106
XXI заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»
ЖУТЯЕВ
АЛЕКСЕЙ
СЕРГЕЕВИЧ
Менеджер
в
России
и
СНГ
,
Энергетика
и
Инфрастуктура
САИТГАЛЕЕВ
АЙДАР
ДАНИЛЕВИЧ
Инженер
по
технической
поддержке
и
развитию
Представительство
Borealis AG
C
ОВРЕМЕННЫЕ
КАБЕЛИ
0,4
КВ
С
СПЭ
-
ИЗОЛЯЦИЕЙ
И
ИХ
ПРЕИМУЩЕСТВА
ПО
СРАВНЕНИЮ
С
ТРАДИЦИОННЫМИ
КАБЕЛЯМИ
С
ПВХ
-
ИЗОЛЯЦИЕЙ
Т
ребования
к
надёжности
электроснаб
-
жения
постоянно
растут
с
большей
ин
-
тенсивностью
,
чем
раньше
.
Сегодня
мы
слишком
сильно
зависим
от
электроэнергии
.
Холодильники
,
стиральные
машины
,
плиты
и
СВЧ
-
печи
,
музыкальные
центры
и
телевизоры
,
а
в
последнее
время
Интернет
,
социальные
сети
.
Наверное
вы
ловили
себя
на
мысли
в
мо
-
мент
отключения
электричества
: «
Делать
всё
равно
ничего
нельзя
,
хоть
телевизор
спокойно
посмотрю
».
А
спросите
своих
детей
,
что
будет
,
если
отключить
их
от
соцсетей
?
Не
так
важно
,
плохо
это
или
хорошо
.
Это
наш
образ
жизни
на
сегодняшний
день
,
и
он
означает
,
что
электро
-
энергии
нужно
всё
больше
,
а
требования
к
на
-
дёжности
всё
выше
.
Низковольтные
(
до
1
кВ
)
распределительные
сети
в
РФ
• 712,355
км
низковольтных
распределитель
-
ных
сетей
(
ОАО
«
Россети
», 2013
г
.):
• 534,355
км
воздушных
линий
(75%);
• 178
км
подземных
линий
низкого
напря
-
жения
(25%);
•
средний
уровень
электрических
потерь
— 8%;
•
средняя
стоимость
электроэнергии
2,9
руб
./
кВт
·
ч
;
•
поставлено
электроэнергии
777,8
млрд
кВт
·
ч
;
• 54
миллиона
домохозяйств
(2013
г
.).
Приведённая
выше
информация
получена
с
сайта
ОАО
«
Россети
»
и
из
других
открытых
источников
.
Протяжённость
подземных
ка
-
бельных
линий
низкого
напряжения
приведена
оценочно
,
из
расчёта
25%
от
общей
протяжён
-
ности
сетей
.
Средний
уровень
потерь
оценива
-
ется
в
8%,
но
из
некоторых
источников
звучат
и
более
высокие
цифры
.
Электрораспределительные
компании
сталкиваются
с
противоречивыми
требования
-
ми
.
С
одной
стороны
,
повышаются
требования
к
надёжности
распределительных
сетей
,
а
зна
-
чит
,
необходима
их
модернизация
и
прокладка
новых
линий
.
С
другой
стороны
,
существует
требование
о
снижении
затрат
и
повышении
экономической
эффективности
эксплуатации
распределительных
сетей
.
107
25–26 марта 2015 г.
Рис
. 1.
Общие
затраты
на
полный
срок
службы
кабельной
сети
Потери
Эксплуатация
Кабель
Прокладка
Ремонт
Средняя
нагрузка
на
уровне
75%
от
максимума
27%
23%
15%
10%
25%
Какие
существуют
возможности
повышения
надёжности
низковольтных
распределитель
-
ных
сетей
и
снижения
уровня
потерь
в
них
?
Один
из
наиболее
эффективных
способов
—
применение
более
надёжных
и
долговечных
кабелей
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
.
В
настоящее
время
осуществляется
огром
-
ная
работа
по
модернизации
воздушных
ли
-
ний
,
переводу
их
на
самонесущие
изолирован
-
ные
провода
.
