Конструкция кабеля

Конструкция электрического кабеля представляет собой сложную инженерную систему, предназначенную для эффективной и безопасной передачи электроэнергии или сигналов. Каждый элемент кабеля выполняет строго определенную функцию, а их совокупность определяет ключевые характеристики: номинальное напряжение, допустимый ток нагрузки, стойкость к внешним воздействиям, гибкость и срок службы. Понимание конструкции является фундаментальным для правильного выбора, монтажа и эксплуатации кабельной продукции.

1. Основные компоненты кабеля

Любой силовой или контрольный кабель можно структурно разложить на три основные группы компонентов:

1. Токопроводящая жила (Conductor).
2. Изоляция (Insulation).
3. Оболочка (Sheath или Jacket).

В многожильных кабелях и кабелях на среднее и высокое напряжение добавляются дополнительные обязательные элементы.

1.1. Токопроводящая жила

Жила является центральным элементом, по которому протекает электрический ток. Ее основные параметры: материал, форма, конструкция и сечение.

• Материал:
  • Медь (Cu): Наиболее распространенный материал. Обладает высокой электропроводностью, стойкостью к окислению, хорошей гибкостью и долговечностью. Применяется в подавляющем большинстве типов кабелей.
  • Алюминий (Al): Легче и дешевле меди, но имеет более низкую электропроводность (примерно в 1,7 раза хуже) и склонность к ползучести (холодной деформации под давлением), что требует специальных мер при монтаже концевых соединений. Широко используется в воздушных линиях электропередачи и силовых кабелях большого сечения.
• Форма и конструкция:
  • Круглая сплошная (Solid): Одна проволока круглого сечения. Жесткая, применяется в стационарной прокладке, например, в кабелях NYM или для монтажа в трубах.
  • Круглая многопроволочная (Stranded): Состоит из нескольких проволок, скрученных вместе. Более гибкая, чем сплошная. Чем больше проволок при том же сечении, тем выше гибкость.
  • Секторная (Sector-shaped): Жила, спрессованная в форме сегмента круга. Применяется в многожильных кабелях для уменьшения общего диаметра и экономии изоляционных материалов и оболочки.
  • Фасонная (Segmental): Состоит из нескольких изолированных друг от друга сегментов, скрученных вместе. Используется в кабелях на очень высокое напряжение для снижения поверхностной напряженности поля и потерь.
• Класс гибкости: Определяется количеством и диаметром проволок в жиле.
  • Класс 1: Сплошная жила.
  • Класс 2: Многопроволочная, стандартной гибкости (например, кабель ВВГ).
  • Классы 3-6: Повышенной гибкости (например, кабель КГ, ПВС).
• Сечение: Определяется номинальным током нагрузки (по ПУЭ, ГОСТ, МЭК) и условиями прокладки. Измеряется в мм².

Таблица 1: Сравнение медных и алюминиевых жил

Параметр	Медь	Алюминий
Удельное электрическое сопротивление (Ом*мм²/м)	0.0172	0.028
Плотность (г/см³)	8.96	2.7
Стоимость	Высокая	Низкая
Склонность к окислению	Низкая (оксид проводит)	Высокая (оксид не проводит)
Механическая прочность	Высокая	Средняя
Основная область применения	Внутренняя разводка, промышленность, ВНН	Воздушные ЛЭП, силовые вводы

1.2. Изоляция

Изоляция предназначена для предотвращения протекания тока между жилами и на землю. Это критически важный элемент, определяющий номинальное напряжение кабеля.

• Материалы изоляции:
  • Поливинилхлорид (ПВХ, PVC): Наиболее распространенный материал для кабелей на низкое напряжение (до 1000 В). Обладает хорошими диэлектрическими свойствами, гибкостью, не поддерживает горение. Недостатки: выделяет хлористый водород при горении, низкая стойкость к морозу (дубеет при -15°C и ниже).
  • Сшитый полиэтилен (XLPE): Современный материал для кабелей на напряжение от 1 кВ до 500 кВ и выше. Обладает высокой термостойкостью (до +90°C в продолжительном режиме), отличными диэлектрическими характеристиками, стойкостью к току короткого замыкания.
  • Этиленпропиленовая каучуковая изоляция (EPR): Применяется в гибких и специальных кабелях. Сохраняет эластичность в широком диапазоне температур, устойчива к влаге, нагреву и химикатам.
  • Бумажная пропитанная изоляция: Исторический тип изоляции для кабелей высокого напряжения. Требует специальной пропитки маслом или масло-канифольной смесью и сложной концевой разделки. Обладает высокой электрической прочностью, но гигроскопична и сложна в монтаже.
  • Резина (натуральная и синтетическая): Используется в гибких кабелях (КГ, КПВ) и там, где требуются повышенные изгибы. Хорошая гибкость и стойкость к влаге.

