Повышение энергоэффективности распределительных сетей путём оптимизации конструкции низковольтных кабелей

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2014, www.kabel-news.ru

30

Производство

ÌÀÒÅÐÈÀËÛ

АННОТАЦИЯ

Децентрализованные источники электроэнергии 

заставляют по-другому смотреть на вопросы строи-
тельства и эксплуатации распределительных сетей. 
Распределительные сетевые компании (РСК) рабо-
тают на быстро меняющемся энергетическом рын-
ке, особо нуждающемся в устойчивом развитии. Эти 
изменения в энергосистемах потребуют новых инве-
стиций. В то же время тарифы на электроэнергию 
регулируются и находятся под давлением. 

Главный вызов для энергосистем сегодня — это 

замена, модернизация и адаптация сетей под новые 
условия производства и потребления энергии. Это 
вызов, поднимающий вопрос: как осуществить ин-
вестиции без чрезмерной нагрузки на потребителей, 
налогоплательщиков и промышленность [1]?

Надёжное энергоснабжение жизненно важно для 

современного общества. Потребители требуют каче-
ственное и непрерывное снабжение электроэнерги-
ей. Прекращение энергоснабжения всего на полчаса 
может привести к серьёзным экономическим убыт-
кам. В дополнение к этому всё большее внимание 
уделяется оптимизации энергопотребления. Устой-
чивое развитие, снижение выбросов парниковых 
газов являются приоритетными задачами энергоси-
стем разных стран. Энергосистемы по всему миру 
внедряют «умные» счётчики, позволяющие потреби-
телям оптимизировать использование электроэнер-
гии. Но и РСК могут найти пути снижения энергоза-
трат при эксплуатации своих сетей. 

Даже сегодня очень большая доля низковольтных 

кабелей, закупаемых сетевыми компаниями, изо-

лирована с использованием поливинилхлоридных 
(ПВХ) компаундов. В то же время использование 
сшитого полиэтилена (СПЭ) для изоляции таких ка-
белей позволяет снизить энергопотери (Джоулевы 
потери) в распределительных сетях и заметно улуч-
шить экологическую ситуацию. 

Более 30 лет СПЭ показывает свою эффектив-

ность в обеспечении надёжной кабельной изоляции 
для самых сложных условий эксплуатации. Также 
внедрение силанольной технологии сшивки по-
лиэтилена для низковольтных кабелей позволило 
изготовителям промышленных кабелей наладить 
экономически эффективное производство. Сфера 
применения этого типа материалов постоянно рас-
ширяется. Сравнительно недавно были внедрены 
конкурентоспособные технологии для производства 
самонесущих изолированных проводов и кабелей 
подземной прокладки. 

В настоящей статье обсуждаются преимущества 

использования полиэтилена для изоляции кабелей 
низкого напряжения для распределительных сетей и 
промышленного использования. 

ВВЕДЕНИЕ

Структура энергетики меняется. Энергия теперь 

производится как централизованно, так и локально, 
развиваются новые альтернативные способы по-
лучения энергии. Децентрализованные источники 
электроэнергии заставляют по-другому смотреть на 
вопросы строительства и эксплуатации распреде-
лительных сетей. РСК работают на быстро меняю-
щемся энергетическом рынке, особо нуждающемся 

Повышение 
энергоэффективности 
распределительных сетей 
путём оптимизации конструкции 
низковольтных кабелей

Aнджей УРБАНЬЧИК, 

инженер по развитию и технической поддержке,

Руди ПЕТЕРС, 

менеджер по маркетингу и работе с сетевыми компаниями,

Borealis

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2014, www.kabel-news.ru

31

Производство

ÌÀÒÅÐÈÀËÛ

в устойчивом развитии. Эти изменения в энергоси-
стемах потребуют новых инвестиций. 

Главный вызов для энергосистем сегодня — это 

замена, модернизация и адаптация сетей под новые 
условия производства и потребления энергии. Это 
вызов, поднимающий вопрос: как осуществить ин-
вестиции без чрезмерной нагрузки на потребителей, 
налогоплательщиков и промышленность (рис. 1) [1]?

Рис. 1. Затраты на полный срок службы 

распределительной сети при средней нагрузке 

до 75% от максимальной мощности

Стоимость кабеля составляет всего 10% от 

общей стоимости жизненного цикла 

распределительной сети [2].

Основные статьи расходов на распределитель-

ную сеть:
• стоимость 

кабелей;

• прокладка;
• ремонт;
•  эксплуатация и обслуживание;
• энергопотери.

СТОИМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ

Типовой расчёт себестоимости кабелей NA2XY 

3X 95 Al и N2XY 3X 95 Cu [3] показан ниже (рис. 2).

