10 технических характеристик кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Конструкция и состав.

Расшифровка маркировки силового кабеля с бумажной пропитанной изоляцией

маркировка

изоляция

материал жилы

оболочка

броня

подушка

без наруж- ного покро- ва

покров шлангового типа

бумажная пропи- танная вязким масло- кани- фольным составом

пропи- танная нестека- ющим составом марки NAPELEС

из ПВХ

медь

алю- ми- ний

алю- мини- евая

свин- цовая

без брони из сталь- ных лент

с броней из 2-х сталь- ных лент

подуш- ка под броней без обозна- чения

тип подуш- ки под броней

Ш или В

волок- нистые матери- алы, пропи- танные битумом

из ПВХ пласти- ката

из него- рючего ПВХ пласти- ката

из него- рючего ПВХ пласти- ката с низким дымо- газо- выделе- нием

б/о

Ц

В

б/о

А

А

С

б/о

Б

б/о

«2л», «нл», «л»

Г

б/о

В

нг

нг-LS

АСБ

А

С

Б

АСБл(2л)

А

С

Б

л (2л)

АСБШв

А

С

Б

Шв

АСБл(2л)Шв

А

С

Б

л(2л)

Шв

АСБГ

А

С

Б

Г

АСБ2лГ

А

С

Б

2л

Г

СШв

С

Шв

СБ

С

Б

СБл(2л)

С

Б

л (2л)

СБ2лГ

С

Б

2л

Г

СБл(2л)Шв

С

Б

л(2л)

Шв

СБГ

С

Б

Г

СБШв

С

Б

Шв

СШв

С

Шв

СГ

С

Г

ЦАСБ

Ц

А

С

Б

ЦАСБл(2л)

Ц

А

С

Б

л (2л)

ЦАСБШв

Ц

А

С

Б

Шв

ЦАСБлШв

Ц

А

С

Б

л

Шв

ЦАСШв

Ц

А

С

Шв

ЦАСБГ

Ц

А

С

Б

Г

ЦСБГ

Ц

С

Б

Г

ЦСБ

Ц

С

Б

ЦСБл(2л)

Ц

С

Б

л(2л)

ЦСБлШв

Ц

С

Б

л

Шв

ЦСШв

Ц

С

Шв

ЦСБШв

Ц

С

Б

Шв

ЦААБл(2л)

Ц

А

А

Б

л (2л)

ЦААБл(нл)Г

Ц

А

А

Б

л (нл)

Г

ЦААШв

Ц

А

А

Шв

ААБл(2л)

А

А

Б

л (2л)

ААБ2лШв

А

А

Б

2л

Шв

ААГ

А

А

Г

ААБл(нл)Г

А

А

Б

л (нл)

Г

ААШв

А

А

Шв

ААШнг

А

А

Шнг

ЦААШнг

Ц

А

А

Шнг

АСБВнг-LS

А

С

Б

Внг-LS

ЦАСБВнг-LS

Ц

А

С

Б

Внг-LS

СБВнг-LS

С

Б

Внг-LS

ЦСБВнг-LS

Ц

С

Б

Внг-LS

С пластмассовой изоляцией

• Шланг из поливинилхлоридного пластиката………..Шв
• Без наружного покрова……………………………………….Г
• Бронированный………………………………………………….Бб
• Оболочка из полиэтилена, самозатухающего
• и вулканизированного полиэтилена,
• поливинилхлоридного пластика, алюминия……… П, Пс, Пв, В, А
• Жила медная………………………………………………………–
• То же алюминиевая …………………………………………….А

В настоящее время применяют, как правило, кабели с алюминиевыми жилами в алюминиевой оболочке. Применение кабелей с медными жилами требует специального обоснования. Для КЛ, прокладываемых в земле и воде, применяют бронированные кабели. Применение кабелей в свинцовой оболочке предусматривается для прокладки подводных ли­ний, в шахтах, опасных по газу и пыли, для прокладки в особо опасных коррозионных средах. В остальных случаях при невозможности исполь­зовать кабели в алюминиевых или пластмассовых оболочках их замена на кабели в свинцовых оболочках требует специального обоснования.

В последние годы в сетях зарубежных энергосистем получили ши­рокое распространение кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (российское обозначение СПЭ, английское – XLPE). Кабели средне­го напряжения из сшитого полиэтилена занимают 80–85 % рынка в США и Канаде, 95 % – в Германии и Дании, 100 % – в Японии, Фин­ляндии, Швеции и Франции.

