Кабели силовые экранированные

Кабели силовые экранированные: конструкция, назначение, применение

Силовые экранированные кабели представляют собой класс кабельной продукции, предназначенной для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках при напряжениях от 0.66 кВ до 35 кВ и выше, в условиях воздействия сильных электромагнитных полей. Основная отличительная черта – наличие экрана, выполненного из электропроводящего материала, который окружает токопроводящие жилы или изолированную фазу. Экранирование является критически важным элементом для обеспечения электромагнитной совместимости, безопасности и стабильности работы энергетических систем.

Конструктивные элементы экранированных силовых кабелей

Конструкция кабеля варьируется в зависимости от номинального напряжения, области применения и стандартов, однако общая компоновка включает следующие ключевые элементы:

• Токопроводящая жила. Изготавливается из меди или алюминия, круглой или секторной формы. Может быть однопроволочной (класс 1 по ГОСТ 22483) или многопроволочной (классы 2, 3, 4, 5), что обеспечивает гибкость.
• Фазная изоляция. Наносится на каждую жилу. Материалы: сшитый полиэтилен (XLPE), поливинилхлоридный пластикат (ПВХ), этиленпропиленовая резина (EPR). Для кабелей на напряжение 6 кВ и выше изоляция выполняется экструзионным способом с контролем чистоты и однородности.
• Экран по жиле (внутренний полупроводящий экран). Обязателен для кабелей на напряжение 6 кВ и выше. Представляет собой слой полупроводящего материала (сшитого полиэтилена с сажей или электропроводящей ленты), наложенный поверх фазной изоляции. Его функция – выравнивание электрического поля у поверхности жилы, устранение микроскопических воздушных включений и предотвращение частичных разрядов.
• Экран по изоляции (внешний полупроводящий экран). Аналогичный слой, накладываемый поверх фазной изоляции. Выравнивает электрическое поле с внешней стороны изоляции.
• Металлический экран (заземляющий экран). Ключевой элемент экранированного кабеля. Выполняется в виде:
  • Медной или алюминиевой ленты, наложенной продольно или в виде спиральной обмотки.
  • Медных проволок, наложенных поверх экрана по изоляции (обычно в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена).
  • Медной оплетки (чаще в кабелях низкого напряжения и контрольных).
  • Герметичной оболочки из свинца или алюминия (в кабелях специального назначения).

  Функции: защита от внешних электромагнитных помех, отвод токов утечки и емкостных токов, обеспечение симметрии электрического поля, путь для тока короткого замыкания.

• Поясная изоляция. Слой изоляционного материала (бумага, ПВХ, полиэтилен), накладываемый поверх скрученных изолированных жил. В современных кабелях с изоляцией XLPE часто отсутствует, заменяясь заполнителями и обмоткой.
• Заполнители. Пространство между изолированными жилами заполняется жгутами из полимерных материалов или мешалкой для придания кабелю круглой формы.
• Оболочка. Наружный защитный слой из ПВХ, полиэтилена, вулканизированной резины или полимеров, не распространяющих горение. Защищает от механических повреждений, влаги, химических веществ.

Классификация и типы экранированных силовых кабелей

Классификация осуществляется по нескольким ключевым параметрам.

По номинальному напряжению:

• Низкого напряжения (0.66/1 кВ).
• Среднего напряжения (6/10 кВ, 8.7/15 кВ, 12/20 кВ, 18/30 кВ).
• Высокого напряжения (20/35 кВ и выше).

По материалу изоляции:

• С бумажной пропитанной изоляцией (БПИ): (например, АСБ, СБ). Экраном служат медные или алюминиевые ленты, часто в комбинации с герметичной оболочкой. Применяются в сетях до 35 кВ.
• С изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE): (например, АПвП, ПвП, N2XH, N2XS(F)2Y). Наиболее распространенный тип для сетей 6-35 кВ. Обладают высокой пропускной способностью, стойкостью к термическим перегрузкам.
• С изоляцией из ПВХ пластиката: (например, ВВГ, АВВГ). Экранированные версии (ВВГЭ, АВВГЭ) применяются при напряжениях до 1 кВ в условиях сильных помех.
• С изоляцией из EPR-резины: Обладают повышенной гибкостью и стойкостью к многократным изгибам, применяются в мобильных установках.

