Сечение жил контрольных кабелей токовых цепей

Вот что часто упускают, когда говорят про сечение жил в контрольных кабелях для токовых цепей: многие думают, что главное — пропускная способность по току. Но в реальности, на объекте, куда более критичным становится падение напряжения на длинных участках и механическая стойкость жилы, особенно если речь о вторичных цепях релейной защиты. Слишком тонкая жила — и сигнал от трансформатора тока до защитного устройства может исказиться, а это уже вопросы селективности и ложных срабатываний. Слишком толстая — проблемы с монтажом в клеммных рядах, лишний расход меди, да и кабель гнётся плохо.

Нормативы и практика: где проходит граница

Все мы смотрим ПУЭ, глава 3.4, и стандарты типа ГОСТ 1508. Там прописаны минимальные сечения, обычно от 1.5 мм2 для медных жил в цепях измерения и защиты. Но это именно минимум. В проектной документации частенько так и пишут — 2.5 мм2, и точка. Однако, если брать длинные кабельные трассы от ячеек КРУ наружной установки до главного щита управления, которые у нас бывают и по 200-300 метров, этого может не хватить. Сам сталкивался на одной подстанции 110 кВ: заложили сечение жил контрольных кабелей 2.5 мм2 для цепей ТТ, а при пусконаладке выяснилось, что падение напряжения на максимальном токе короткого замыкания превышает допустимое для точной работы защиты. Пришлось срочно искать варианты.

Тут важно не просто взять следующее стандартное сечение — 4 мм2. Нужно считать: полное сопротивление цепи, класс точности трансформаторов тока, нагрузку на них. Иногда экономически выгоднее не увеличивать сечение по всей трассе, а применить кабель с отдельными экранированными парами для наиболее критичных цепей, чтобы избежать наводок. У некоторых производителей, например, в ассортименте ООО ?Цинъян Чаосинь Кабель? (их сайт — cxdl.ru — полезно иногда смотреть для сравнения типов), есть специализированные контрольные кабели с увеличенным сечением жил именно для вторичных цепей, где это уже заложено в конструктив.

И ещё момент по нормативам: они не учитывают ?человеческий фактор? монтажа. Жила 1.5 мм2, особенно в многожильном кабеле, легко переламывается при неаккуратной затяжке в клемме или при повторном монтаже. Поэтому у нас на предприятии внутренним регламентом для всех силовых цепей защиты, даже коротких, установлен минимум 2.5 мм2. Для цепей тока — смотрим по расчёту, но редко опускаемся ниже 2.5.

Материал жилы: медь, алюминий или что-то новое

Медь — это классика, с ней всё понятно: проводимость, гибкость, пайка. Но цена. В последние годы всё чаще поднимают вопрос об алюминии. Для контрольных кабелей токовых цепей алюминиевая жила — это всегда компромисс. Да, сечение придётся брать больше для той же проводимости, кабель становится толще, сгибать его сложнее. Главная головная боль — контактные соединения. Окисная плёнка, ползучесть металла... Если применять, то только с качественными токопроводящими пастами и специальными клеммами.

Интересно, что некоторые производители, включая упомянутую компанию ООО ?Цинъян Чаосинь Кабель?, предлагают кабели с жилами из алюминиево-литиевых сплавов. В их описании продукции на cxdl.ru это указано как отдельная линейка. Суть в том, что такой сплав легче и, заявляется, имеет лучшую проводимость, чем чистый алюминий. На практике я с такими кабелями в цепях ТТ не работал, но по логике, для них критична стабильность электрических характеристик во времени. Здесь нужны испытания и, возможно, опыт длительной эксплуатации. Пока для ответственных объектов я бы не рисковал и оставался на меди.

Есть ещё так называемые биметаллические решения — алюминий, плакированный медью. Теоретически хороший вариант: проводимость ближе к меди, цена ниже, контактные свойства лучше, чем у чистого алюминия. Но опять же, в продаже для контрольных кабелей это редкость, и нужно проверять, как ведёт себя такое соединение при циклах нагрева-охлаждения в клеммнике.

Конструктив кабеля: не только сечение

Выбирая сечение жил, нельзя забывать про общую конструкцию кабеля. Например, количество жил. В стандартном кабеле КВВГ 10х2.5 жилы скручены, имеют общую изоляцию и оболочку. Но если мы говорим про цепи ТТ, где важна точность, то наличие соседних жил под напряжением может создавать электромагнитные помехи. Поэтому для дифференциальных защит или точных измерений часто идут на применение кабелей с индивидуальным экраном каждой пары или тройки жил. И вот здесь сечение жилы влияет на итоговый диаметр кабеля: экран добавляет свой объём.