С
подземными
линиями
ситуация
сложнее
.
Кроме
самых
крупных
городов
,
таких
как
Москва
и
Санкт
-
Петербург
,
полностью
пе
-
решедших
на
кабели
с
изоляцией
из
СПЭ
для
подземной
прокладки
,
почти
везде
использу
-
ются
традиционные
кабели
с
бумажной
и
ПВХ
-
изоляцией
.
Затраты
на
жизненный
цикл
эксплуатации
кабельной
сети
(40
лет
)
Анализ
затрат
на
полный
жизненный
цикл
кабельной
сети
позволяет
оценить
не
-
обходимость
и
эффективность
инвестиций
в
реконструкцию
или
новое
строительство
.
Проведение
такого
анализа
предполагает
рас
-
смотрение
не
только
первоначальных
затрат
(
цена
кабеля
,
стоимость
прокладки
).
Электросетевым
компаниям
важно
достичь
наилучшего
баланса
между
инвестиционными
затратами
и
затратами
на
эксплуатацию
ка
-
бельной
линии
.
Главным
источником
затрат
в
процессе
эксплуатации
являются
потери
(
Джоулевы
потери
,
токи
Фуко
,
вихревые
токи
в
металлических
экранах
,
диэлектрические
по
-
тери
)
и
убытки
в
периоды
выхода
из
эксплуа
-
тации
(
поломка
оборудования
,
механические
повреждения
и
пр
.).
На
сегодняшний
день
,
пожалуй
,
един
-
ственным
способом
существенного
сниже
-
ния
потерь
является
увеличение
сечения
кабельной
жилы
.
Но
,
поскольку
это
суще
-
ственно
повышает
первоначальные
затра
-
ты
,
не
так
просто
выбрать
наилучшее
се
-
чение
кабеля
.
Другой
способ
—
повышение
качества
работы
линии
.
Широко
известно
,
что
кабельная
арматура
может
быть
сла
-
бым
местом
кабельной
системы
.
Таким
об
-
разом
,
ещё
одним
способом
повышения
надёжности
системы
является
увеличение
строительной
длины
кабеля
,
позволяющее
уменьшить
количество
соединительных
муфт
.
Анализ
стоимости
жизненного
цикла
по
-
зволяет
компаниям
оценить
полную
стоимость
владения
кабельной
линией
,
что
важно
для
принятия
решения
об
инвестициях
(
рис
. 1).
Проведение
такого
анализа
подразумевает
не
только
оценку
первоначальных
инвестиций
,
но
и
эксплуатационные
затраты
,
что
позволяет
проводить
сравнение
альтернативных
техноло
-
гий
и
вариантов
реализации
проекта
(
табл
. 1).
Почему
нужен
сшитый
полиэтилен
?
В
табл
. 1
приведены
наиболее
важные
па
-
раметры
кабеля
низкого
напряжения
.
Данные
приведены
последовательно
для
кабелей
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
,
с
бумаж
-
ной
изоляцией
и
ПВХ
-
изоляцией
.
Из
таблицы
видно
,
что
сшитый
полиэтилен
превосходит
традиционные
материалы
по
всем
этим
пара
-
метрам
.
В
первую
очередь
по
температурной
стойкости
как
при
длительной
эксплуатации
,
Табл
. 1.
Сравнение
альтернативных
технологий
и
вариантов
применения
изоляционных
материалов
Материал
изоляции
СПЭ
БПИ ПВХ
Длительно
допустимая
темпе
-
ратура
нагрева
жил
,
о
С
90
80
70
Предельно
допустимая
темпе
-
ратура
жил
при
КЗ
,
о
С
250
200
160
Относительная
диэлектриче
-
ская
проницаемость
, 20
о
С
2,3
4
4,5
Тангенс
диэлектрических
по
-
терь
, 20
о
С
0,001
0,008
0,01
108
XXI заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»
так
и
в
аварийных
ситуациях
.