По конструкции экрана:

• С индивидуальным экранированием каждой жилы (чаще в контрольных и многожильных силовых кабелях НН).
• С общим экраном поверх всех жил (наиболее распространено для силовых кабелей СН и ВН).
• С комбинированным экраном (например, медная лента + дренажные проволоки).

Основные функции и принцип работы экрана

Металлический экран выполняет ряд критически важных функций:

• Электромагнитная совместимость (ЭМС). Экранирует электромагнитное поле, создаваемое переменным током в жилах, предотвращая его излучение во внешнюю среду и наводку помех на соседние кабели и чувствительное оборудование. Одновременно защищает внутренние жилы от внешних электромагнитных полей.
• Симметрирование электрического поля. В трехфазных кабелях без экрана электрическое поле является несимметричным и зависит от взаимного расположения кабеля и заземленных элементов. Экран, будучи заземленным, создает вокруг каждой фазы равномерное радиальное поле, что повышает электрическую прочность изоляции.
• Защита от перенапряжений. Служит путем для стекания токов, наведенных грозовыми или коммутационными перенапряжениями.
• Безопасность. При пробое изоляции на экран ток короткого замыкания замыкается на землю, что приводит к срабатыванию защитных аппаратов (релейной защиты, предохранителей). Без экрана ток мог бы протекать по неизвестным путям, создавая опасность для персонала и оборудования.
• Контроль состояния изоляции. В системах с изолированной нейтралью или компенсированных сетях позволяет организовать контроль изоляции путем измерения тока или напряжения на экране.

Области применения

Экранированные силовые кабели являются обязательными к применению в следующих случаях:

• Электрические сети с номинальным напряжением 6 кВ и выше (требование ПУЭ).
• Прокладка в земле (траншеях) в условиях возможного воздействия блуждающих токов или коррозионно-активных сред.
• Прокладка в туннелях, каналах, коллекторах, где множество кабелей проложено в непосредственной близости, для исключения взаимного влияния.
• Питание нелинейных и генерирующих гармоники потребителей (частотные преобразователи, дуговые печи, крупные ИБП).
• Подключение критически важного оборудования, чувствительного к помехам: медицинские учреждения, центры обработки данных, лаборатории, системы автоматики и телемеханики.
• Взрывоопасные зоны (требования ГОСТ Р МЭК 60079).
• Прокладка вблизи линий электропередачи, железнодорожных контактных сетей.

Нормативные документы и стандарты

Производство и применение регламентируется рядом документов:

• ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), Глава 2.3 и 3.4. Устанавливают обязательность экранирования для кабелей выше 1 кВ, правила заземления экранов.
• ГОСТ 31996-2012. «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ». Определяет требования к кабелям НН, в том числе экранированным.
• ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-1:2004). «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 1 кВ (U_m = 1,2 кВ) до 30 кВ (U_m = 36 кВ)». Основной стандарт для кабелей СН.
• ГОСТ Р МЭК 60229. «Испытания на нераспространение горения».
• Международные стандарты: IEC 60502-2, HD 620, VDE 0276.

Особенности монтажа и заземления экранов

Правильное заземление экранов – обязательное условие их эффективной и безопасной работы. Существует несколько схем:

• Одностороннее заземление. Экран заземляется только с одной стороны кабельной линии. Применяется для коротких линий (обычно до нескольких сотен метров) для предотвращения циркулирующих токов. Недостаток: на незаземленном конце при КЗ может возникнуть опасное напряжение.
• Двустороннее заземление. Экран заземляется с обоих концов. Наиболее распространенная схема, обеспечивающая безопасность. Недостаток: в экране наводятся циркулирующие токи от магнитного поля рабочих токов, что приводит к потерям и нагреву. Актуально для линий с большими сечениями и токами нагрузки.
• Поперечное соединение и заземление (схема cross-bonding). Применяется на длинных линиях (обычно свыше 1 км), разбитых на три примерно равные секции. Экран каждой фазы в конце секции перекрестно соединяется с экраном другой фазы, а заземление выполняется только в точках перекрестного соединения и на концах линии. Эта схема практически сводит к нулю циркулирующие токи в экранах, снижая потери.

