Конструкция электрических кабелей

Силовые электрические кабели с пропитанной бумажной, пластмассовой и резиновой изоляциями (рис. 1) предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках.

Основными элементами всех типов кабелей являются: токопроводящие жилы, изоляция, экраны, оболочка и наружные защитные покровы.

Токопроводящие жилы силовых кабелей изготавливаются из электротехнической меди марки М0 и М1 или алюминия марок А0 и А01 и нормируются по сечению. По механическим свойствам медная проволока может быть твердой (неотожженной) марки МТ и мягкой (отожженной) марки ММ, а алюминиевая — твердой (неотожженной) марки АТ, полутвердой (частично отожженной) марки АПТ и мягкой (отожженной) марки АМ.

Все токоведущие жилы сечением 2,5—16 мм2 изготавливаются однопроволочными, а сечением 25 мм2 и выше — круглыми многопроволочными для одножильных кабелей, сегментными для двухжильных и секторными для трехи четырехжильных. Допускаются однопроволочные алюминиевые жилы сечением 25—120 мм2 и медные 25; 35 мм2. Применение секторных и сегментных жил вместо круглых позволяет уменьшить диаметр кабеля на 20—25%, что также ведет к сокращению расхода материала на изоляцию, оболочку, защитные покровы и т. п.

По степени гибкости круглые жилы из меди делятся на четыре типа (табл. 1): I — жилы нормальные для проводов и кабелей, предназначенных для неподвижной прокладки;

II — жилы гибкие для кабелей и проводов, предназначенных для неподвижной прокладки, где требуется повышенная гибкость при монтаже, и для переносных кабелей, работающих при больших радиусах изгиба;

III — жилы повышенной гибкости для переносных кабелей и проводов, работающих при малых радиусах изгиба;

IV — жилы, особо гибкие для проводов и кабелей, работающих в условиях, где требуется особо повышенная гибкость жил.

Рис. 1. Поперечный разрез силового кабеля:

а — силовой кабель в броне из круглых проволок (марка СК) с пропитанной бумажной изоляцией; б — кабель силовой четырехжильный с бумажной изоляцией; в — кабель общепромышленного применения марки АВВГ с пластмассовой изоляцией; г — кабель силовой марки АПВ с пластмассовой изоляцией; д — кабель марки ВБГ с пластмассовой изоляцией для взрывоопасных сред; е — кабель марки СРГ одножильный с резиновой изоляцией

Таблица 1. Конструкция медных токопроводящих жил кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией

Примечание. Конструкция жил, номинальное сечение которых указано в скобках, предназначена для ограниченного применения.

По степени гибкости жилы из алюминия делятся на три типа (табл. 2): I — жилы нормальные для кабелей и проводов, предназначенных для неподвижной прокладки;

II — жилы гибкие для кабелей и проводов, предназначенных для неподвижной прокладки, где требуется повышенная гибкость при монтаже, и для переносных кабелей, работающих при больших радиусах изгиба;

III — жилы повышенной гибкости для переносных кабелей и проводов, работающих при малых радиусах изгиба.

Таблица 2. Конструкция алюминиевых токопроводящих жил кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией

Примечание. Конструкция жил, номинальное сечение которых указано в скобках, предназначена для ограниченного применения.

Изоляция силовых кабелей может быть выполнена из пропитанной кабельной бумаги, полиэтилена, поливинилхлоридного пластиката, резины и т.п.

Пропитанная бумажная изоляция состоит из лент кабельной бумаги толщиной 80, 120 и 170 мкм (марок К-080, К-120 и К-170), наложенных на жилу методом обмотки и пропитки маслоканифолевым составом. Для пропитки кабелей на напряжение 1—10 кВ применяют маслоканифолевый состав МП-1 (содержание канифоли 10,5—26%) или синтетическое масло октол, а для кабелей на напряжение 20—30 кВ — маслоканифолевый состав МП-2 (содержание канифоли 31,5—43,5%). Номинальная толщина пропитанной бумажной изоляции силовых кабелей приведена в табл. 3.

Таблица 3. Толщина пропитанной бумажной изоляции силовых кабелей

Пропитанная бумажная изоляция, освобожденная от избытка пропиточного состава, называется обедненной. Она предназначена для кабелей вертикальных

и наклонных трасс. Кабели с обедненной пропитанной изоляцией маркируются прописной буквой В в конце марки кабеля (например: СБВ).