Всё
потому
,
что
сшитый
полиэтилен
не
термопластичен
,
т
.
е
.
его
уже
нельзя
расплавить
.
Он
только
размяг
-
чается
,
но
при
этом
держит
форму
.
Не
менее
важны
и
электрические
параметры
,
по
кото
-
рым
сшитый
полиэтилен
также
лучше
других
материалов
.
Причины
повреждения
кабелей
и
их
решение
посредством
использования
СПЭ
•
Повреждение
кабеля
вследствие
перегру
-
зок
.
•
Коррозия
Al
жилы
(
из
-
за
повышенной
солё
-
ности
почвы
).
•
Механические
повреждения
оболочки
при
прокладке
.
Представители
энергосистем
многих
реги
-
онов
России
отмечают
проблему
с
нехваткой
мощности
электрораспределительных
се
-
тей
,
вследствие
чего
кабели
часто
работают
в
режиме
перегрузок
.
В
случае
повреждения
кабеля
в
результате
перегрузок
или
механи
-
ческого
воздействия
кабели
с
бумажной
изо
-
ляцией
ремонтируются
посредством
ремонт
-
ной
вставки
с
помощью
соединительных
муфт
.
При
повреждении
кабелей
с
ПВХ
-
изоляцией
из
-
за
перегрузок
или
КЗ
требуется
замена
про
-
тяжённого
участка
из
-
за
плавления
изоляции
и
слипания
жил
.
Ещё
одной
причиной
,
существенно
сокра
-
щающей
срок
службы
кабеля
,
является
кор
-
розия
алюминиевой
жилы
.
ПВХ
изначально
обладает
значительно
худшими
по
сравнению
с
СПЭ
водно
-
барьерными
свойствами
.
Толь
-
ко
представьте
,
сколько
соли
высыпается
на
наши
дороги
и
тротуары
зимой
.
Вот
эта
со
-
лёная
вода
попадает
в
почву
и
через
ПВХ
-
оболочку
и
изоляцию
на
алюминиевую
жилу
,
вызывая
её
быструю
коррозию
.
Это
приводит
к
существенному
сокращению
срока
службы
ка
-
беля
(
вместо
заявленных
30
лет
кабели
с
ПВХ
-
изоляцией
работают
примерно
5
лет
).
Замена
ПВХ
на
сшитый
полиэтилен
позво
-
ляет
решить
эти
проблемы
.
Во
-
первых
,
СПЭ
имеет
больший
запас
по
допустимой
темпера
-
туре
жилы
.
Во
-
вторых
,
он
не
плавится
,
а
зна
-
чит
,
жилы
не
слипаются
и
изоляция
держит
форму
.
Ну
и
в
-
третьих
,
полиэтилен
не
даёт
солёной
воде
попасть
на
жилу
,
предотвращая
коррозию
(
табл
. 2).
Более
подробное
сравнение
ПВХ
с
СПЭ
по
-
казывает
,
что
применение
СПЭ
для
изоляции
кабелей
низкого
напряжения
даёт
целый
ряд
прямых
и
косвенных
преимуществ
:
меньший
вес
кабеля
и
его
габариты
,
а
значит
,
на
бара
-
бан
поместится
больше
кабеля
,
а
вес
барабана
при
этом
будет
меньше
,
улучшенные
темпера
-
турные
свойства
позволяют
повысить
нагруз
-
ку
и
монтировать
кабель
при
отрицательных
температурах
окружающей
среды
,
обеспечив
большую
надёжность
,
электрические
свойства
позволяют
снизить
потери
,
а
меньшее
водо
-
поглощение
увеличивает
срок
службы
.
Не
по
-
следним
по
важности
является
более
высокая
безопасность
при
пожаре
,
поскольку
СПЭ
не
содержит
галогенов
,
а
значит
,
гораздо
менее
токсичен
.
Табл
. 2.
