Кабели электрические изолированные
Кабели электрические изолированные: классификация, конструкция, применение и выбор
Электрический изолированный кабель представляет собой сложное техническое изделие, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии, а также для передачи информационных сигналов. Его основная функция – обеспечение безопасного и надежного проведения тока по проводящим жилам, исключая контакт между ними и с окружающей средой. Конструкция кабеля включает в себя одну или несколько изолированных токопроводящих жил, которые могут быть заключены в общую защитную оболочку, а также экраны, броню и другие элементы, в зависимости от условий эксплуатации.
1. Классификация изолированных электрических кабелей
Классификация осуществляется по множеству признаков, определяющих область применения и технические характеристики.
1.1. По материалу изоляции
- Кабели с пластмассовой изоляцией (ПВХ, ПЭ, СИП): Наиболее распространенная группа. Поливинилхлорид (ПВХ) обладает хорошими изоляционными свойствами, не поддерживает горение, но при низких температурах теряет эластичность. Сшитый полиэтилен (СПЭ/XLPE) применяется для кабелей на среднее и высокое напряжение (до 500 кВ и выше), обладает высокой термостойкостью (до 90°C длительно) и стойкостью к токам короткого замыкания.
- Кабели с бумажной пропитанной изоляцией: Используются в кабелях высокого напряжения (110 кВ и выше). Бумажная лента пропитывается вязким масло-канифольным составом. Такие кабели требуют специальной конструкции для предотвращения стекания пропитки и применяются, как правило, с маслонаполненной или газонаполненной изоляцией.
- Кабели с резиновой изоляцией: Отличаются высокой гибкостью и стойкостью к изгибам. Применяются в подвижных соединениях, для питания кранов, экскаваторов, в судовом оборудовании. Недостатки – старение под воздействием УФ-излучения и озона.
- Кабели с фторопластовой (FEP, PTFE) изоляцией: Обладают исключительной химической, термической стойкостью и негорючестью. Применяются в особо тяжелых условиях (авиация, космонавтика, химическая промышленность).
- Кабели на низкое напряжение (до 1 кВ): ВВГ, ВВГнг(А), NYM, КГ и т.д.
- Кабели на среднее напряжение (от 1 кВ до 35 кВ включительно): АВВГ, ПвВГ, АПвВГ.
- Кабели на высокое напряжение (110 кВ и выше): МКСк, АПвП, газонаполненные, маслонаполненные.
- Силовые кабели (передача электроэнергии).
- Кабели управления (для цепей управления, сигнализации).
- Контрольные кабели (для соединения электрических приборов и аппаратов с распределительными устройствами).
- Связные и коаксиальные кабели (передача сигналов).
- Специальные кабели (судовые, шахтные, пожаробезопасные, для атомных станций).
- Номинальное напряжение: Должно соответствовать или превышать напряжение сети.
- Сечение жилы: Определяется по допустимому длительному току нагрузки с учетом метода прокладки, температуры окружающей среды и группировки кабелей. Корректируется по условиям потери напряжения и термической стойкости к токам короткого замыкания.
- Способ прокладки: В земле (траншее) – требуется броня типа Бл или К, стойкая к коррозии оболочка (Шп, Шв). В воздухе (по фасадам, на эстакадах) – стойкость к УФ-излучению (черный полиэтилен), ветровым и гололедным нагрузкам. В помещениях – важны показатели пожарной безопасности (нг, LS, FR).
- Температура окружающей среды: При повышенных температурах требуется применение кабелей с повышенной термостойкостью изоляции (СПЭ, резина) или увеличение сечения.
- Наличие механических воздействий: При риске повреждений обязательна броня. Для подвижных механизмов – гибкие кабели с резиновой изоляцией (КГ).
- Коррозионная активность среды: В агрессивных средах применяют кабели с оболочкой из стойких полимеров (полиэтилен) или герметизированные.
- Огнестойкость (FR): Способность кабеля выполнять функции в условиях пожара в течение заданного времени (например, 30, 60, 180 мин). Обеспечивается применением слюдосодержащих лент поверх жил.
- Распространение горения (нг): Кабели не должны распространять горение при групповой прокладке. Категории А, B, C, D определяют объем горючего материала на метр прокладки.
- Дымообразование (LS): Пониженное выделение дыма при тлении и горении.
- Коррозионная активность газов (HF, HFFR): Отсутствие галогенов в материалах изоляции и оболочки для минимизации выделения коррозионно-активных газов (HCl) при пожаре.