Основные достоинства кабелей со СПЭ-изоляцией:

• изготавливаются на напряжение до 500 кВ;
• срок службы кабелей составляет не менее 30 лет;
• пропускная способность в зависимости от условий прокладки на 15– 30 % выше, чем у кабелей с бумажной или маслонаполненной изоляци­ей, т.к. кабели со СПЭ-изоляцией рассчитаны на длительную работу При температуре жилы 90 «С, а их бумажно-масляные аналоги допуска­ют нагрев до 70 °С;
• отвечают экологическим требованиям;
• прокладка и монтаж меньше зависят от погоды и могут проводить­ся даже при температуре –20 °С;
• значительно дешевле и проще становятся обслуживание и ремонт При механических повреждениях, существенно легче выполняются про­кладка и монтаж соединительных муфт и концевых заделок в полевых условиях.

Для кабелей с нормально пропитанной бумажной изоляцией наибольшая допустимая разность уровней между точками прокладки при­ведена в табл. 3.27. Разность уровней для кабелей с нестекающей про­питкой, пластмассовой и резиновой изоляцией не ограничивается. Максимальная возможная разность уровней в маслонаполненных КЛ низкого давления составляет 20–25 м. Для кабелей высокого давления (в стальных трубах) возможная разность уровней между стопорными муфтами определяется минимально допустимым снижением давления масла в трубопроводе до 1,2 МПа. Нормальное давление масла прини­мается равным (1,5±2%) МПа, максимальное – согласовывается с за­водом-изготовителем.

Максимальные строительные длины силовых кабелей приведены в табл. 3.28. Для маслонаполненных кабелей 110 кВ и выше стандартная строительная длина составляет до 800 м. Завод-изготовитель уточняет строительные длины таких кабелей в соответствии с проектом проклад­ки линии. Расчетные данные кабелей с бумажной изоляцией до 35 кВ и маслонаполненных кабелей 110 и 220 кВ с пластмассовой изоляцией приведены в табл. 3.29 и 3.30.

Классификация СПЭ кабелей

По классу номинально напряжения проводники из сшитого полиэтилена подразделяются на 3 группы:

1. До 35 кВ — 1-я группа.
2. 45-150 кВ — 2-я группа.
3. 220 кВ и выше — 3-я группа.

По площади сечения токопроводящей жилы:

1. До 1600 кв. мм — 1-я.
2. 70-2000 кв. мм — 2-я.
3. 400-2000 кв. мм — 3-я.

По количеству токопроводящих жил:

1. 1 или 3 токовода — 1-я группа.
2. 1 — 2-я и 3-я группа.

Кабель силовой с алюминиевыми жилами 10 кВт С точки зрения материала токоведущей жилы СПЭ кабеля бывают:

1. Медные.
2. Алюминиевые.

По типу материала наружной оболочки:

1. Полимерное покрытие.
2. ПВХ пластик.
3. Полиэтилен.

По типу защиты от механических повреждений:

1. Бронирование стальными лентами.
2. Проволокой из стали.
3. Алюминиевой проволокой.

Кабель с проволочной броней

АПВВ ПВВ

Число и сечение жилы/экрана	Наружн. диаметр кабеля, мм	Расчетная масса кабеля, кг/км		Число и сечение жилы/экрана	Наружн. диаметр кабеля, мм	Расчетная масса кабеля, кг/км
1 х 50 / 16	28,8	849,38		1 х 50 / 16	28,8	1156,28
1 х 50 / 25	28,9	935,89		1 х 50 / 25	28,9	1242,79
1 х 70 / 16	30,3	948,92		1 х 70 / 16	30,3	1378,72
1 х 70 / 25	30,4	1035,43		1 х 70 / 25	30,4	1465,23
1 х 95 / 16	31,9	1065,15		1 х 95 / 16	31,9	1648,35
1 х 95 / 25	32,0	1151,65		1 х 95 / 25	32,0	1734,85
1 х 120 / 16	33,4	1174,94		1 х 120 / 16	33,4	1911,64
1 х 120 / 25	33,5	1261,45		1 х 120 / 25	33,5	1998,15
1 х 150 / 25	35,0	1387,86		1 х 150 / 25	35,0	2308,66
1 х 150 / 35	35,0	1486,37		1 х 150 / 35	35,0	2407,17
1 х 185 / 25	36,6	1529,75		1 х 185 / 25	36,6	2665,45
1 х 185 / 35	36,6	1628,26		1 х 185 / 35	36,6	2763,96
1 х 240 / 25	38,8	1744,38		1 х 240 / 25	38,8	3217,68
1 х 240 / 35	38,8	1842,89		1 х 240 / 35	38,8	3316,19
1 х 300 / 25	40,9	1970,00		1 х 300 / 25	40,9	3811,70
1 х 300 / 35	40,9	2068,51		1 х 300 / 35	40,9	3910,21
1 х 400 / 35	44,3	2431,69		1 х 400 / 35	44,3	4887,29
1 х 500 / 35	47,5	2827,22		1 х 500 / 35	47,5	5896,72
1 х 630 / 35	50,7	3275,80		1 х 630 / 35	50,7	7143,40
1 х 800 / 35	54,5	3847,71		1 х 800 / 35	54,5	8758,91

