Оболочки силовых кабелей

Оболочки силовых кабелей: материалы, конструкции, назначение и выбор

Оболочка силового кабеля является критически важным элементом его конструкции, выполняющим комплекс защитных функций. Её основное назначение – обеспечение механической, химической, климатической защиты токопроводящих жил и изоляции от воздействий внешней среды, а также предотвращение распространения влаги внутрь кабеля. Кроме того, оболочка служит барьером для распространения пламени, обеспечивает экранирование и задает кабелю ряд ключевых эксплуатационных характеристик. Выбор материала и конструкции оболочки определяется условиями прокладки, монтажа и эксплуатации, требованиями нормативных документов и экономической целесообразностью.

Основные функции оболочки силового кабеля

• Механическая защита: Предохранение внутренних элементов от растягивающих усилий, сдавливания, ударов, вибрации, истирания при прокладке и эксплуатации.
• Герметизация: Защита изоляции и токопроводящих жил от проникновения влаги, масел, химических реагентов, солнечного излучения и других внешних факторов.
• Электрическая изоляция и экранирование: В некоторых конструкциях (например, с пластмассовой изоляцией) оболочка служит дополнительным изоляционным барьером. Также она может удерживать экранирующие элементы (медные ленты, проволоки).
• Пожаростойкость и нераспространение горения: Ограничение распространения пламени по трассе прокладки, снижение дымо- и газовыделения, обеспечение минимального выделения коррозионных газов (галогенов).
• Идентификация: Цветовая маркировка оболочки (черный, оранжевый, серый и др.) указывает на тип кабеля, напряжение, стандарт.

Классификация и типы материалов оболочек

1. Полимерные (пластмассовые) оболочки

Наиболее распространенная группа материалов благодаря сочетанию хороших электротехнических свойств, технологичности, стойкости к коррозии и относительно низкой стоимости.

Сравнительная таблица полимерных материалов оболочек

Материал	Обозначение (пример)	Ключевые свойства	Типичное применение	Ограничения
Поливинилхлорид (ПВХ пластикат)	PVC, В (по ГОСТ)	Хорошая механическая прочность, гибкость, стойкость к маслу, воде, кислотам и щелочам. Не поддерживает горение. Широкая цветовая гамма.	Кабели общего назначения для прокладки в кабельных сооружениях, лотках, помещениях. Кабели на напряжения до 35 кВ.	Выделение коррозионных газов и густого дыма при горении. Потеря гибкости при низких температурах (ниже -15°C). Старение под УФ-излучением (требуются стабилизаторы).
Полиэтилен (ПЭ)	PE, П (по ГОСТ)	Отличные диэлектрические свойства, высокая стойкость к влаге и химикатам, хорошая гибкость при низких температурах. Устойчивость к УФ-излучению (сшитый полиэтилен, ПЭВП).	Кабели для прокладки в земле (траншеях), на открытом воздухе. Кабели связи, оптические кабели. Часто используется как наружная оболочка поверх брони.	Горюч, поддерживает горение. Склонен к растрескиванию под напряжением. Менее устойчив к маслам, чем ПВХ.
Сшитый полиэтилен (СПЭ)	XLPE, Пв (по ГОСТ)	Высокая термостойкость (до +90°C в длительном режиме), отличные механические и электрические характеристики даже при повышенных температурах, стойкость к растрескиванию.	В основном используется как изоляция, но также применяется для оболочек специальных кабелей, где важна повышенная температурная стойкость.	Высокая стоимость по сравнению с ПВХ и ПЭ. Требует специального оборудования для наложения.
Полимеры без галогенов (LSZH, HF)	LSZH, нг(A)-HF, нг(B)-HF	Огнестойкость, крайне низкое выделение дыма и коррозионных газов (хлористого водорода) при пожаре. Низкая токсичность продуктов горения.	Общественные здания, метро, аэропорты, вокзалы, больницы, атомные станции, морские платформы – места с массовым пребыванием людей и сложной электроникой.	Механические свойства (прочность на разрыв, стойкость к истиранию) обычно ниже, чем у ПВХ. Выше стоимость. Менее гибкие при низких температурах.
Полиуретан (ПУР)	PUR	Исключительная стойкость к истиранию, порезам, многократным изгибам. Устойчивость к маслу, озону, низким температурам. Гибкий и прочный.	Гибкие кабели для подвижного присоединения (краны, экскаваторы, робототехника), шахтные кабели, судовые кабели.	Ограниченная стойкость к гидролизу (горячей воде и пару). Относительно высокая цена.
Термоэластопласт (ТЭП)	TPE, TPR	Сочетает эластичность резины и технологичность термопластов. Морозостойкость, стойкость к УФ-излучению и погодным условиям. Хорошие диэлектрические свойства.	Кабели для ветровой энергетики, солнечных электростанций, наружного применения в жестких климатических условиях.	Стоимость выше, чем у стандартных ПВХ и ПЭ.