Типичные
свойства
изоляционных
материалов
Свойство
ПВХ
СПЭ
Преимущество
СПЭ
Плотность
,
кг
/
м
3
1350—1450
923
Меньше
вес
,
больше
кабеля
на
1
кг
веса
Максимальная
температура
жилы
,
о
С
70
90
Повышенная
температура
Максимальная
температура
жилы
при
КЗ
,
о
С
150
250
Повышенная
температура
Требования
по
термическому
старению
80
о
С
, 7
дней
135
о
С
, 7
дней Увеличенный
срок
службы
Фактор
потерь
(tan
δ
)
0,007
0,0005
Меньше
потери
Термосопротивление
5
3,5
Меньше
потери
Температура
стеклования
,
о
С
-9 — -20
< -60
Возможность
прокладки
при
низких
температурах
(-20
о
С
)
Водопоглощение
,
мг
/
см
2
~ 2,5
< 0,1
Меньше
коррозия
жилы
Токсичность
при
горении
Да
Нет
Безопасность
при
пожаре
109
25–26 марта 2015 г.
Снижение
потерь
в
жиле
Меньшее
тепловое
сопротивление
СПЭ
вместе
с
уменьшенной
толщиной
изоляции
обеспечивает
сниженный
эффект
теплоизоля
-
ции
ТПЖ
(
значения
T
1
и
T
3
в
МЭК
60287).
Это
означает
,
что
тепло
,
вырабатываемое
в
ТПЖ
(
Джоулевы
потери
)
лучше
рассеивает
-
ся
в
кабеле
с
СПЭ
-
изоляцией
и
ПЭ
-
оболочкой
.
Поскольку
тепло
быстрее
рассеивается
из
ТПЖ
,
то
:
•
при
одинаковой
нагрузке
температура
ТПЖ
ниже
(
→
меньше
потери
);
•
возможно
увеличение
нагрузки
при
той
же
температуре
.
Улучшенные
механические
и
электриче
-
ские
свойства
СПЭ
позволяют
уменьшить
тол
-
щину
изоляции
жилы
(
табл
. 3).
В
дополнение
к
этому
плотность
полиэтилена
существенно
ниже
,
чем
ПВХ
.
При
этом
общая
масса
кабеля
АПвБШп
снижается
почти
на
13%,
а
благода
-
ря
уменьшенному
наружному
диаметру
кабеля
на
барабан
помещается
большая
длина
.
Что
,
как
мы
уже
отмечали
,
уменьшает
количество
кабельной
арматуры
и
повышает
надёжность
системы
в
целом
.
Сколько
сейчас
стоят
низковольтные
кабели
?
На
примере
АВБШв
4
х
120
мм
2
или
АПвБШп
4
х
120
мм
2
Традиционно
считается
,
что
кабели
с
изо
-
ляцией
из
сшитого
полиэтилена
существенно
дороже
.
Это
не
совсем
так
.
Мы
сравнили
ры
-
ночные
цены
на
кабели
одинакового
сечения
с
различными
типами
изоляции
и
разница
в
цене
составила
около
5%.
При
этом
стои
-
мость
собственно
изоляционных
материа
-
лов
в
кабеле
даже
ниже
для
СПЭ
,
благодаря
меньшей
плотности
и
толщине
изоляционно
-
го
слоя
.
Примерная
стоимость
1
км
низковольтного
кабеля
,
руб
./
км
:
•
ПВХ
-
кабель
(
АВБШв
4
х
120)…….…..450 000
•
СПЭ
-
кабель
(
АПвБШп
4
х
120)…….…475 000
• Al
............................................2,215
долл
./
км
(LME
Al
1754
долл
./
т
11.03.2015).
Стоимость
изоляции
в
кабелях
(
алюминие
-
вая
жила
),
руб
./
км
:
•
ПВХ
-
изоляция
1,6
мм
(58
руб
./
кг
)…...~34 500;
•
СПЭ
-
изоляция
1,2
мм
(115
руб
./
кг
)....~30 500.
Табл
. 3.