Испытания

Как и вся кабельная продукция, кабели из СПЭ обязательно должны проверятся на предмет их соответствия техническим характеристикам. Еще совсем недавно испытание проводилось под более высоким напряжением, которое превышало номинальное в 5-6 раз. Правда, от такой методики недавно отказались, потому что линии электропередач под действием такого большого напряжение снижали свои характеристики, особенно те, которые давно эксплуатировались и имели изношенную изоляцию.

Сегодня испытания проводятся по другой технологии, как говорят специалисты, щадящей. Для этого испытательное напряжение превышает номинальное в три раза, но используется для проверки ток с частотою 0,1 Гц. По сути, это постоянный ток, который внутри кабеля не вызывает объемных зарядов, негативно действующих на полиэтиленовую изоляцию.

Переход на кабели с изоляцией из СПЭ взамен кабелей с БПИ обусловлен рядом неоспоримых преимуществ:

• более высокая надёжность в эксплуатации;
• меньшие расходы на реконструкцию и содержание кабельных линий;
• низкие диэлектрические потери (коэффициент диэлектрических потерь 0,001 вместо 0,008);
• высокая стойкость к повреждениям;
• большая пропускная способность за счёт увеличения допустимой
• температуры нагрева жил: длительной (90°С вместо 70°С), при перегрузке (130°С вместо 90°С);
• более высокий ток термической устойчивости при коротком замыкании (250°С вместо 200°С);
• низкая допустимая температура при прокладке без предварительного подогрева (-20°С вместо 0°С);
• низкое влагопоглощение;
• меньший вес, диаметр и радиус изгиба, что облегчает прокладку на сложных трассах;
• возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней;
• более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума).

Кабель СПЭ с ПВХ оболочкой

Марки кабеля ПвВ и АПвВ – это изделия с внешней оболочкой из поливинилхлоридного пластиката. Она применяется для прокладки в пожароопасных помещениях и там, где выставляются дополнительные условия по пожарной безопасности.

У них в аббревиатуре появляется дополнительная маркировка:

Нг

не поддерживающий горения

Некоторые переводят как ”не горючий”, но это не совсем верно. Он горит при воздействии прямого огня. Однако стоит огонь убрать, и поддерживать горение далее он не будет.

Такие кабеля в основном прокладываются внутри помещений. Для прокладки их в земле необходимо, чтобы влажность грунта не превышала 14%.

индекс Ls

с оболочкой пониженного дымовыделения

Например АПвВнг(В) – Ls 10.

Буква ”В” в скобках – кабель для эксплуатации в пожароопасных помещениях. Буква ”А” – во взрывоопасных. Иногда для огнезащитного барьера используется стеклолента.

Кабель АПвВнг(А) – Ls FRHF 10.

FR – огнестойкий

HF – без галогенный

Самый опасный галоген в кабелях это хлор. При горении вышеуказанная марка кабеля выделяет минимум дыма, горит только внутри пламени и не распространяет при пожаре вредных веществ.

Разделка кабеля

На рынке представлено большое количество инструмента от разных производителей. Но специалисты отдают первенство специальным съёмникам. Съёмник — это специальное устройство для быстрого и лёгкого снятия изоляционных слоёв. При этом жилы силового кабеля не повреждаются.

К разделке силового кабеля нужно относиться очень ответственно и скрупулёзно (чтобы не было никаких деформаций жил), так как эта конструкция состоит из многих слоёв. Иначе он может начать сильно перегреваться. В данном процессе используются два съёмника. Каждый из них предназначен для своей задачи. Первый снимает наружную изоляцию. Второй применяется для очистки самой жилы. У каждого инструмента можно менять лезвия. Также есть возможность выбирать глубину прорези.

Особенности включения по типу заземления

При расчётах на этапе проектирования схем прокладки кабелей рассматривают способ присоединения «нейтрали» к «земле». Нейтраль – это проводник, соединяющий в одну точку нулевые провода обмоток питающих трансформаторов или генераторов (в трёхфазных сетях). Различают два вида включения кабелей-СПЭ для эксплуатации, а именно:

• схема с изолированной нейтралью (ИН);
• схема с глухозаземлённой нейтралью (ЗН).

В зависимости от вида включения, для линий организована защита от коротких замыканий. В сетях с изолированной нейтралью кабель может эксплуатироваться при замыкании одной фазы на «землю» (ОЗЗ) довольно продолжительное время. Такое однофазное замыкание не требует немедленного отключения для ремонта. Ток замыкания невелик, но вызывает старение кабеля.

