Кабели силовые алюминиевые с ПВХ изоляцией: конструкция, стандарты, применение и эксплуатация
Силовые кабели с алюминиевыми токопроводящими жилами и изоляцией из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката представляют собой широко распространенный класс кабельно-проводниковой продукции, предназначенный для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках. Их доминирующее положение на рынке обусловлено оптимальным соотношением стоимости, эксплуатационных характеристик и простоты монтажа. Данная статья детально рассматривает конструктивные особенности, нормативную базу, области применения, методы монтажа и ключевые аспекты эксплуатации этих кабелей.
Конструкция и материалы
Конструкция силового алюминиевого кабеля с ПВХ изоляцией является многослойной, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Стандартная компоновка, начиная от центра:
- Токопроводящая жила: Изготавливается из алюминия марок А0, А1, А2 или АЕ (по ГОСТ 22483). Для сечений от 16 мм² и выше, как правило, используется многопроволочная крученая конструкция, обеспечивающая необходимую гибкость. Жилы могут быть однопроволочными (для меньших сечений) и многопроволочными. Форма жилы: круглая, секторная или сегментная (для многожильных кабелей больших сечений с целью компактизации).
- Изоляция: Выполняется из ПВХ пластиката различных составов. Основные типы: ВВ (ПВХ пластикат нормального исполнения) и ВВнг (ПВХ пластикат пониженной горючести). Толщина изоляции нормируется стандартами в зависимости от номинального напряжения и сечения жилы. Цветовая маркировка изоляции жил соответствует стандартам: для трехжильных кабелей – желто-зеленый (земля), синий (нейтраль), коричневый (фаза); для кабелей на напряжение выше 1 кВ часто все жилы имеют черную изоляцию с цифровой или цветовой меткой.
- Заполнение: Пространство между изолированными жилами в многожильных кабелях заполняется ПВХ композицией или жгутом из невулканизированной резиновой ленты для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
- Поясная изоляция: В многожильных кабелях поверх скрученных изолированных жил может накладываться поясная изоляция из ПВХ пластиката, крепированной бумаги или полимерной ленты.
- Экран (для кабелей на 6 кВ и выше): Обязательный элемент. Выполняется из электропроводящего материала (полупроводящий ПВХ, электропроводящая бумага) в сочетании с медными лентами или проволоками. Предназначен для выравнивания электрического поля и защиты от внешних электромагнитных помех.
- Оболочка: Наружный защитный слой из ПВХ пластиката. Основные типы: В (нормальное исполнение), Внг (пониженной горючести), Внг-LS (пониженной горючести с низким дымо- и газовыделением), Внг-HF (не распространяющий горение, без галогенов). Оболочка обеспечивает защиту от механических повреждений, влаги, агрессивных сред и объединяет все элементы кабеля в единую конструкцию.
- По номинальному напряжению: Наиболее распространенные группы: 0,66 кВ; 1 кВ; 6 кВ; 10 кВ; 35 кВ. Для каждого напряжения установлены свои требования к толщине изоляции и конструкции.
- По количеству и материалу жил: 1, 2, 3, 4, 5 жил. Алюминий обозначается буквой «А» в начале марки (кроме некоторых старых обозначений).
- По типу изоляции и оболочки: ПВХ изоляция – «В», ПВХ оболочка – «В». Таким образом, кабель с алюминиевыми жилами, ПВХ изоляцией и ПВХ оболочкой имеет марку АВВГ.
- По наличию брони: Броня из стальных оцинкованных лент (марки «Б») или проволок («К») применяется для прокладки в земле (траншеях) и в условиях риска механических повреждений. Пример: АВБбШв.
- По пожарной безопасности: «нг» – не распространяющий горение, «LS» – с низким дымо- и газовыделением, «HF» – безгалогенный.
- Точные значения зависят от конкретных условий прокладки (температура, количество кабелей в пучке, способ прокладки) и должны определяться по ПУЭ 7-го издания, глава 1.3.
- Прокладка в сухих и влажных производственных помещениях, туннелях, каналах, шахтах (для исполнений «нг»).
- Прокладка на специальных кабельных эстакадах и в блоках.
- Прокладка в земле (траншеях) – только для бронированных исполнений (АВБбШв, АВБбШнг). Небронированные кабели АВВГ для прямой прокладки в земле не предназначены из-за высокого риска механических повреждений.
- Электроснабжение промышленных предприятий, жилых и общественных зданий, инфраструктурных объектов.
- Рабочая температура токопроводящей жилы: от -50°C до +70°C (допустимый нагрев при перегрузке до +90°C, при коротком замыкании до +200°C в зависимости от ПВХ состава).
- Монтаж кабеля без предварительного подогрева допускается при температуре не ниже -15°C.