Сравнение
кабелей
0,4
кВ
АВвБШв
и
АПвБШп
(
на
1
км
кабеля
)
Параметры
4
х
120
мм
2
(
ПВХ
)
4
х
120
мм
2
(
СПЭ
)
4
х
185
мм
2
(
ПВХ
)
4
х
185
мм
2
(
СПЭ
)
Толщина
изоляции
,
мм
*
1,6
1,2
2,0
1,6
Масса
изоляции
,
кг
510
235
790
390
Диаметр
кабеля
,
мм
41,6
40
50,4
48,8
Масса
1
км
кабеля
,
кг
2800
2370
4200
3540
Длина
/
вес
кабеля
на
барабане
16
а
,
м
/
кг
584/1635
632/1445
398/1672
425/1455
Длина
/
вес
кабеля
на
барабане
20
а
,
м
/
кг
1442/4038
1560/3563
982/4125
1048/3594
*
Усреднённые
значения
110
XXI заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»
Повышение
пропускной
способности
распределительной
сети
на
10%
Среднее
увеличение
тока
для
кабелей
с
изоляцией
из
СПЭ
достигает
10%
для
того
же
сечения
и
условий
прокладки
кабеля
.
По
-
вышение
пропускной
способности
сети
(
по
сравнению
с
использованием
кабелей
с
ПВХ
-
изоляцией
)
и
повышение
её
надёжности
не
требует
дополнительных
затрат
,
поскольку
стоимость
кабелей
очень
близка
(
табл
. 5).
Лучшие
барьерные
свойства
полиэтилена
Кабели
с
изоляцией
из
СПЭ
могут
быть
рекомендованы
к
подземной
прокладке
для
любых
видов
грунта
независимо
от
его
хими
-
ческих
свойств
.
Кабели
с
ПВХ
-
изоляцией
не
рекомендуются
к
прокладке
в
городах
ввиду
высокой
засоленности
почвы
противогололёд
-
ными
реагентами
,
наличие
которых
приводит
к
ускоренной
коррозии
алюминиевой
жилы
кабеля
.
Из
графика
видно
,
что
наилучшим
ва
-
риантом
будет
кабель
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
и
оболочкой
из
полиэтилена
вы
-
сокой
плотности
(
что
несколько
снижает
гиб
-
кость
кабеля
) (
рис
. 2).
ПЭ
гораздо
устойчивее
к
воздействию
агрес
-
сивной
среды
,
чем
ПВХ
.
Что
означает
больший
запас
надёжности
,
уменьшение
затрат
на
экс
-
плуатацию
,
снижение
аварийности
(
рис
. 3).
Из
рис
. 3
видно
,
что
статистический
коэф
-
фициент
повреждаемости
кабельной
линии
зависит
от
используемых
материалов
как
для
изоляции
,
так
и
для
оболочки
кабеля
.
Самым
надёжным
является
кабель
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
и
оболочкой
из
полиэти
-
лена
низкого
давления
(
высокой
плотности
).
Табл
. 4.
Практический
пример
окупаемости
кабеля
4x120
мм
2
при
различных
нагрузках
(
по
МЭК
60287)
Расчётный
ток
,
А
255
204
123
ПВХ
Температура
жилы
,
о
С
Потери
,
кВт
/
км
70
59,29
50
35,57
30
11,86
СПЭ
Температура
жилы
,
о
С
Потери
,
кВт
/
км
67,3
58,74
48,5
35,38
29,5
11,84
СПЭ
относительно
ПВХ
Температура
жилы
,
о
С
Потери
,
кВт
/
км
-2,7
-0,55
-1,5
-0,19
-0,5
-0,02
Разница
в
суммарных
потерях
в
год
кВт
/
год
-4812,5
-1662,5
-175
Разница
в
стоимости
потерь
руб
.
на
км
/
год
на
срок
службы
40
лет
,
руб
.
-13956
-558250
-4821
-192850
-507
-20300
Стоимость
электроэнергии
……… 2,9
руб
./
кВт
·
ч
Температура
окр
.
среды
…………+20º
С
Табл
. 5.