Осторожно! ОЗЗ при глухозаземлённой нейтрали требует немедленного срабатывания защитного отключения. Ток замыкания при этом очень большой, и проводник может сгореть

Типы подключения нейтрали

Общее описание.

Кабели на напряжение 10 кВ по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и эксплуатационным свойствам соответствуют международному стандарту МЭК 60502-2 и гармонизированному документу HD 620 S1. В подавляющем большинстве случаев, это одно- и трёхжильные проводники.

Применение находят в основном в сетях с номинальной частотой 50 Гц, с заземленной и изолированной нейтралью.

Кабель 10 кв с гибкой изоляцией применяется преимущественно для прокладки сетей передвижных подстанций, крупногабаритной техники, а также других временных или мобильных источников питания. Он очень прост в применении, неприхотлив к условиям эксплуатации и может использоваться в широком температурном диапазоне, а также при повышенной влажности. Данные образцы очень просты в установке, однако же рекомендуется привлекать для работы с ними профессионалов. Это будет гарантией правильного монтажа образцов и дальнейшей корректной работы оборудования. На кабель 10 кв цена в нашей компании будет если не лучшей, то одной из лучших на рынке за счет оптимальных условий взаимодействия с партнерами как в области производства, так и в области логистической обработки кабельной продукции.

Из практики эксплуатации СПЭ-кабеля

Опыт внедрения кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена в других странах показал их большие возможности и преимущества. Однако не обошлось без ошибок при постановке этих кабелей в производство. Так, изначально при изготовлении кабелей многие производители применяли более дешевую технологию «силановой сшивки» полиэтиленовой изоляции. Ее отличительной особенностью является то, что наложение изоляции происходило на обычной экструзионной линии, при этом в полиэтиленовый пластикат добавлялись специальные смеси для обеспечения сшивки при нормальной температуре. Для сравнения сейчас в основной массе сшивка кабелей производится в среде нейтрального газа при температуре 300–400  °С и давлении 8–9 атмосфер. Для обеспечения необходимых эксплуатационных качеств сшивка должна происходить равномерно по толщине изоляции. При применении силановой сшивки это требование обеспечить чрезвычайно трудно при толщине изоляции, которая применяется для кабелей на напряжении 10 киловольт. В результате неравномерной сшивки эксплуатационные качества, срок службы, степень подверженности изоляции воздействию водотриингов, электрическая прочность оказывались значительно хуже расчетных, что приводило к большому числу электрических пробоев. Поэтому на сегодняшний день подавляющее большинство производителей используют технологию сшивки в среде нейтрального газа.

Этот опыт был учтен и при постановке в производство данного кабеля в России, также как и другие требования, предъявляемые к кабелям среднего напряжения российскими заказчиками. В результате конструкция кабеля, производимого в России отличается от европейской. Так как кабель применяется в основном в сетях  10 кВ, толщина изоляции была увеличена с 3,4 до 4,0 мм. При прокладке в земле применяется оболочка из полиэтилена высокой плотности, обеспечивающая необходимую защиту кабеля от механических повреждений, как при прокладке, так и в процессе эксплуатации. Если необходима герметизация экрана, используются два слоя водонабухающих лент под и поверх медного экрана, накладываемых с перекрытием. При прокладке кабеля в кабельных сооружениях применяется оболочка из ПВХ пониженной горючести.

Их всего сказанного выше можно сделать выводы, что кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена являются предпочтительными и имеют большие перспективы при строительстве и реконструкции кабельных линий на напряжение 6, 10, 35 кВ. Благодаря уникальным характеристикам, высокой электрической прочности изоляции, невысокой повреждаемости, длительному сроку службы СПЭ-кабелей, их применение становится не только технически обоснованным, но и экономически выгодным.