- Допустимые радиусы изгиба: Строго нормируются для кабелей разных конструкций и напряжений. Для кабелей с бумажной изоляцией – не менее 25 наружных диаметров, для кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ – не менее 10 диаметров для многожильных и не менее 15 для одножильных.
- Температура монтажа: Кабели с ПВХ изоляцией не рекомендуется прокладывать при температурах ниже -15°C без предварительного подогрева, так как изоляция становится хрупкой.
- Соединение и оконцевание: Для соединения жил применяют опрессовку, сварку или пайку с последующей изоляцией. Для оконцевания – кабельные наконечники (гильзы), обжатые или приваренные к жиле. Для кабелей среднего и высокого напряжения используются специальные муфты и концевые заделки, выравнивающие электрическое поле.
- Защита от внешних воздействий: При прокладке в земле кабель укладывается на песчаную подушку и засыпается мягким грунтом без камней, сверху укладывается сигнальная лента. При пересечении с коммуникациями и дорогами кабель защищается футлярами (трубами).
- Измерение сопротивления изоляции мегаомметром (на 500, 1000, 2500 В).
- Испытание повышенным выпрямленным напряжением (для кабелей до 35 кВ).
- Диагностика частичных разрядов (ЧР) в изоляции кабелей среднего и высокого напряжения.
- Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) для оценки старения бумажно-масляной изоляции.
- Тепловизионный контроль мест соединений и терминалов под нагрузкой.
1.2. По номинальному напряжению
1.3. По назначению
2. Конструктивные элементы кабеля
2.1. Токопроводящая жила
Изготавливается из меди или алюминия. Медь имеет более высокую проводимость, стойкость к окислению и механическую прочность. Алюминий легче и дешевле, но требует большего сечения для той же токовой нагрузки и склонен к ползучести и окислению. Жилы могут быть однопроволочными (монолитными) для жестких стационарных прокладок и многопроволочными для гибких кабелей и прокладок с изгибами.
2.2. Изоляция
Основной барьер, предотвращающий утечку тока. Толщина изоляции нормируется стандартами в зависимости от номинального напряжения. Для кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ изоляция наносится, как правило, экструзионным методом.
2.3. Заполнитель и поясная изоляция
В многожильных кабелях пространство между изолированными жилами заполняется для придания кабелю круглой формы и механической стабильности. Поверх скрученных изолированных жил может накладываться поясная изоляция – дополнительный слой изоляционного материала.
2.4. Экран
Применяется в кабелях на напряжение 6 кВ и выше. Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая ионизацию и пробой изоляции. Выполняется из полупроводящих материалов (полупроводящая бумага, сшитый полиэтилен) и медной ленты или проволоки.
2.5. Оболочка
Защищает внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и других внешних воздействий. Материалы: ПВХ-пластикат, полиэтилен, резина, полимеры без галогенов (HFFR).
2.6. Броня и защитные покровы
Для защиты от механических повреждений (грызуны, давление грунта, растягивающие усилия) применяют броню из стальных оцинкованных лент (тип Б) или стальных оцинкованных проволок (тип К). Поверх брони накладывается защитный покров (например, битумный состав и джут) для защиты от коррозии.
3. Маркировка и обозначения
В России и СНГ действует буквенно-цифровая система маркировки кабелей по ГОСТ. Первая буква указывает на материал жилы (А – алюминий, отсутствие буквы – медь). Последующие буквы обозначают материал изоляции, оболочки, тип брони и защитного покрова.
| Буква | Значение (в порядке следования в марке) |
|---|---|
| А | Алюминиевая жила (первая буква) |
| В | Изоляция из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ) |
| Пв | Изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ) |
| П | Изоляция или оболочка из полиэтилена |
| Р | Резиновая изоляция |
| НР | Резина негорючая |
| нг(A), нг(B) и т.д. | Не распространяющий горение по категории A, B, C, D |
| LS | Low Smoke – пониженное дымо- и газовыделение |
| FRLS | Fire Resistance Low Smoke – огнестойкий с низким дымовыделением |
| Б | Броня из стальных оцинкованных лент |
| К | Броня из стальных оцинкованных круглых проволок |
| Шв | Защитный шланг из ПВХ |
| Шп | Защитный шланг из полиэтилена |
| Э | Экран общий (медная оплетка или продольно уложенная лента) |
| Г | Гибкий кабель (в конце марки) |
Пример: Кабель АВВГнг(А)-LS 3х150 – кабель с алюминиевыми жилами (А), изоляцией из ПВХ (В), оболочкой из ПВХ (В), гибкий (Г), не распространяющий горение по категории А (нг(А)), с пониженным дымовыделением (LS), трехжильный, сечением жилы 150 мм².