Таблица 2: Сравнение основных материалов изоляции

Параметр	ПВХ (PVC)	Сшитый полиэтилен (XLPE)	EPR
Макс. рабочая температура, °C	+70	+90	+90
Стойкость к току КЗ, °C	Низкая	Высокая (до +250)	Высокая (до +250)
Диэлектрическая проницаемость	4-5	2.3	3-4
Гибкость	Хорошая	Жесткая	Отличная
Стойкость к влаге	Хорошая	Высокая (требует защиты)	Высокая
Основное применение	НН кабели (ВВГ, NYM)	Кабели СН и ВН (АПвВг, АПвПу)	Спецкабели, гибкие соединения

1.3. Заполнители и поясная изоляция

В многожильных кабелях пространство между изолированными жилами часто заполняется:

• Межжильным заполнителем: Изготавливается из ПВХ, резины или полипропилена. Служит для придания кабелю круглой формы, повышения механической стабильности и термостойкости.
• Экран по жиле: В кабелях на 6 кВ и выше на каждую жилу поверх изоляции накладывается экран из электропроводящего материала (полупроводящая лента или слой). Он выравнивает распределение электрического поля вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения и частичные разряды в толще изоляции.

Поясная изоляция – это слой изоляции, накладываемый поверх скрученных изолированных жил. В кабелях низкого напряжения может отсутствовать, будучи замененной оболочкой.

1.4. Экраны и броня

• Экран (общий): Представляет собой слой, обычно из медных или алюминиевых проволок/лент, расположенный под оболочкой. Функции:
  • Защита от внешних электромагнитных помех (для контрольных и слаботочных кабелей).
  • Снижение излучения электромагнитного поля вовне (для силовых кабелей).
  • Создание симметричного поля для протекания тока утечки и тока короткого замыкания.
  • Использование в качестве заземляющего проводника (в системах с заземлением через экран).
• Броня: Защищает кабель от механических повреждений: растяжения, ударов, давления, грызунов.
  • Ленточная броня: Две стальные оцинкованные ленты, наложенные спирально в противоположных направлениях. Применяется в кабелях для стационарной прокладки в земле (кабель АВБбШв, ВБбШв).
  • Проволочная броня: Оплетка из стальных оцинкованных проволок. Применяется в кабелях, подверженных растягивающим нагрузкам (подводные кабели, шахтные кабели).

Между броней/экраном и оболочкой/изоляцией всегда располагается подушка – слой из битума, крепированной бумаги или ПВХ-пластиката, который предотвращает повреждение внутренних слоев острыми кромками брони.

1.5. Оболочка

Наружный слой, защищающий все внутренние элементы кабеля от влаги, химикатов, солнечного излучения, механических воздействий и распространения огня.

• Материалы оболочки:
  • ПВХ (PVC): Самый распространенный материал. Может быть разных типов: стандартный, маслостойкий, безгалогенный (не выделяет дым и коррозионно-активные газы при горении).
  • Полиэтилен (PE): Обладает отличной стойкостью к влаге и химикатам, но поддерживает горение. Применяется в кабелях связи и уличной прокладки.
  • Резина (Rubber): Обеспечивает высокую гибкость и стойкость к истиранию (кабель КГ).
  • Хлорсульфированный полиэтилен (CSPE), например, Hypalon: Высокая стойкость к УФ-излучению, окислению и истиранию.

2. Конструкции кабелей для разных напряжений

2.1. Кабели на низкое напряжение (до 1000 В)

Пример: ВВГ, NYM, ПВС.
Конструкция: Жилы -> Изоляция (ПВХ/XLPE) -> Скрутка -> Заполнитель -> Оболочка (ПВХ).
Могут не иметь экранов и брони. Основное назначение – распределение электроэнергии в зданиях и сооружениях.

2.2. Кабели на среднее напряжение (от 6 кВ до 35 кВ)

Пример: АПвВг, АПвПу.
Конструкция: Жила -> Экран по жиле -> Изоляция (XLPE) -> Экран по изоляции -> Скрутка -> Заполнитель -> Экран (медные проволоки/лента) -> Оболочка -> Броня (опционально) -> Защитный шланг.
Обязательно наличие экранов по жиле и изоляции для управления электрическим полем.