Маслоканифолевые пропиточные составы с содержанием изобутилена и церезина или низкомолекулярного полиэтилена имеют повышенную вязкость при рабочих температурах. Поэтому бумажная изоляция, пропитанная этим составом, пригодна для кабелей вертикальных и крутонаклонных трасс. Кабели с нестекающим пропиточным составом маркируют буквой Ц, которую ставят перед обозначением кабеля (например: ЦСК).

Полиэтиленовая изоляция представляет собой различные композиции, получаемые на базе полиэтилена низкой и высокой плотности с различными добавками. Для кабельной промышленности выпускают композиции полиэтилена на основе базовых марок высшего и первого сорта полиэтилена низкой плотности 10203-003, 10702-020, 15303-003 и 17802-015 и рецептур добавок 0; 1; 02; 04;

05; 09 и 10. Композиции полиэтилена высокой плотности выпускают на основе базовых марок полиэтилена 20406-407, 20606-012 и рецептур добавок 07, 12, 19

и 21.

Композицию полиэтилена можно расшифровать следующим образом: материал полиэтилена, затем первые три цифры — базовая марка полиэтилена, далее номер рецептуры добавок и буква К, обозначающая применение композиции полиэтилена в кабельной промышленности.

При введении в полиэтилен органических перекисей (дикумила и др.) с последующей вулканизацией или под действием излучений образуются поперечные связи, способствующие переходу полиэтилена из термопластичного состояния в термореактивное. Введение в полиэтилен соединений фтора и хлора или добавок окиси сурьмы и сурьмаорганических соединений снижает его горючесть (самозатухающий полиэтилен).

Поливинилхлоридные пластикаты — это смеси поливинилхлорида с различными пластификаторами, стабилизаторами и другими добавками. Для кабельных пластификаторов применяют суспензионные смолы марок ПХВ-С1, ПХВ-С2 и ПХВ-С4. В качестве пластификаторов используют эфиры фталевой, фосфорной и себациновой кислот. При введении в пластикат антиоксидантов (дифенилпропан) повышается их нагревостойкость. Стойкость против горения увеличивается при добавлении хлорированных парафинов; существенно повышают температуру разложения пластификатора стабилизаторы (углекислый свинец и соли стеариновой кислоты, кальций, кадмий барий, стронций, а также стеариты свинца в композиции с эпоксидными смолами).

Резиновая изоляция — смесь каучуков, вулканизирующих веществ, ускорителей вулканизации, наполнителей, мягчителей, средств против старения, красителей и других специальных материалов. Однако основой любой резины являются каучуки. Резиновые смеси на основе натурального каучука обладают высокой термопластичностью. Существует четыре типа изоляционных резин, отличающихся друг от друга содержанием в них каучука (табл. 4). Смеси резин, выполненных на основе кремнийорганического каучука, содержат наполнитель — аморфную кремневую кислоту. В качестве усиливающих наполнителей применяют двуокись титана, карбонат кальция, гидрат окиси алюминия, каолин, органические сажи. Кремнийорганические резины термостойки в

пределах –60 до +200°С. Их применяют для изоляции нагревостойких проводов РКГМ, проводов для зарядки осветительной арматуры, монтажных кабелей и проводов.

Таблица 4. Физико-механические и электроизоляционные свойства изоляционных резин

Изоляцию из стекловолокна получают из стеклянного волокна в несколько слоев с подклейкой, покрытием глифталевым, полиэфирным или кремнийорганическим лаком. Провода с изоляцией из стекловолокна пригодны для эксплуатации при 155—180°С.

Оболочки кабелей служат для защиты изоляции жил от воздействий света, влаги, различных химических веществ и механических повреждений.

Лучшими герметичными материалами для оболочек кабелей являются металлы. Применение пластмасс и резины ограничивается из-за большого коэффициента влагопроницаемости. Наиболее распространены металлические оболочки из свинца, алюминия и стали. Свинцовые оболочки выполняют из свинца марки С-3. Основное преимущество свинцовых оболочек состоит в технологичности их наложения, влагостойкости, пластичности и устойчивости против действия различных агрессивных сред.

Алюминиевые оболочки герметичны, в 2—2,5 раза прочнее свинцовых и имеют повышенную стойкость к вибрационным нагрузкам. Для повышения гибкости кабелей сварные оболочки изготавливают из отожженной алюминиевой ленты, а кабели диаметром более 20 мм гофрируют.