- Допустимая температура окружающей среды при эксплуатации: от -50°C до +50°C.
- Относительная влажность воздуха при температуре до +35°C: до 98%.
- Прокладка без дополнительной защиты на улице не рекомендуется из-за воздействия ультрафиолетового излучения, которое со временем приводит к деструкции ПВХ оболочки («старению»).
- Не рекомендуется для прокладки в вертикальных и наклонных трассах с большим перепадом высот без специальных креплений, так как ПВХ пластикат подвержен ползучести (сползанию).
- Электропроводность: Удельная электропроводность меди примерно в 1.68 раза выше, чем у алюминия. Это означает, что для передачи одинаковой мощности при том же токе сечение алюминиевой жилы должно быть примерно на 60% больше, чем медной.
- Механические свойства: Медь прочнее и пластичнее. Медные жилы, особенно многопроволочные, более устойчивы к многократным изгибам. Алюминий хрупче, подвержен «ползучести» (холодной деформации под давлением в контактных соединениях), что требует специальных мер при оконцевании.
- Вес: Алюминиевый кабель при сопоставимом токе нагрузки легче медного примерно в 2 раза, что облегчает транспортировку и монтаж.
- Стоимость: Алюминиевые кабели значительно дешевле медных (на 50-70% в пересчете на единицу длины для аналогичных условий токопередачи). Это главное экономическое преимущество.
- Коррозионная стойкость: Алюминий быстро окисляется на воздухе, образуя тугоплавкую оксидную пленку с высоким сопротивлением, которую необходимо разрушать при монтаже контактов (с помощью кварцево-вазелиновой пасты или специальных смазок).
- Радиус изгиба: При монтаже необходимо соблюдать минимально допустимый радиус изгиба. Для многожильных кабелей в оболочке он обычно составляет 7.5-10 наружных диаметров кабеля.
- Оконцевание и соединение: Для обеспечения надежного и долговечного контакта необходимо:
- Использовать специальные кабельные наконечники, рассчитанные на алюминиевые жилы (маркируются, например, «АЛ»). Они выполнены из алюминия или биметалла (алюминий-медь).
- Перед установкой наконечника зачищенную часть жилы и внутреннюю поверхность наконечника очистить от оксидной пленки и немедленно нанести ингибитор окисления (кварцево-вазелиновую или специальную токопроводящую пасту).
- Обжим наконечника должен производиться специальным инструментом (гидравлическим прессом) с матрицами, соответствующими сечению жилы и наконечника. Валиковый обжим (шестигранный) предпочтительнее локального.
- В соединительных муфтах и зажимах также необходимо применять ингибитор окисления и соблюдать моменты затяжки, указанные производителем.
- Прокладка в лотках и коробах: При групповой прокладке необходимо учитывать коэффициент снижения токовой нагрузки (ПУЭ, табл. 1.3.10-1.3.11). Для кабелей с индексом «нг» групповую прокладку можно осуществлять без снижения сечения, но с учетом заполнения лотка.
Классификация и маркировка
Кабели классифицируются по ряду ключевых признаков, отраженных в их буквенно-цифровой маркировке по ГОСТ 31996-2012 и аналогичным ТУ.
Основные технические характеристики
Эксплуатационные параметры кабелей регламентируются ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3 кВ» и другими стандартами.
Таблица 1. Допустимый длительный ток нагрузки для кабелей АВВГ (АВВГнг) 1 кВ при прокладке в земле (одножильные, температура земли +15°C) и в воздухе (многожильные)
| Номинальное сечение жилы, мм² | Длительно допустимый ток, А (в земле)* | Длительно допустимый ток, А (в воздухе)* | Сопротивление жилы при 20°C, Ом/км, не более |
|---|---|---|---|
| 16 | 85 | 60 | 1.91 |
| 25 | 115 | 80 | 1.20 |
| 50 | 165 | 140 | 0.60 |
| 120 | 270 | 240 | 0.253 |
| 240 | 395 | 365 | 0.125 |
Таблица 2. Классификация по условиям пожарной безопасности (по ГОСТ 31565-2012)
| Марка кабеля | Категория исполнения | Краткое описание |
|---|---|---|
| АВВГ | Не регламентируется | Общего назначения, не имеет специальных противопожарных свойств. |
| АВВГнг(А) | П1б.8.2.2.2 | Не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А (наибольшая пожарная нагрузка). |
| АВВГнг-LS | П1б.8.2.2.2 + низкое дымо- и газовыделение | Не распространяющий горение с низким дымо- и газовыделением при горении и тлении. |
| АВВГнг-HF | П1б.8.2.2.2 + безгалогенный | Не распространяющий горение, не выделяющий коррозионно-активных газообразных галогенсодержащих продуктов при горении и тлении. |
Области применения и ограничения
Применение: Кабели АВВГ и их модификации предназначены для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках на переменное напряжение до 35 кВ частотой 50 Гц.