Вспоминается проект, где мы закладывали кабель с сечением жил 4 мм2, экранированными парами, для цепей коммерческого учёта. Когда пришла бухта, выяснилось, что её наружный диаметр не проходит в рассчитанные кабельные каналы. Пришлось экранировать не каждую пару, а группы, и пересчитывать помехозащищённость. Это к вопросу о том, что выбор — это всегда системная задача.

Также конструктив влияет на монтаж. Жила 2.5 мм2 в кабеле с ПВХ изоляцией одного производителя может быть жёстче, чем у другого. А если кабель бронированный (например, КВБбШв), то и гибкость всей конструкции меньше. При прокладке в лотках с многочисленными поворотами это может привести к чрезмерному натяжению и даже повреждению жил. Поэтому в спецификациях мы теперь часто пишем не просто ?кабель контрольный, сечение 2.5 мм2?, а с указанием минимального радиуса изгиба и рекомендацией по материалу изоляции — например, ПВХ пластикат пониженной горючести.

Расчёт сечения: не только по току

Классический расчёт по допустимому длительному току здесь вторичен. Ток во вторичных цепях ТТ, даже при КЗ, редко превышает десятки ампер. Первичный критерий — допустимое падение напряжения. Формула простая: ΔU = √3 * I * L * (R cosφ + X sinφ) / U. Но сложность в корректном определении всех параметров. Сопротивление жилы R берём с учётом температуры нагрева (кабель может лежать на солнце или в тёплом тоннеле). Индуктивное сопротивление X для контрольных кабелей небольшое, но на очень длинных трассах его тоже стоит учесть.

Второй, неочевидный для многих, критерий — термическая стойкость при сквозных токах КЗ. Да, во вторичной цепи ток ограничен, но если произошёл пробой изоляции между первичной и вторичной обмоткой ТТ (редко, но бывает), то в жилы контрольного кабеля может попасть огромный ток. Поэтому сечение должно быть таким, чтобы кабель не разрушился за время срабатывания защиты. Это проверяется по формуле на термическую стойкость. Часто именно этот расчёт, а не падение напряжения, диктует увеличение сечения до 4 или даже 6 мм2.

На практике мы делаем так: для трасс до 50 метров обычно хватает 2.5 мм2, если нагрузка на ТТ в норме. От 50 до 150 метров — считаем падение напряжения, часто выходит 4 мм2. Свыше 150 метров — это уже комплексный расчёт, и часто приходится делить цепи, ставить промежуточные трансформаторы тока или бустерные повторители, чтобы не тянуть кабель толщиной в палец. Один раз видел, как на ГЭС для этого применили волоконно-оптический канал передачи данных с датчиками, но это уже совсем другая история.

Опыт и типичные ошибки

Самая распространённая ошибка — унификация. Берут одно, самое ходовое сечение жил контрольных кабелей, например, 1.5 мм2, и прокладывают всё подряд: и цепи управления двигателем, и сигнализацию, и точные измерительные цепи. Потом при наладке начинаются проблемы: где-то реле ?дребезжит?, где-то показания счетчика пляшут. Приходится перекладывать.

Ещё одна ошибка — экономия на качестве. Кабель с заниженным сечением жилы по факту (бывает и такое) или с некачественной медью, имеющей высокое удельное сопротивление. Мы как-то взяли партию кабеля по выгодной цене, а при замерах сопротивления петли ?фаза-ноль? для цепей управления получили значения выше расчётных. Вскрыли — жила была не круглая, а с вмятинами, да и состав меди не ахти. С тех пор работаем только с проверенными поставщиками, которые дают полные технические условия. На том же сайте cxdl.ru у ООО ?Цинъян Чаосинь Кабель? видно, что они акцентируют на кабелях для фотоэлектрических и ветроэнергетических систем — это как раз та область, где требования к стабильности параметров высоки, и, вероятно, контроль качества соответствующий. Хотя для традиционной энергетики нужно смотреть конкретные сертификаты.

И последнее — пренебрежение монтажом. Можно выбрать идеальное сечение, но если жилу неправильно оконцевать, перетянуть в клемме или уложить в одном лотке с силовыми кабелями на 10 кВ, все расчёты пойдут насмарку. Поэтому в наших сметах теперь всегда отдельной строкой идёт обучение монтажников работе с контрольными кабелями вторичных цепей. Это не менее важно, чем правильный выбор цифры в миллиметрах квадратных.