2.3. Кабели на высокое напряжение (110 кВ и выше)

Имеют наиболее сложную конструкцию, часто выполняются с использованием технологии сжатого газа (газонаполненные) или маслонаполненные, чтобы исключить возможность возникновения частичных разрядов.

3. Маркировка кабелей

Маркировка наносится на оболочку и включает:

• Торговая марка производителя.
• Марка кабеля (например, ВВГ, АПвВг).
• Количество и сечение жил (например, 3×150).
• Номинальное напряжение (например, 0.66/1 кВ).
• Дата изготовления.
• Стандарт, по которому изготовлен кабель (например, ГОСТ 31996-2012).
• Метраж (наносится через каждые 1-1.5 метра).

Цветовая маркировка изоляции жил:

• Синий – нулевой рабочий проводник (N).
• Желто-зеленый – защитный заземляющий проводник (PE).
• Коричневый, черный, серый – фазные проводники (L1, L2, L3).

---

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. В чем принципиальная разница между кабелями ВВГ и ВВГнг(А)-LS?

• ВВГ – кабель с изоляцией и оболочкой из ПВХ-пластиката общего назначения. Распространяет горение при групповой прокладке.
• ВВГнг(А) – кабель с пониженной горючестью («нг»), не распространяющий горение при групповой прокладке по категории А (наибольшая пожарная нагрузка).
• ВВГнг(А)-LS – кабель, который не только не распространяет горение, но и имеет пониженное дымо- и газовыделение («Low Smoke») при пожаре.

2. Почему для высокого напряжения применяется сшитый полиэтиен (XLPE), а не ПВХ?
ПВХ имеет низкую термостойкость (+70°C) и высокую диэлектрическую проницаемость, что приводит к большим потерям и сильному нагреву. XLPE работает при +90°C, обладает высокой электрической прочностью и стойкостью к частичным разрядам, что критически важно для изоляции высокого напряжения.

3. Что означает маркировка, например, «АПвВг 1х120/70-10 кВ»?

• А – алюминиевая жила.
• П – изоляция из сшитого полиэтилена.
• в – оболочка из ПВХ.
• В – броня из стальных оцинкованных лент.
• г – «голый», защитный шланг отсутствует (в современной трактовке – кабель без наружного покрова поверх брони).
• 1х120/70 – одна жила сечением 120 мм² с медным экраном сечением 70 мм².
• 10 кВ – номинальное напряжение 10 кВ.

4. Когда необходимо применять бронированные кабели?
Бронированные кабели обязательны к применению при:

• Прокладке в земле (траншеях) без защиты трубами.
• В местах с риском механических повреждений (производственные цеха, стройплощадки).
• При прокладке по воздуху с риском обрыва из-за внешних воздействий.

5. Можно ли использовать алюминиевый кабель вместо медного при том же сечении?
Нет, нельзя. Из-за большего удельного сопротивления алюминиевый кабель того же сечения будет иметь большее электрическое сопротивление, что приведет к большему падению напряжения и нагреву под нагрузкой. Замена возможна только с увеличением сечения алюминиевой жилы, как правило, на одну ступень (например, медь 16 мм² -> алюминий 25 мм²), с обязательной проверкой по току нагрузки и падению напряжения.

6. Что такое «ток утечки» кабеля и от чего он зависит?
Ток утечки – это ток, протекающий через изоляцию кабеля между жилами и на землю. Он зависит от:

• Приложенного напряжения.
• Свойств диэлектрика (объемного и поверхностного сопротивления изоляции).
• Длины кабеля.
• Температуры и влажности.
  С ростом напряжения, температуры и старения изоляции ток утечки увеличивается.

7. Почему в гибких кабелях (КГ) жила делается многопроволочной?
Многопроволочная конструкция обеспечивает высокую гибкость и стойкость к многократным перегибам. Сплошная жила при частых изгибах быстро усталостно разрушилась бы.

8. Какой кабель выбрать для прокладки в сыром помещении или по фасаду здания?
Необходимо применять кабель с оболочкой, стойкой к ультрафиолету и влаге. Это кабели с оболочкой из светостабилизированного ПВХ, полиэтилена (PE) или резины. Маркировка таких кабелей часто включает индекс «У» (устойчивый к УФ) или «ХЛ» (холодостойкий). Например, ВВГ-ХЛ или специальные марки кабелей для наружной прокладки.