Кабели силовые 4-х жильные сечение 240 мм² с пластмассовой изоляцией: технические характеристики, конструкция и применение

Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 0,66/1 кВ и 6/10 кВ, имеющие четыре жилы сечением 240 мм² каждая, являются ключевым элементом в системах распределения электроэнергии средней мощности. Они предназначены для стационарной прокладки в электрических сетях переменного напряжения частотой 50 Гц. Основное их применение – питание мощных потребителей (трансформаторные подстанции, крупные промышленные объекты, жилые и административные комплексы), а также распределение энергии в магистральных линиях. Конструкция и материалы таких кабелей регламентируются межгосударственными стандартами, в частности, ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3 кВ» и его аналогами для более высоких напряжений.

Конструкция кабеля

Конструкция четырехжильного кабеля 240 мм² является многослойной и включает в себя несколько обязательных элементов, каждый из которых выполняет критически важную функцию.

• Токопроводящая жила. Изготавливается из медной или алюминиевой проволоки. Для сечения 240 мм² жила, как правило, секторной или сегментной формы для компактности и оптимального заполнения внутреннего пространства кабеля. Медные жилы обладают более высокой проводимостью, механической прочностью и стойкостью к окислению, алюминиевые – меньшим весом и стоимостью. Класс гибкости жилы – 1 или 2 (по ГОСТ 22483), что подразумевает жесткую или относительно жесткую конструкцию, непригодную для частых изгибов после прокладки.
• Изоляция жилы. Выполняется из светостабилизированного сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE) или поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката. СПЭ обладает превосходными диэлектрическими и температурными характеристиками (допустимая длительная температура нагрева жилы +90°C против +70°C для ПВХ), высокой стойкостью к тепловому старению и перегрузкам. ПВХ-изоляция более гибкая и менее требовательная к условиям монтажа, но имеет ограничения по температуре и нагрузочной способности.
• Нулевая жила. В четырехжильных кабелях сечением 240 мм² четвертая жила, как правило, является нулевой (нейтральной). Ее сечение может быть равным фазному (240 мм²) или уменьшенным (часто 120 мм²), что определяется условиями применения и требованиями к току нулевой последовательности в конкретной сети.
• Поясная изоляция. Поверх скрученных изолированных жил накладывается общий слой изоляционного материала (обычно из того же полимера, что и изоляция жил, или специальной пленки), который формирует круглую форму кабеля и обеспечивает дополнительную электрическую прочность.
• Экран (для кабелей на 6/10 кВ). Для кабелей на напряжение 6 кВ и выше наличие экрана на каждой жиле и/или общего экрана обязательно. Экран выполняется из полупроводящего сшитого полиэтилена или электропроводящей бумаги в сочетании с медными лентами или проволоками. Он выравнивает распределение электрического поля, предотвращает поверхностные разряды и обеспечивает безопасность при касании.
• Внешняя оболочка. Защищает все внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и солнечного излучения. Материал – ПВХ пластикат различных марок (ПвВ, ПвПнг(А) и т.д.). Для кабелей категории «нг(А)» оболочка выполняется из нераспространяющих горение композиций, что позволяет прокладывать их пучками без снижения токовой нагрузки.

Маркировка и типы кабелей

Маркировка кабелей осуществляется буквами и цифрами, указывающими на материал, конструкцию и назначение. Для четырехжильных кабелей 240 мм² наиболее распространены следующие марки:

• АВВГ-0,66 кВ 4х240 – с алюминиевыми жилами, изоляцией и оболочкой из ПВХ, без защитного покрова, для прокладки в сухих и влажных помещениях, каналах, тоннелях.
• ВВГ-0,66 кВ 4х240 – с медными жилами, изоляцией и оболочкой из ПВХ.
• АПвВГ-1 кВ 4х240 – с алюминиевыми жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), оболочкой из ПВХ.
• ПвВГ-1 кВ 4х240 – с медными жилами, изоляцией из СПЭ, оболочкой из ПВХ.
• АПвПнг(А)-10 кВ 4х240 – кабель на напряжение 10 кВ с алюминиевыми жилами, изоляцией из СПЭ, оболочкой из негорючего ПВХ, не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А.