2. Резиновые оболочки

Используются в основном для гибких кабелей и кабелей специального назначения, где требуются высокая эластичность и стойкость к многократным деформациям.

• На основе каучуков: Натуральный, бутадиен-стирольный (SBR), этилен-пропиленовый (EPDM), хлоропреновый (неопрен, CR), силиконовый каучук (SiR).
• Свойства: Высокая гибкость и эластичность в широком диапазоне температур, хорошая стойкость к воде, маслу, озону (зависит от типа каучука). Неопрен и EPDM обладают хорошей огнестойкостью.
• Применение: Гибкие шнуры, кабели для погружных насосов, сварочные кабели, судовые кабели, кабели для горнодобывающей промышленности.

3. Металлические оболочки (Герметичные)

Обеспечивают абсолютную защиту от проникновения влаги и газов, а также механическую прочность.

• Свинцовая (С) оболочка: Классический материал для кабелей высокого напряжения (110 кВ и выше). Пластичен, коррозионно-стоек, обеспечивает полную герметизацию. Недостатки: большой вес, экологические ограничения, усталость при вибрациях.
• Алюминиевая (А) оболочка: Легче и прочнее свинцовой. Широко применяется в кабелях среднего и высокого напряжения. Может быть гладкой или гофрированной (для гибкости). Требует защиты от коррозии (полимерный шланг).
• Медная оболочка: Применяется редко, в особых случаях (рентгеновская аппаратура, сверхвысокочастотные системы).

Конструктивные особенности оболочек

1. Однослойные и многослойные оболочки

Современные кабели часто имеют сложную структуру оболочки для совмещения свойств разных материалов.

• Двухслойная оболочка: Внутренний слой (например, из полимера без галогенов) обеспечивает огнестойкость, а наружный слой (например, из полиуретана) – механическую защиту.
• Оболочка поверх брони: Металлическая броня (ленточная или проволочная) накладывается поверх внутренней полимерной оболочки и защищается от коррозии наружным полимерным шлангом (ПЭ, ПВХ).

2. Бронепокровы как часть защитной оболочки

Броня является усиливающим элементом, интегрированным в структуру кабеля, и выполняет функции механической защиты от грызунов, растяжения, ударов.

Типы бронепокровов

Тип брони	Обозначение	Характеристики	Применение
Две стальные оцинкованные ленты	Б (по ГОСТ), SWA (Steel Wire Armour)	Защита от механических повреждений, сдавливания. Не предназначена для значительных растягивающих усилий.	Кабели для прокладки в земле (траншеях), тоннелях, кабельных каналах.
Круглые стальные оцинкованные проволоки	К (по ГОСТ), SWA (Steel Wire Armour)	Высокая стойкость к растягивающим усилиям. Защита от ударов.	Кабели для прокладки в грунтах с высокой вероятностью смещений, вертикальных и наклонных трасс, подводных переходов.
Плоская стальная оцинкованная проволока	П (по ГОСТ)	Компактность и гибкость при сохранении прочности.	Там, где важна гибкость и малый диаметр, но требуется защита от грызунов.

Критерии выбора оболочки силового кабеля

Выбор осуществляется на основе анализа всех условий прокладки и эксплуатации с учетом требований ПУЭ, ГОСТ, МЭК и других стандартов.