Использованы материалы: abb.com

Таблица 2

Марка кабеля	Номинальное сечение жилы (сечение экрана), мм2	Наружный диаметр кабеля, мм	Расчетная масса 1 км кабеля, кг
10 кВ	20 кВ	35 кВ
10 кВ	20 кВ	35 кВ	Алюми-ниевая жила	Медная жила	Алюми-ниевая жила	Медная жила	Алюминиевая жила	Медная жила
АПвП ПвП	50(16)	25,3	29,5	35,5	659	968	817	1127	1089	1398
70(16)	26,8	31,0	37,0	748	1181	916	1349	1201	1634
95(16)	28,4	32,6	38,6	853	1441	1031	1619	1330	1918
120(16)	30,2	34,4	40,4	957	1699	1143	1886	1455	2197
150(25)	31,8	36,0	42,0	1153	2081	1349	2277	1637	2602
185(25)	33,6	37,8	43,8	1286	2431	1492	2637	1830	2975
240(25)	35,8	40,0	46,0	1486	2972	1705	3191	2063	3549
300(25)	38,3	42,5	48,5	1701	3558	1934	3791	2310	4167
400(35)	41,9	46,1	52,1	2136	4612	2388	4864	2792	5268
500(35)	44,7	48,9	54,9	2471	5566	2739	5834	3167	6262
630(35)	48,3	52,5	58,5	2925	6825	3216	7116	3676	7575
800(35)	52,5	56,7	62,7	3477	8429	3790	8742	4283	9235
АПвПу ПвПу	50(16)	26,3	30,5	36,5	697	1007	862	1172	1143	1452
70(16)	27,8	32,0	38,0	789	1222	963	1397	1257	1690
95(16)	29,4	33,6	39,6	896	1485	1081	1669	1389	1977
120(16)	31,2	35,4	41,4	1003	1746	1196	1939	1516	2259
150(25)	32,8	37,0	43,0	1201	2130	1404	2332	1737	2666
185(25)	34,6	38,8	44,8	1337	2482	1549	2694	1896	3042
240(25)	36,8	41,0	47,0	1541	3026	1766	3252	2133	3618
300(25)	39,3	43,5	49,5	1759	3616	1998	3855	2384	4241
400(35)	42,9	47,1	53,1	2200	4676	2458	4934	2871	5347
500(35)	45,7	49,9	55,9	2539	5634	2813	5908	3250	6345
630(35)	49,3	53,5	59,5	2999	6898	3296	7195	3764	7664
800(35)	53,5	57,7	63,7	3556	8508	3876	8828	4378	9330
АПвB ПвВ	50(16)	25,3	29,5	35,5	735	1044	908	1217	1199	1509
70(16)	26,8	31,0	37,0	829	1263	1011	1445	1316	1749
95(16)	28,4	32,6	38,6	940	1528	1132	1720	1451	2039
120(16)	30,2	34,4	40,4	1050	1792	1250	1993	1582	2324
150(25)	31,8	36,0	42,0	1251	2179	1461	2389	1805	2734
185(25)	33,6	37,8	43,8	1390	2535	1610	2755	1968	3113
240(25)	35,8	40,0	46,0	1597	3083	1831	3316	2209	3694
300(25)	38,3	42,5	48,5	1821	3678	2068	3925	2464	4321
400(35)	41,9	46,1	52,1	2268	4744	2534	5010	2958	5434
500(35)	44,7	48,9	54,9	2612	5707	2894	5989	3343	6438
630(35)	48,3	52,5	58,5	3090	6990	3396	7296	3878	7777
800(35)	52,5	56,7	62,7	3657	8609	3985	8937	4500	9452
АПвВнг-lS ПвВнг-LS	50(16)	25,3	29,5	35,5	787	1096	969	1279	1274	1584
70(16)	26,8	31,0	37,0	885	1318	1077	1510	1395	1828
95(16)	28,4	32,6	38,6	999	1587	1201	1789	1533	2121
120(16)	30,2	34,4	40,4	1113	1856	1323	2066	1668	2411
150(25)	31,8	36,0	42,0	1318	2246	1537	2466	1896	2824
185(25)	33,6	37,8	43,8	1461	2606	1690	2835	2062	3208
240(25)	35,8	40,0	46,0	1674	3159	1916	3402	2308	3794
300(25)	38,3	42,5	48,5	1903	3760	2159	4016	2569	4426
400(35)	41,9	46,1	52,1	2358	4834	2633	5109	3071	5547
500(35)	44,7	48,9	54,9	2708	5803	3000	6095	3462	6557
630(35)	48,3	52,5	58,5	3203	7102	3519	7419	4015	7915
800(35)	52,5	56,7	62,7	3780	8732	4119	9071	4648	9600

Токопроводящие жилы ― многопроволочные класса 2, круглые, уплотненные. По жиле наложен экран из электропроводящего сшитого ПЭ. По изоляции наложен комбинированный экран из слоя электропроводящего сшитого ПЭ, ленты электропроводящей бумаги, повивы из медных проволок и медной ленты.

При применении электропроводящей водоблокируещей ленты ее накладывают взамен электропроводящей бумаги.

По требованию заказчика в кабелях с водоблокирующей лентой может быть наложена алюмополимерная лента.

Трехжильные кабели скручены из трех одножильных кабелей.

Строительная длина кабелей согласовывается при заказе.