Для низковольтных кабелей стоимость металла 

по-прежнему является основной долей в общей се-

Рис. 2. Типичная себестоимость кабелей АПвВГ 3х95 мм

2 

(NYY 3X 95 Al) и 

ПвВГ 3х95 мм

2 

(NYY 3X 95 Cu)

АПвВГ 3х95 мм

2

Табл. 1. Сравнение характеристик ПВХ- и 

СПЭ-компаундов

Свойство

ПВХ

СПЭ

Сшивка

нет

да

Температ. режимы
Макс. темп. жилы 
МЭК 60502-1

70

º

C

90

º

C

Макс. темп. при КЗ 
МЭК 60502-1

140/160

º

C

250

º

C

Электрические 
характеристики

Хорошие Отличные

Диэлектрические 
потери (tan d x10

-4

)



1000 по 

справочнику BICC

< 40 МЭК 

60502-2

Диэлектрическая 
постоянная по 
справочнику BICC

8

2,5

Объёмное 
сопротивление МЭК 
60502-1

>1010 



см 

@70

о

C 

>1012 



см 

@90

о

C

Термосопротивление 
МЭК 60287

5 м

•

K/Вт

3,5 м

•

K/Вт

Механические 
характеристики

Средние/хорошие

Отличные 

Плотность

1350–1450 кг/м

3

923 кг/м

3

Требования по 
старению HD603

7d @80/100

º

C

7d @135

º

C

Низкотемпературные 
характеристики

Средние

Отличные

Температура 
охрупчивания

От -9

º

C до -20

º

C

< -60

º

C

Водопоглощение

~ 2,5 мг/см

2

< 0,1 мг/см

2

Растрескивание 
под воздействием 
внешних факторов

Плохо

Отлично

бестоимости. При этом стоимость изоляции состав-
ляет лишь небольшую долю себестоимости произ-
водства кабелей низкого напряжения, хотя именно 
качество изоляции определяет свойства кабеля в 
процессе эксплуатации (табл. 1).

ПвВГ 3х95 мм

2

10%

23%

27%

15%

25%

25%

57%

8%

13%

77%

10%

8%

Переменные затраты

Постоянные 
затраты

Изоляция

Al

Cu

Переменные затраты

Постоянные 
затраты

Изоляция, 2%

Кабель

Прокладка

Ремонт

Эксплуатация

Потери

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2014, www.kabel-news.ru

32

Рис. 3. Электрическая нагрузка в зависимости от диаметра 

жилы для кабелей с изоляцией из СПЭ и ПВХ 0,6/1 кВ [4]

чем для аналогичного кабеля с изоляцией из ПВХ. 
В соответствии с требованиями стандарта HD603 
толщина изоляции при использовании ПВХ долж-
на составлять 1,6 мм, а при использовании СПЭ — 
1,1 мм, а с учётом того, что плотность СПЭ ниже 
плотности ПВХ-композиций в 1,3—1,4 раза, преиму-
щество СПЭ ещё очевиднее. Таким образом, энерго-
системы могут использовать кабели меньшего сече-
ния, которые проще и дешевле прокладывать. Ещё 
одним фактором, который зачастую не принимается 
во внимание при выборе типа изоляции низковольт-
ных кабелей, является возможность снижения по-
терь в распределительных сетях за счёт разницы в 
тепловом сопротивлении у ПВХ и СПЭ.

СНИЖЕНИЕ 

ПОТЕРЬ В ТОКОПРОВОДЯЩИХ ЖИЛАХ 

(ТПЖ)

Основными областями использования изоляции 

из СПЭ являются кабели подземной прокладки на 
напряжение до 1 кВ, промышленные кабели и само-

Как видно из рис. 3, при использовании кабеля 

с медной жилой 95 мм

2

 и изоляцией из СПЭ воз-

можна передача электроэнергии на 15% больше, 

Табл. 2. Сравнение низковольтных кабелей с медными жилами, 3x95 мм

2

Марка кабеля

ВВГ

ПвВГ

Ед. изм.

Dc (размер ТПЖ)

11

11

мм

Ti (толщина изоляции)

1,6

1,1

мм

Di (диаметр с изоляцией)

14,2

13,2

мм

RT (тепловое сопротивление слоя изоляции)

5

3,5

м K/Вт

T1 (тепловое сопротивление изоляционной жилы)

0,203

0,102

м K/Вт

T2 (бронирование не используется)

0

0

м K/Вт

Ts (тепловое сопротивление оболочки)

1,8

1,8

мм

Ds (внешний диаметр, включая оболочку)

17,8

16,8

мм

RT (тепловое сопротивление оболочки)

5

5

м K/Вт

T3 (тепловое сопротивление слоя оболочки)

0,18

0,192

м K/Вт

RT (тепловое сопротивление почвы)

1

1

м K/Вт

T4 (тепловое сопротивление слоя почвы)

2,206

2,233

м K/Вт

∆θ

max

50

70

о

C

I

max 

=

289,2 A

∆θ

I

max 

равно разнице

температур жилы и почвы, 

температура каждой жилы одинакова при нагрузке 290 А

50

48,79

о

C

R

θ

 = сопротивление ТПЖ 

0,231

0,23

Вт/км

S = общие потери в ТПЖ (3 фазы)

57,93

57,7

кВт/км

∆

S = разница между ПВХ и СПЭ

—

-0,23

кВт/км

∆

S = разница между ПВХ и СПЭ в %

—

0,40

%

P = общая установленная мощность

520

520

кВА

Стоимость электроэнергии

0,21

евро/кВт

•

ч (в среднем по Европе в 2012 г.)