Кабели в гофрированной оболочке маркируют строчной буквой «г», которую ставят после буквы, обозначающей тип оболочки (например: ААгВ).

Оболочки кабелей изготавливают из шлангового пластиката, отличающегося от изоляционного соответствующим подбором пластификаторов и стабилизаторов, обеспечивающих большую стойкость против светового старения.

При нагревании поливинилхлоридного пластиката до 160—175°С происходит его размягчение, а при нагреве до температуры 220—250°С — разложение. При температурах 5000°С и выше поливинилхлоридный пластикат горит самостоятельно. Данные о толщине оболочек кабелей из поливинилхлоридного пластиката и резины приведены в табл. 5.

Таблица 5. Толщина пластмассовых и резиновых оболочек кабелей

Полиэтилен обладает высокими физико-механическими свойствами, поэтому его успешно применяют в качестве оболочки кабеля. Однако из-за резкого возрастания диффузионной константы с ростом температуры его нельзя использовать для оболочек кабелей с влагоемкой бумажной изоляцией без металлического экрана. В качестве экрана применяют алюминиевую ленту толщиной 0,15—0,2 мм, которую наматывают поверх поясной изоляции из полиэтилена. На экран наносят битумный состав и накладывают оболочку из полиэтилена.

Резиновые оболочки обладают высокой механической прочностью к растягивающим усилиям, ударным и крутящим нагрузкам и другим воздействиям. Резины для оболочек обозначают: РШ-1 — резина для тяжелых условий; РШ-2 — резина теплостойкая для средних и легких условий; РШМ-2 — резина морозостойкая в средних и легких условиях; РШН-1 — маслостойкая резина, не распространяющая горение, для работы в тяжелых условиях; РШН-2 — маслостойкая резина, не распространяющая горение, для средних и легких условий.

Кабели с кремнийорганической изоляцией изготавливают из кремнийорганической резины, пригодной для работы при температурах до 200°С.

Защитный покров обеспечивает надежность и долговечность электрических кабелей при эксплуатации в различных условиях окружающей среды и при различных способах прокладки. Конструкция и обозначение защитных покровов приведены в табл. 6. Защитные покровы состоят из подушки и наружного покрова. Подушка — слой волокнистых материалов поверх оболочки под броней. Наружный покров — слой из волокнистых материалов поверх брони.

Для защиты алюминиевых и стальных оболочек от коррозии и от влияния блуждающих токов применяют защитные покровы из поливинилхлоридного пластиката, наличие которых обозначают в марках кабелей буквой В после буквы, указывающей алюминиевую оболочку или броню (ААВ, СБГВ и др.).

Защитные покровы из поливинилхлоридного пластиката поверх брони придают свойство силовым кабелям не распространять горение (только в случае одиночного кабеля).

Для защиты кабелей от незначительных механических воздействий, а также от воздействия света и нефтепродуктов используют хлопчатобумажную пряжу. В зависимости от условий эксплуатации оплетка хлопчатобумажной пряжи может быть пропитана атмосферостойкими или противогнилостными составами. В атмосферостойкие составы входят: нефтяные битумы, парафин; естественные асфальты, воски, смолы и др. Для защиты резиновой изоляции от действия масла, бензина и других растворителей применяют лаковые покрытия на основе эфиров целлюлозы.

В качестве легких защитных покровов применяют синтетические и искусственные волокна. Наибольшее распространение получил капрон, имеющий температуру плавления 210—215°С.

Лавсановое (полиэфирное) волокно имеет температуру плавления 250—265°С. Защитные покровы из лавсанового и капронового волокон с покровным лаком имеют рабочую температуру 125—140°С, хорошую стойкость к органическим растворителям и истиранию, но плохую влагостойкость и огнестойкость.

В качестве защитного покрова нагревостойких кабелей с фторлоновой и кремнийорганической изоляциями применяют крученое стекловолокно с последующим покрытием кремнийорганическим лаком (К-47). Такие кабели используют при температуре окружающей среды до 180—200°С, а при применении фторлоновой суспензии — до 275°С.

Защитные покровы с применением асбестовых нитей обладают огнестойкостью, малой теплопроводностью.

Таблица 6. Конструкция элементов защитного покрова