При монтаже необходимо обеспечить надежный электрический контакт в соединительных муфтах и концевых заделках. Для отвода экрана используются медные оплетки или специальные контактные лепестки. При прокладке в земле необходимо учитывать коррозионную стойкость материала экрана и оболочки.

Сравнительная таблица характеристик кабелей с разной изоляцией

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Обязательно ли использовать экранированный кабель для напряжения 0.66/1 кВ?

Согласно ПУЭ, для сетей до 1 кВ экранирование не является обязательным. Однако его применение диктуется конкретными условиями: наличием мощных источников помех, требованиями к ЭМС оборудования, прокладкой в общих пучках с кабелями управления или слаботочными линиями, а также во взрывоопасных зонах.

Как выбрать сечение экрана (дренажных проволок)?

Сечение экрана нормируется стандартами. Например, для кабелей по ГОСТ Р 53769-2010 сечение медных проволок экрана должно быть не менее 16 мм² для одножильных кабелей сечением жилы до 500 мм² и не менее 25 мм² для жил сечением от 500 мм². Для трехжильных кабелей минимальное сечение – 16 мм². Это обеспечивает способность проводить ток КЗ в течение заданного времени (обычно 1 секунда).

Чем отличается экран от брони?

Это принципиально разные элементы. Экран – это электропроводящий слой для управления электрическим полем и защиты от помех. Броня (стальные ленты или оцинкованные проволоки) – это механическая защита от растягивающих усилий, грызунов, случайных повреждений. В одном кабеле могут присутствовать оба элемента (например, АПвБбШв: экран из медных проволок + броня из стальных лент).

Что произойдет, если не заземлить экран силового кабеля?

Незаземленный экран теряет все свои защитные функции. Он не обеспечивает симметрию электрического поля, что может привести к локальным перенапряжениям в изоляции и сокращению срока службы. При пробое изоляции не обеспечивается путь для тока КЗ, что делает невозможным быстрое отключение поврежденного участка защитой и создает опасность для персонала. Также не работает защита от электромагнитных помех.

Как бороться с циркулирующими токами в экранах при двустороннем заземлении?

Основные методы: применение схемы поперечного соединения (cross-bonding) на длинных линиях; использование кабелей с уменьшенным сечением экрана (где это допустимо по току КЗ); раздельное прокладывание фаз одножильных кабелей в треугольное или касательное расположение для взаимной компенсации магнитных полей; применение специальных оптимизированных кабелей с экранами из немагнитных материалов (алюминий), которые имеют меньшее сопротивление.

Можно ли соединять экранированные кабели с неэкранированными?

Такое соединение не рекомендуется и, как правило, лишено смысла, так как нарушается целостность экранирования. На стыке возникает точка с несимметричным полем и возможной концентрацией напряженности. Если такое соединение неизбежно, необходимо обеспечить плавный отвод экрана и его надежное заземление в точке соединения, а также применить специальную переходную муфту.

Заключение

Силовые экранированные кабели являются сложным и высокотехнологичным продуктом, обеспечивающим надежность, безопасность и электромагнитную совместимость современных энергетических систем. Правильный выбор типа кабеля, его конструктивного исполнения и схемы заземления экранов напрямую влияет на стабильность электроснабжения, долговечность линии и безопасность эксплуатации. Проектирование и монтаж должны выполняться с учетом всех требований нормативной документации, условий прокладки и характеристик подключаемого оборудования.