Повышение
пропускной
способности
распределительной
сети
на
10%
Сечение
жилы
,
мм
2
Номинальный
ток
,
А
Медь
Алюминий
ПВХ
СПЭ
ПВХ
СПЭ
16
102
112
78
90
25
133
145
102
112
35
159
174
123
135
50
188
206
144
158
70
232
254
179
196
95
280
305
215
234
120
318
348
245
268
150
359
392
275
300
185
406
444
313
342
240
473
517
364
398
Глубина
прокладки
кабеля
……… 0,7
м
Рабочих
часов
в
год
………………8750
111
25–26 марта 2015 г.
Сшитый
полиэтилен
Visico™
для
кабелей
низкого
напряжения
•
СПЭ
-
изолированные
кабели
до
1
кВ
явля
-
ются
стандартом
в
распределительных
се
-
тях
многих
стран
(
Россия
,
Великобритания
,
Франция
,
Испания
,
Италия
,
Скандинавские
страны
).
•
До
33
типов
кабелей
с
СПЭ
-
изоляцией
включены
в
стандарт
HD603 S1+A3: 2007
(
только
27 —
с
ПВХ
-
изоляцией
).
•
Технология
Visico
существует
с
1992
года
.
•
Используется
в
более
чем
50
странах
.
•
Перерабатывается
на
стандартных
ПВХ
-
экструдерах
.
•
Возможна
сшивка
на
воздухе
.
•
Технология
,
доказавшая
свою
надёжность
и
эффективность
.
Рис
. 2.
Лучшие
барьерные
свойства
полиэтилена
3
4
5
6
7
8
9
10
рН
ПВХ
ПЭНП
Увеличение
веса
ПЭВП
ПЭСП
%
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
Рис
. 3.
Снижение
повреждаемости
кабелей
с
ПЭНД
-
оболочкой
СПЭ
-
изоляция
и
ПЭНД
оболочка
(Sh.D>59)
СПЭ
-
изоляция
и
ПВХ
-
оболочка
ПВХ
-
изоляция
и
ПВХ
-
оболочка
0,00
0,05
0,10
0,15
Заключение
•
Улучшенные
ключевые
свойства
СПЭ
как
изоляционного
материала
для
кабелей
низ
-
кого
напряжения
позволяют
повысить
на
-
дёжность
распределительных
сетей
.
•
Применение
кабелей
с
изоляцией
из
СПЭ
по
-
зволяет
повысить
пропускную
способность
распределительных
сетей
на
10%
без
увели
-
чения
затрат
(
при
новом
строительстве
или
реконструкции
существующих
сетей
).
•
Существенно
снижаются
Джоулевы
потери
(
разница
в
стоимости
кабелей
окупается
в
течение
первых
двух
лет
эксплуатации
).
•
Больше
кабеля
на
барабанах
означает
мень
-
шее
количество
соединительных
муфт
,
а
зна
-
чит
,
более
высокую
надёжность
системы
.
•
Срок
службы
кабеля
увеличивается
.
•
Эксплуатирующие
организации
как
никто
другой
заинтересованы
в
надёжном
и
дол
-
говечном
кабеле
.
Плюс
косвенные
преимущества
:
•
снижение
стоимости
прокладки
кабельных
линий
:
○
снижение
массы
и
габаритов
;
○
повышенная
механическая
проч
-
ность
;
○
возможность
проведения
работ
при
отрицательных
температурах
;
•
ниже
затраты
на
перевозку
кабеля
;
•
снижение
эксплуатационных
затрат
за
счёт
улучшенных
термомеханических
свойств
,
электрической
прочности
и
хими
-
ческой
стойкости
;
•
повышенная
надёжность
кабельной
арматуры
.
Оригинал статьи: Cовременные кабели 0,4 кВ с СПЭ-изоляцией и их преимущества по сравнению с традиционными кабелями с ПВХ-изоляцией
Требования к надёжности электроснабжения постоянно растут с большей интенсивностью, чем раньше. Сегодня мы слишком сильно зависим от электроэнергии. Не так важно,плохо это или хорошо. Это наш образ жизни на сегодняшний день, и он означает, что электроэнергии нужно всё больше, а требования к надёжности всё выше.
