах с односторонним питанием или их разземление через ограничители перенапряжений (ОПН) для снижения потерь в режиме нормальной работы.

5. Каковы особенности прокладки кабеля большого сечения в существующих кабельных коллекторах?

Прокладка кабеля 625 мм² в коллекторах требует предварительного расчета теплового режима, так как теплоотвод хуже, чем в грунте. Необходимо обеспечить расстояния между кабелями согласно ПУЭ, организовать вентиляцию. Из-за большого веса и габаритов необходимо проверить несущую способность конструкций (лотков, полок), а также возможность затяжки кабеля на поворотах коллектора без превышения допустимого радиуса изгиба (обычно 15-20D). Часто требуется применение специальных кабелеукладчиков.

6. Какой контроль необходим после монтажа кабельной линии 35 кВ?

Обязательным является проведение высоковольтных испытаний повышенным напряжением постоянного тока (по нормам СО 153-34.3-20.567-2003). Для кабелей 35 кВ испытательное напряжение составляет 85 кВ (постоянного тока) в течение 15 минут. Также измеряются сопротивление изоляции (мегаомметром на 2.5-5 кВ) и сопротивление жилы постоянному току. Перед включением под напряжение проверяется правильность фазировки линии.

7. Каковы типичные причины повреждений таких кабелей и как их избежать?

Основные причины: механические повреждения при раскопках, ошибки при монтаже муфт (загрязнение, неправильная усадка), дефекты изоляции, вызванные перегревом из-за превышения нагрузки или ухудшения условий теплоотвода (заиление траншеи), коррозия металлического экрана. Меры профилактики: соблюдение правил прокладки и монтажа, маркировка и охрана трасс, регулярный тепловизионный контроль мест соединений, мониторинг нагрузки.