Уровень частичных разрядов, измеренный на строительной длине кабелей, не более 10 Кл, измеренный на образце, в т.ч. после изгибов и циклов нагрева и охлаждения ― не более 5 пКл, при испытательном напряжении:

кабелей на напряжение	10 кВ ― 25 кВ;
—————«————-	20 кВ ― 30 кВ;
—————«————-	35 кВ ― 52 кВ.

Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) при напряжении 2 кВ при температуре жилы 95–100°C ― не более 0,003.

Кабели стойки к навиванию вокруг цилиндра диаметром 20(Dн+d) ― для одножильных кабелей, 15(Dн+d) ― для трехжильных кабелей, где Dн ― наружный диаметр кабеля; d ― диаметр жилы, мм.

В кабелях с индексом «г» и «2г» в марках при повреждении оболочки проникновение воды в кабель ― не более 1500 мм.

Кабели марок ПвВ, АПвВ не распространяют горение при одиночной прокладке.

Кабели марок ПвВнг-LS и АПвВнг-LS не распространяют горение при групповой прокладке по категории А или В, они имеют низкое дымообразование и низкую коррозионную активность газов, выделяющихся при горении и тлении.

Срок службы кабелей ― не менее 30 лет.

Свойства изоляции СПЭ

В качестве кабельной изоляции многие годы выступала промасленная бумага, которая не отличалась ни прочностью, ни стабильностью свойств. Она требовала обязательной твердой оболочки из металла, так как была неустойчива к механическим нарушениям, боялась воды и вертикальной прокладки, при которой масло стекало в нижнюю точку провода. Сейчас современные материалы из полимеров, в особенности из так называемого «сшитого» полиэтилена, все чаще заменяют бумажный способ изоляции.

Технические параметры

Сшитый полиэтилен – это полимер углеводорода этилена, модифицированный на молекулярном уровне до выстраивания абсолютно новой структуры. Полученная в процессе «сшивки» система межмолекулярных связей СПЭ выглядит, как трехмерная ячеистая сетка, похожая на кристаллическую решетку твердых веществ. Такое изменение дает особую прочность на разрыв и повышение всех остальных характеристик полиэтилена.

В сравнении как с маслонаполненной, так и ПВХ-изоляцией сшитый полиэтилен дает гораздо более высокие прочностные и диэлектрические характеристики, что видно из таблицы:

Показатели	СПЭ (PEX)-изоляция	Масляная изоляция	ПВХ-изоляция
Наибольшая температура, которую материал может выдерживать длительное время, 0C	90	85	70
Аварийно возможная температура, 0C	130	90	80
Максимум возможной температуры при коротком замыкании, 0C	250	200	160
Максимально допустимый ток короткого замыкания, А/мм2 Для медного провода Для алюминиевого провода	144 93	101 67	125 81
Диэлектрическая проницаемость при нормальной температуре (+20 0C)	2,4	3,3	3,5
Диэлектрические потери при нормальной температуре (+20 0C)	0,001	0,004	0,02

ИНТЕРЕСНО! Нижний температурный предел использования сшитого полиэтилена без изменения его диэлектрических и прочностных характеристик равен -500C, что выгодно отличает его от других полимеров (ПВХ, полипропилен), температурный диапазон эксплуатации которых начинается лишь с -15 0C.

Преимущества использования

Использование СПЭ для изоляции силовых кабелей дало возможность как расширения эксплуатационных свойств электропроводки, так и более удобного ее монтажа:

• Высокие диэлектрические показатели полиэтилена при минимальных диэлектрических потерях разрешили проблему изоляции высоковольтных линий,
• Увеличение максимально допустимой температуры позволило увеличить пропускную способность провода на 20-30% по сравнению с бумажно-масляными аналогами,
• Стойкость к быстрому повышению температуры с рабочей до максимальной величины обезопасила ситуации коротких замыканий,
• Влагонепроницаемость PEX-изоляции исключила необходимость гидрозащиты,
• Устойчивость к механическим повреждениям отменила обязательную металлическую оболочку для провода небольшого сечения, тем самым облегчив его вес и уменьшив нагрузку на опорные конструкции при монтажных работах,
• Эластичность сшитого полиэтилена сделала кабель очень гибким, что позволило свободно менять направление прокладки и делать ее разноуровневой,
• Стойкость к отрицательным температурам до -50 0C без изменения пластичности сделала возможным монтаж электросетей в зимних условиях без предварительного подогрева кабеля.

Недостатки

Изоляция из сшитого полиэтилена, при всех положительных качествах, имеет следующие недостатки, ограничивающие ее использование:

1. Полиэтилен, даже «сшитых» образцов, плохо переносит длительное воздействие ультрафиолетового излучения, поэтому его использование на открытых для солнечного света местах нежелательно,
2. На PEX-материалы оказывает разрушающее воздействие проникающий в их структуру свободный кислород воздуха, в связи с чем изделия нуждаются в специальном защитном покрытии.