Основные технические характеристики

Ключевые параметры, определяющие выбор и эксплуатацию кабеля.

Электрические характеристики (для кабелей 0,66/1 кВ, медь/алюминий)

• Сопротивление жилы постоянному току при 20°C: Не более 0,0754 / 0,125 Ом/км (для меди/алюминия соответственно).
• Испытательное переменное напряжение промышленной частоты: 3 кВ (для 0,66/1 кВ) в течение 5 минут.
• Допустимый длительный ток нагрузки (I_дл.доп.): Зависит от способа прокладки. При прокладке в земле (одножильный кабель в трубе, температура земли +15°C) для ВВГ 4х240 составляет около 355 А, для АВВГ – около 275 А. При прокладке в воздухе значения ниже.
• Ток короткого замыкания: Расчетный ток термической стойкости для жилы 240 мм² (медь, длительность КЗ 1 сек) составляет примерно 23 кА.

Механические и климатические характеристики

• Минимальный радиус изгиба: Для кабелей с многопроволочными жилами – 7,5 наружных диаметров кабеля. Для однопроволочных жил – 10 наружных диаметров.
• Диапазон рабочих температур: От -50°C до +50°C. Монтаж без предварительного подогрева допускается при температуре не ниже -15°C.
• Допустимая температура нагрева жил: +70°C для ПВХ-изоляции, +90°C для СПЭ-изоляции в длительном режиме.
• Срок службы: Не менее 30 лет.

Таблица: Сравнительные данные по допустимым токам нагрузки для кабелей 4х240 мм² (примерные значения)

Условия: однофазное короткое замыкание длительностью не более 5 сек, температура земли +15°C, температура воздуха +25°C.

Марка кабеля	Напряжение, кВ	Прокладка в земле (1 кабель в трубе), А	Прокладка в воздухе (в лотке пучком), А	Материал жилы / изоляции
АВВГ	0,66/1	275	245	Алюминий / ПВХ
ВВГ	0,66/1	355	320	Медь / ПВХ
АПвВГ	0,66/1	310	280	Алюминий / СПЭ
ПвВГ	0,66/1	400	365	Медь / СПЭ
АПвПнг(А)-10	6/10	290*	265*	Алюминий / СПЭ

• Токовые нагрузки для кабелей на 6/10 кВ зависят от конкретных условий (системы заземления, наличия экрана) и должны уточняться по специальным таблицам ПУЭ.

Области применения и способы прокладки

Кабели 4х240 мм² применяются в сетях с глухозаземленной нейтралью (системы TN-S, TN-C-S) для питания мощных распределительных щитов, трансформаторов, двигателей, в качестве вводов в здания и магистралей в производственных цехах. Прокладка возможна следующими способами:

• В земле (траншеях): С обязательной защитой от механических повреждений (гофрированные или гладкие трубы из ПНД, ПВХ, асбестоцемента) и устройством песчаной подушки. Глубина прокладки – не менее 0,7 м до верха кабеля.
• В кабельных сооружениях: В лотках, коробах, на полках кабельных эстакад, в тоннелях и коллекторах. При групповой прокладке необходимо применять кабели с индексом «нг» (не распространяющие горение) и учитывать коэффициенты снижения токовой нагрузки.
• В помещениях: Открыто по стенам, в штрабах под штукатуркой, в заливке пола с обязательной защитой от агрессивных сред.

Особенности монтажа и соединения

Монтаж кабелей большого сечения требует специального оборудования и соблюдения строгих правил. Для разделки концов и соединения жил используются кабельные муфты (соединительные, концевые). Для медных жил применяют опрессовку гильзами с помощью гидравлических прессов, для алюминиевых – необходимо использовать специальные пасты для удаления окисной пленки. При прокладке важно контролировать усилия натяжения, которые не должны превышать допустимых значений (указывается в технических условиях на кабель), чтобы не повредить изоляцию и экраны. Для кабелей на 6/10 кВ обязательна проверка целостности и заземление экранов с двух сторон.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между кабелями с изоляцией из ПВХ и СПЭ?