4. Критерии выбора кабеля
Выбор осуществляется на основе технико-экономического расчета с учетом всех условий эксплуатации.
4.1. Электрические параметры
| Сечение жилы, мм² | Допустимый длительный ток, А (одножильный кабель) | Допустимый длительный ток, А (трехжильный кабель) |
|---|---|---|
| 1.5 | 24 | 19 |
| 2.5 | 33 | 27 |
| 4 | 44 | 38 |
| 6 | 56 | 50 |
| 10 | 76 | 70 |
| 16 | 101 | 90 |
4.2. Условия прокладки и эксплуатации
4.3. Требования пожарной безопасности
Регламентируются сводами правил (СП) и Федеральными законами. Ключевые показатели:
5. Особенности монтажа и эксплуатации
Правильный монтаж – залог долговечной и безопасной работы кабельной линии.
6. Контроль состояния и диагностика
Для оценки остаточного ресурса и выявления дефектов применяются методы неразрушающего контроля:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1. Что лучше выбрать: кабель с медной или алюминиевой жилой?
Медный кабель имеет меньшие потери, большую долговечность и надежность контактных соединений, он более гибок. Алюминиевый кабель значительно дешевле и легче. Выбор зависит от бюджета проекта, условий монтажа (гибкость) и требований к надежности. В стационарных прокладках с правильно выполненными соединениями алюминий широко применяется. Согласно ПУЭ, в зданиях следует применять кабели с медными жилами, за исключением отдельных случаев.
В2. В чем принципиальная разница между изоляцией из ПВХ и сшитого полиэтилена (СПЭ)?
ПВХ – термопластичный материал с максимальной допустимой температурой жилы +70°C. СПЭ получают путем «сшивки» молекул полиэтилена, превращая его в термореактивный материал. Это позволяет повысить рабочую температуру до +90°C, увеличить стойкость к токам КЗ и значительно улучшить диэлектрические характеристики, что сделало СПЭ стандартом для кабелей среднего и высокого напряжения.
В3. Обязательно ли использовать бронированный кабель для прокладки в земле?
Да, для прямой прокладки в земле (траншее) без дополнительных защитных труб или коробов необходимо применять кабель с броней (типа Б или К). Броня защищает от механических повреждений лопатой, камнями, грызунами. Исключение – прокладка в асбоцементных, пластиковых или стальных трубах, где кабель может быть небронированным.
В4. Что означают индексы «нг(А)-LS» и «нг(А)-FRLS»?
нг(А)-LS – кабель не распространяет горение при групповой прокладке по категории А (наиболее строгая) и имеет пониженное дымогазовыделение. нг(А)-FRLS – обладает всеми указанными свойствами и является дополнительно огнестойким (Fire Resistance), то есть сохраняет работоспособность в течение заданного времени в условиях открытого огня за счет применения огнестойких барьеров.
В5. Как правильно определить необходимое сечение кабеля для конкретной нагрузки?
Необходимо выполнить расчет по двум основным критериям:
1. По допустимому длительному току. Рассчитать рабочий ток нагрузки. По таблицам ПУЭ (или каталогам производителя) для выбранного типа кабеля, способа прокладки и условий окружающей среды найти сечение, для которого допустимый ток равен или превышает расчетный. Внести поправки на температуру и группировку.
2. По потере напряжения. Для протяженных линий выполнить расчет потери напряжения от начала линии до конечного потребителя. Она не должна превышать значений, установленных ПУЭ (например, ±5% для силовых нагрузок).
Из двух полученных значений выбирается большее.
В6. Можно ли прокладывать кабели с ПВХ изоляцией на улице?
Да, но с учетом ограничений. Оболочка стандартных кабелей (ВВГ) не устойчива к длительному воздействию ультрафиолета. Для открытой прокладки на солнце следует выбирать кабели с черной оболочкой из светостабилизированного полиэтилена (например, АВБбШв) или прокладывать в гофрированных трубах, защищенных от солнца лотках. Также необходимо учитывать температурный диапазон эксплуатации ПВХ.
В7. Почему для кабелей на 6 кВ и выше обязательно наличие экрана?
При высоких напряжениях электрическое поле вокруг жилы становится неоднородным и имеет высокую напряженность, что приводит к ионизации, локальным перегревам и старению изоляции, вплоть до пробоя. Экран, выполненный из проводящего материала и заземленный, выравнивает электрическое поле, делая его радиальным и однородным, что кардинально повышает надежность и срок службы изоляции.