ВАЖНО! Из-за уменьшения срока службы СПЭ при использовании в открытых местах одновременно с идеальными изоляционными свойствами в защищенных зонах его используют для изготовления изоляции, которая непосредственно соприкасается с проводящей ток металлической жилой. Внешние же оболочки кабеля делаются из других материалов

Конструкция

В середине расположена токоведущая жила из алюминия или меди.

Поверх нее нанесен токопроводящий слой, который состоит из того же самого сшитого полиэтилена, но в него включены специальные добавки, основная часть из которых – это сажа.

Сажа добавлена для того, чтобы получить полупроводящий слой, выполняющий функцию выравнивания электромагнитного поля.

Без него, на отдельных жилах напряженность может быть увеличена до 30% по сравнению с остальными. А это способно вызвать частичные разряды между изоляцией и жилой.

Далее идет основная изоляция. Ее толщина зависит от напряжения.

Поверх основной изоляции также накладывается полупроводящий слой. Сажи в нем до 40%.

После идут различные защитные материалы:

подложка

Она может быть выполнена из кабельной бумаги или из нетканого материала с полупроводящими свойствами

экран из медных проволок

в противоположную сторону наложения проволок, на экран накручивается лента медной фольги

Ее функция обеспечить контакт между проволоками, для того чтобы распределить равномерно ток протекающий по ним.

еще один защитный слой из кабельной бумаги или ленты нетканого материала

Он удерживает экран в плотно намотанном состоянии.

поверх всего этого накладывается оболочка из защитного полиэтилена

Здесь уже применяется обычный полиэтилен со свойствами светостабилизации и хорошей механической прочности.

В другой конструкции кабеля АПвПуг-10 две новые буквы обозначают:

У
усиленная оболочка

Она по свойствам такая же как и обычная, но большей толщины.

Кабеля с усиленной оболочкой прокладываются по сложным трассам, в трубах и там, где имеется большее количество пересечений с другими кабелями, водопроводами или иными инженерными сооружениями.

Г
наличие под экраном герметизирующего слоя

Этот слой препятствует распространению воды вдоль кабеля при повреждении внешней оболочки. По своим свойствам эта водоблокирующая лента напоминает детский памперс.

То есть, при попадании воды во внутрь кабеля, эта лента разбухает и препятствует дальнейшему распространению влаги.

Если в названии присутствует индекс “2г”, то это означает двойную герметизацию. Одна водоблокирующая лента обеспечивает продольную герметизацию, а внешний слой, выполненный из алюмополимерной ленты – поперечную.

Причем этот защитный слой, может полностью защитить кабель от незначительных трещин на внешней изоляции.

Трехфазные кабеля АПвПуг-10 фактически представляют из себя собранные воедино однофазные модели в общей защитной оболочке.

При этом многим электрическим характеристикам такие кабеля соответствуют обыкновенным видам с бумажно-пропитанной изоляцией.

Главное их отличие и достоинство заключается в том, что даже при повреждении внешних покровов и попадании воды на основную изоляцию (экран, подложки), кабель спокойно будет продолжать работать.

В отличии от обычных КЛ, где внешний дефект в итоге очень быстро сказывается на самих жилах.

Изоляция жил из сшитого полиэтилена не гигроскопична и поэтому обеспечит нормальную работу электроустановки. Фактически зафиксированное время работы кабеля СПЭ, с поврежденной и разрушенной внешней защитной оболочкой, на реальном объекте – порядка 5 лет.

Разница и сравненение кабеля с СПЭ изоляцией 6-35кв и кабеля с бумажной изоляцией: 

Основные технические характеристики для высоковольтных кабелей из сшитого полиэтилена (сечение, толщина изоляции, вес, номинальный ток): 

Дополнительные характеристики (токи КЗ, сопротивление, емкость, вместимость барабанов):

Пример выбора кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Исходные данные:

Требуется обеспечить питание двух трансформаторов ТМ-4000/10 от подстанции. Линия состоит из двух групп одножильных кабелей АПвЭгП, группы могут быть расположены треугольником или в плоскости. Линия прокладывается в грунте (в траншее) и по территории предприятия по эстакаде. Расстояние между группами кабелей в траншее 200 мм, а на эстакаде равно диаметру группы кабелей, связанных в треугольник.

Линия имеет участок перехода в трубах длиной 20 м, проложенных в земле, каждый кабель в отдельной трубе. Расчетная температура воздуха 30 °С, грунта 20 °С. Глубина прокладки в земле 1 м, удельное тепловое сопротивление грунта 1 °К⋅м/Вт. Релейная защита отключает ток короткого замыкания через 0,2 с, величина тока короткого замыкания 24 кА.