Дополнительные потери

422,5684

евро/км/год

Дополнительные потери

16902,74

евро/км за 40 лет эксплуатации

Э

лек

трическая нагрузка

Диаметр жилы

СПЭ

ПВХ

Производство

ÌÀÒÅÐÈÀËÛ

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2014, www.kabel-news.ru

33

несущие изолированные провода. Благодаря улуч-
шенным электрическим свойствам, повышенной 
температуре эксплуатации и разнице в тепловом со-
противлении такие кабели обладают гораздо более 
высокой пропускной способностью по сравнению с 
традиционно используемыми кабелями с изоляцией 
из ПВХ. 

Сниженное тепловое сопротивление СПЭ вкупе с 

уменьшением толщины изоляции ведёт к снижению 
эффекта теплоизоляции кабеля (рассматривается 
как снижение значений T

1

 и T

3

 в соответствии с МЭК 

60287). Это означает, что тепло, вырабатываемое в 
ТПЖ (Джоулевы потери), лучше рассеивается в ка-
белях типа ПвВГ (N2XY) при идентичных условиях 
прокладки и сечении жилы

. 

Поскольку тепло быстрее рассеивается из ТПЖ, 

мы получаем:
•  сниженную температуру ТПЖ при той же нагруз-

ке (меньшие потери);

•  либо повышенную силу тока при той же темпера-

туре.
Практический пример: кабель низкого напряже-

ния с медной жилой (табл. 2)

Температура окружающей среды — 20

о

C.

Глубина прокладки — 0,7 м, тепловое сопротив-

ление почвы — 1,0 м

•

K/Вт.

Разница в тепловом сопротивлении изоляции из 

ПВХ и СПЭ ведёт к существенной потенциальной 
экономии эксплуатационных затрат. 

Помимо потенциальной экономии за счёт тепло-

вого сопротивления, повышается надёжность рас-
пределительных сетей с кабелями с изоляцией из 
СПЭ благодаря возросшему потенциалу перегрузок 
и стойкости к токам короткого замыкания.

Одним из наиболее важных факторов для 

энергосистем являются потери электроэнергии в 
распределительных сетях. На рис. 4 показаны ти-
пичные примеры изменения коэффициента диэлек-
трических потерь в зависимости от температуры. 
Как можно отметить, наиболее стабильный резуль-
тат достигается при использовании кабелей с изо-
ляцией из СПЭ при максимальной рабочей темпе-
ратуре до 90

o

C.

Сополимерные композиции с присадками, за-

медляющими подсшивку материала в экструде-
ре, упростили процесс производства и позволили 
использовать стандартные ПЭ/ПВХ-экструдеры. 
А возможность сшивки на воздухе дополнительно 
снизила себестоимость производства кабелей с изо-
ляцией из СПЭ.

Внедрение технологии сшивки на воздухе при 

комнатной температуре показало, что низковольт-
ные кабели, производимые в соответствии со 
стандартом МЭК 60502, могут быть изолированы 
с помощью стандартных экструдеров длиной от 
18 до 34 L/D. Скорость производственной линии 

может достигать 1500 м/мин. А реакция сшивки 
ПЭ-изоляции толщиной до 2,5 мм происходит даже 
в северной части Европы при хранении готового ка-
беля на складе.

Для большого числа кабельных конструкций воз-

можно использование каскадного технологического 
процесса наложения изоляции и оболочки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПЭ является признанной технологией, широко 

используемой в Европе для производства изоляции 
кабелей на напряжение до 1 кВ. СПЭ превосходит 
другие технологии по многим параметрам. СПЭ су-
щественно лучше ПВХ по тепловым, механическим, 
экологическим и электрическим свойствам. След-
ствием этих преимуществ являются:
•  снижение стоимости прокладки благодаря умень-

шению физических размеров кабеля, улучшен-
ным механическим свойствам, особенно при низ-
ких температурах; 

•  сокращение транспортных расходов благодаря 

уменьшению физических размеров кабеля; 

•  снижение стоимости эксплуатации благодаря 

более высоким термомеханическим свойствам, 
электрическим характеристикам и химической 
стойкости;

•  повышенная надёжность кабельной арматуры.

ЛИТЕРАТУРА 

1.  Eurelectric Activity report 2013.
2.  S.Sutton, A life cycle analysis. Cired Frankfurt 2011.
3.  V.Krauss, Welchen beitrag kann der tiefbau zur ko-

stensengung liefern, VDEW — Kabeltagung, 1999.

4.  HD603 S1 standard, Distribution cables of rated volt-

age 0,6/1 kV.

Рис. 4 Типичные примеры изменения tan 

δ

 в 

зависимости от температуры

T

an 

δ

 (10e

-3

)

Температура, 

о

С

СПЭ
ПВХ

ПЭВД
Бумага

Производство

ÌÀÒÅÐÈÀËÛ