Ограничения и условия эксплуатации:
Сравнение с медными аналогами и экономическое обоснование
Ключевым конкурентом алюминиевых кабелей являются кабели с медными жилами (ВВГ и аналоги). Сравнительный анализ:
Вывод: Алюминиевые кабели являются экономически оптимальным решением для стационарной прокладки в распределительных сетях, где не требуется высокая гибкость, а стоимость проекта является критическим фактором. Медные кабели предпочтительны в условиях ограниченного пространства (меньшее сечение), при необходимости частых перемонтажей, в гибких соединениях и ответственных цепях с высокими требованиями к надежности контактов.
Особенности монтажа и соединения
Монтаж алюминиевых кабелей требует учета специфики материала.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается кабель АВВГ от АВВГнг?
Кабель АВВГнг (не распространяющий горение) изготовлен из ПВХ пластиката пониженной горючести. Это позволяет прокладывать его пучками (группами) без риска распространения пламени от одного кабеля к другому в случае возгорания. Обычный АВВГ для групповой прокладки по современным нормам пожарной безопасности (особенно внутри зданий) применяться не должен.
Можно ли прокладывать кабель АВВГ в земле?
Нет, стандартный небронированный кабель АВВГ не предназначен для прямой прокладки в земле (траншее). Отсутствие брони делает его уязвимым для механических повреждений при земляных работах, давления грунта, воздействия грызунов. Для прокладки в земле необходимо использовать бронированные кабели в ПВХ шланге, например, АВБбШв (с броней из стальных лент) или АВКБШв (с броней из круглой стальной проволоки).
Как правильно выбрать сечение алюминиевого кабеля?
Выбор сечения производится по трем основным критериям (ПУЭ гл. 1.3):
1. По длительно допустимому току нагрузки (нагрев). Ток нагрузки должен быть меньше или равен допустимому току для условий прокладки.
2. По потере напряжения. Для силовых сеть 0.4 кВ потеря напряжения от шин ТП до наиболее удаленного электроприемника не должна превышать, как правило, 5%.
3. По условиям срабатывания защиты (отсечка при КЗ). Сопротивление петли «фаза-ноль» должно быть достаточно низким для гарантированного срабатывания автомата или предохранителя при коротком замыкании в конце линии.
Рекомендуется выполнять расчет по всем трем пунктам и выбирать наибольшее из полученных сечений.
Почему при монтаже алюминиевых кабелей обязательно используют кварцево-вазелиновую пасту?
Паста выполняет две ключевые функции: разрушает существующую тугоплавкую оксидную пленку (Al2O3) на поверхности жилы за счет абразивных частиц (кварца) и предотвращает образование новой пленки, изолируя контактную поверхность от доступа воздуха (функция вазелина). Это обеспечивает стабильное, низкое переходное сопротивление в контактном соединении на весь срок службы, предотвращая его перегрев.
Что означает маркировка АВВГнг-LS и где ее применяют?
Маркировка расшифровывается: А – алюминиевая жила, В – ПВХ изоляция, В – ПВХ оболочка, Г – гибкий (многопроволочная жила), нг – не распространяющий горение при групповой прокладке, LS (Low Smoke) – с пониженным дымо- и газовыделением. Такие кабели применяются в местах с массовым пребыванием людей (торговые центры, вокзалы, метро, больницы, школы), а также в помещениях с электронным оборудованием, где продукты горения (дым и коррозионные газы) могут причинить значительный вред людям и аппаратуре.
Каков срок службы алюминиевого кабеля с ПВХ изоляцией?
Номинальный срок службы кабелей АВВГ, соответствующих ГОСТ 31996-2012, составляет не менее 30 лет. Фактический срок эксплуатации зависит от условий: температуры окружающей среды, величины и постоянства нагрузки, отсутствия перегрузок, корректности монтажа (особенно контактных соединений), воздействия агрессивных сред и механических факторов. При соблюдении всех условий эксплуатации кабель может прослужить 40-50 лет.
Заключение
Силовые алюминиевые кабели с ПВХ изоляцией остаются фундаментальным элементом систем распределения электроэнергии благодаря своей экономической эффективности и отработанной технологии производства и применения. Правильный выбор марки (с учетом требований пожарной безопасности), сечения и условий прокладки, а также строгое соблюдение технологий монтажа, особенно соединений и оконцеваний, являются залогом их долговечной и безопасной эксплуатации. При проектировании новых объектов и модернизации существующих сетей необходимо руководствоваться актуальными редакциями ПУЭ, ГОСТ и учитывать развитие материалов, отдавая предпочтение кабелям с улучшенными противопожарными характеристиками (нг-LS, нг-HF) для внутренней прокладки.