Сечение токопроводящей жилы и марка кабеля выбраны по РД К28-003:2007 «Руководство по выбору, прокладке, монтажу, испытаниям и эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение от 6 до 35 кВ».

Решение:

1. Определяем расчетный ток в нормальном режиме:

2. Расчетный ток кабельной линии в режиме допустимой перегрузки трансформатора на 40 % (послеаварийный режим) составит:

3. Определяем экономическое сечение, согласно ПУЭ раздел 1.3.25. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается:

где: Jэк =1,4 – нормированное значение экономической плотности тока (А/мм2) выбираем по ПУЭ таблица 1.3.36, с учетом что время использования максимальной нагрузки Тmax=4500 ч.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 185 мм2.

Необходимо выбрать номинальное сечение жилы кабеля, допустимый ток для которого не менее 324 А.

Сечение 185 мм2 не проходить для кабелей, проложенных в земле для способа прокладки треугольником. В таблице 2.5 указан допустимый ток в земле 367 А, которому соответствует номинальное сечение алюминиевой жилы 240 мм2, а для кабеля сечением 185 указан 317 А < 323,3 А. Поэтому принимаем кабель сечением алюминиевой жилы 240 мм2.

4.1 Допустимый ток для заданных условий прокладки кабеля в траншее рассчитывается при помощи поправочных коэффициентов:

• к2=0,97 (табл.2.10);
• к3=1,18 (табл.2.12);
• к4=0,83 (табл.2.17).

т.е. сечения жилы 240 мм2 при выбранных условиях прокладки достаточно.

4.2 Для прокладки в плоскости допустимый ток для номинального сечения жилы 240 мм2 в земле 373 А. Допустимый ток для заданных условий прокладки кабеля в траншее определяется с учетом коэффициентов:

• к2=0,97 (табл.2.10);
• к3=1,18 (табл.2.12);
• к4=0,83 (табл.2.17)

4.3 Для участка кабеля, проложенного в отдельных трубах, допустимый ток составляет 351 А; поправочные коэффициенты:

• к2=0,97 (табл.2.11);
• к3=1,14 (табл.2.13);
• к4=0,85(табл.2.19)

4.4 Для кабеля, проложенного на воздухе (на эстакаде), допустимый ток составляет 502 А, поправочный коэффициент к5=1,00 (табл.2.21)

Таким образом, выбранное номинальное сечение 240 мм2 обеспечивает пропускную способность линии на всей длине трассы при выбранных видах прокладки.

5. Допустимый односекундный ток короткого замыкания для выбранного сечения жилы кабеля 22,7 кА (табл.2.25); соответствующий допустимый ток короткого замыкания продолжительностью 0,2 с составит:

т.е. больше требуемого тока 24 кА.

6. При выборе сечения медного экрана должно выполняться условие:

Iк.з.экрана > I2ф(к.з.)

где:

• Iк.з.экрана – допустимый ток медного экрана;
• I2ф(к.з.) – двухфазный ток КЗ. Для того чтобы получить двухфазный ток КЗ из трехфазного нужно умножить на √3/2.

6.1 Определяем двухфазный ток КЗ:

I2ф(к.з.) = √3/2* I3ф(к.з.) = 0,87*24 = 20,88 кА

Из табл.2.27 выбираем сечение медного экрана 50 мм2, при длительности короткого замыкания 0,2 с, допустимый ток короткого замыкания по экрану составит:

т.е. больше требуемого тока 20,88 кА, в принципе можно принять сечение медного экрана 50 мм2, но так как допустимое значение медного экрана близко к расчетному двухфазному току, чтобы перестраховаться принимаем сечение 70 мм2.

Таким образом, при указанных исходных данных выбран кабель АПвЭгП-10 1х240/70.

Производство кабелей из сшитого полиэтилена

Химически сшитый полиэтилен состоит из тех же молекул что и обычный. Однако между ними формируются дополнительные связи атомов углерода. Данная реакция осуществляется с помощью двух методов:

1. Радиационный. Наиболее дешевый способ производства. Исходное сырье облучается жесткими гамма-лучами. В результате образуются новые химические связи между молекулами. Однако полученный на выходе проводник обладает остаточной радиацией. Поэтому такой метод используют крайне редко.
2. Химический. Менее опасный. Делится на два подвида: пероксидная и силановая сшивка.

Пероксидный метод более эффективен. Сшивается до 85% молекул. В качестве реагента выступает перекись водорода. Реакция осуществляется при температуре 200°C.

Силановый метод позволяет сшить до 70% молекул этилена. В реакции используются катализаторы и вода. Силаны — это соединения кремния с водородом.