• Условия прокладки:
  • В земле (траншее): Обязательна броня (ленточная или проволочная) и коррозионно-стойкий наружный шланг (ПЭ, ПВХ). Важна стойкость к воздействию почвенной химии и микроорганизмов.
  • В кабельных сооружениях (тоннелях, каналах, эстакадах): При групповой прокладке – оболочка с индексом «нг» (не распространяющая горение), предпочтительно LSZH. Броня – по риску механических повреждений.
  • В помещениях: Основное внимание – пожарной безопасности (нг-LSZH). Для одиночной прокладки может применяться ПВХ.
  • На открытом воздухе: Стойкость к УФ-излучению, озону, перепадам температур (ПЭ, ТЭП, специальные марки ПВХ).
  • В агрессивных средах: Стойкость к химикатам, маслам, парам (ПВХ, PUR, неопрен).
• Электрические параметры: Для кабелей высокого напряжения с бумажной пропитанной изоляцией обязательна герметичная металлическая оболочка (алюминиевая, свинцовая).
• Гибкость: Для подвижных соединений – резина, полиуретан, ТЭП.
• Температурный режим: Рабочая температура, стойкость к низким температурам при монтаже.
• Экологические требования: Ограничение использования галогенов (LSZH), тяжелых металлов (отказ от свинца).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между ПВХ и LSZH оболочками?

ПВХ (поливинилхлорид) содержит хлор, который при пожаре выделяет коррозионный хлористый водород, повреждающий электронику, и плотный дым, затрудняющий эвакуацию. LSZH (Low Smoke Zero Halogen) материалы не содержат галогенов (хлор, бром), поэтому при горении выделяют минимальное количество дыма и нетоксичных, некоррозионных газов. LSZH используется в людных и закрытых пространствах, ПВХ – для общих целей при одиночной прокладке или на открытом воздухе.

Когда необходима броня, и какую выбрать – ленточную или проволочную?

Броня необходима при прокладке в земле (кроме кабелей в трубах), в местах с риском механических повреждений (включая грызунов), при возможности растягивающих нагрузок. Ленточная броня (две стальные ленты) защищает в основном от сдавливания и порезов, применяется в стандартных грунтах. Проволочная броня (круглые проволоки) обеспечивает защиту от растяжения и используется в нестабильных грунтах, для вертикальных трасс, подводных переходов.

Можно ли прокладывать кабель с алюминиевой оболочкой непосредственно в земле?

Нет, нельзя. Алюминиевая оболочка, несмотря на пассивацию, подвержена электрохимической коррозии в грунте, особенно в присутствии блуждающих токов. Поверх алюминиевой оболочки обязательно должен быть наложен герметичный и химически стойкий защитный шланг, обычно из полиэтилена (обозначение кабеля: АПв, АПвБ и т.д.).

Что означает маркировка «нг(A)-FRLS» или «нг(B)-HF» на кабеле?

Это обозначение категорий пожарной безопасности по ГОСТ 31565-2012 (ГОСТ Р 53315-2009):

• нг – не распространяющий горение при групповой прокладке.
• (A) или (B) – категория по нераспространению горения (А – высшая, при испытании в пламени мощностью 1,5 кВт).
• FRLS (Fire Resistance Low Smoke) – огнестойкий с низким дымовыделением. Кабель сохраняет работоспособность в условиях пожара в течение заданного времени (например, 60, 90, 120 минут).
• HF (Halogen Free) – безгалогенный, аналогично LSZH. Низкое выделение дыма и коррозионных газов.

Какой материал оболочки лучше для прокладки на морозе?

Стандартный ПВХ пластикат дубеет при температурах ниже -15°C, что приводит к растрескиванию при изгибе во время монтажа. Для низкотемпературного монтажа и эксплуатации следует выбирать кабели:

• С оболочкой из морозостойкого ПВХ (до -40°C или -50°C).
• С оболочкой из полиэтилена (ПЭ) или сшитого полиэтилена (СПЭ).
• С оболочкой из термоэластопласта (ТЭП) или резины (например, силиконовой).

В паспорте на кабель должна быть указана минимальная температура монтажа.

Почему для кабелей 110 кВ и выше часто используют алюминиевую оболочку вместо свинцовой?

Алюминиевая оболочка обладает рядом преимуществ: она значительно легче (примерно в 4 раза), имеет большую механическую прочность на разрыв, не подвержена усталостным разрушениям от вибрации, не имеет экологических ограничений, связанных со свинцом. Современные технологии гофрирования алюминиевой оболочки обеспечивают ей необходимую гибкость. Свинец остается в нишевых применениях, где требуется особая пластичность или традиционные решения.