СПЭ-изоляция (сшитый полиэтилен) имеет более высокий класс допустимой рабочей температуры (+90°C против +70°C у ПВХ), что позволяет пропускать больший ток по кабелю того же сечения. Она обладает лучшими диэлектрическими характеристиками, стойкостью к тепловым ударам и старению. Кабели с СПЭ имеют меньший радиус изгиба и меньший вес. ПВХ-изоляция дешевле и более гибкая при низких температурах.

Когда необходимо использовать кабель с нулевой жилой уменьшенного сечения (например, 4х240/120)?

Кабель с нулевой жилой уменьшенного сечения (обозначается, например, 3х240+1х120) применяется в трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью, где нейтральный проводник предназначен преимущественно для прохождения тока несимметрии и тока однофазного короткого замыкания. Его сечение нормируется ПУЭ (глава 1.3) и должно быть не менее 50% сечения фазных жил при условии, что нагрузка симметрична и по нулевому проводнику не протекает ток высших гармоник.

Как правильно выбрать между медным и алюминиевым кабелем на 240 мм²?

Выбор основан на технико-экономическом расчете. Медный кабель имеет меньшие потери электроэнергии (примерно на 40% меньшее сопротивление), большую стойкость к механическим нагрузкам (изгиб, вибрация), более надежные контактные соединения. Алюминиевый кабель значительно дешевле и легче. В стационарных прокладках с надежной фиксацией и качественным монтажом алюминиевые кабели широко применяются. Однако в условиях частых изгибов, вибраций, а также для ответственных объектов часто предпочтение отдается меди.

Что означает маркировка «нг(А)» и когда она обязательна?

Маркировка «нг(А)» означает, что кабель не распространяет горение при групповой прокладке по категории А. Категория А – это испытание, при котором удельная тепловая нагрузка на кабель составляет 45 кВт/м (наиболее жесткие условия). Использование кабелей «нг(А)» обязательно при прокладке пучком (в лотках, коробах, на эстакадах) более одного кабеля внутри зданий и наружных установок согласно требованиям пожарной безопасности (СП 6.13130, ПУЭ гл. 2.1, 7.4).

Требуется ли заземление экрана у кабеля на 6/10 кВ 4х240 мм²?

Да, обязательно. Экран (металлическая оплетка или лента) кабелей на напряжение 6 кВ и выше должен быть заземлен с двух сторон для обеспечения равномерного распределения электрического поля, снятия зарядов и обеспечения безопасности персонала. В случае обрыва или отсутствия заземления на экране могут возникнуть опасные потенциалы, приводящие к пробою изоляции и создающие угрозу поражения током.

Как рассчитать потери напряжения в таком кабеле?

Потеря напряжения ΔU (в вольтах) в трехфазной линии рассчитывается по формуле: ΔU = √3 I L (Rcosφ + Xsinφ), где I – ток нагрузки (А), L – длина линии (км), R – удельное активное сопротивление жилы (Ом/км), X – удельное индуктивное сопротивление кабеля (Ом/км), cosφ – коэффициент мощности. Для кабеля 4х240 мм², проложенного в земле, удельное активное сопротивление R₀ для меди ~0.075 Ом/км, для алюминия ~0.125 Ом/км. Индуктивное сопротивление X₀ составляет примерно 0,07-0,08 Ом/км. Расчет потерь в процентах: ΔU% = (ΔU / U_ном) 100%.

Заключение

Силовой четырехжильный кабель сечением 240 мм² с пластмассовой изоляцией представляет собой сложное инженерное изделие, выбор и эксплуатация которого требуют учета множества факторов: электрических нагрузок, условий прокладки, требований пожарной безопасности и экономической целесообразности. Правильное понимание его конструкции, маркировки и характеристик, следование нормам ПУЭ и техническим условиям производителя является обязательным условием для создания надежных, безопасных и долговечных систем электроснабжения.