Кабели низкочастотные
Кабели низкочастотные: классификация, конструкция, применение и стандарты
Кабели низкочастотные представляют собой обширный класс кабельных изделий, предназначенных для передачи электрической энергии, сигналов управления, измерительной информации и связи в диапазоне частот от 0 Гц (постоянный ток) до 10 кГц, с основным применением в области звуковых частот (20 Гц – 20 кГц). Их ключевое отличие от высокочастотных кабелей заключается в отсутствии необходимости учета скин-эффекта и потерь на излучение на рабочих частотах, что определяет конструктивные особенности: как правило, сплошная или многопроволочная токопроводящая жила без специальной защиты от поверхностных эффектов. Основные сферы применения включают системы электроснабжения, промышленную автоматику, системы безопасности, аудиотехнику, проводную телефонную связь и сигнализацию.
Классификация и основные типы низкочастотных кабелей
Классификация осуществляется по нескольким ключевым признакам: назначению, конструкции, материалу изоляции и оболочки, условиям эксплуатации.
1. По назначению и функциональности:
- Силовые кабели низкого напряжения (до 1000 В): Предназначены для распределения и передачи электроэнергии в стационарных установках. Примеры: ВВГ, NYM.
- Кабели управления: Для цепей контроля, сигнализации и управления в станках, машинах, технологических линиях. Характеризуются большим количеством жил (до 61 и более) малого сечения. Примеры: КВВГ, КГВВ.
- Контрольные кабели: Для передачи сигналов от датчиков к измерительным и управляющим приборам. Часто имеют экран для защиты от помех. Примеры: АКВВГЭ, КВВГЭ.
- Кабели связи (местной телефонной сети): Для абонентских линий и магистралей связи в низкочастотном диапазоне. Примеры: ТППэп, ТРВ.
- Аудиокабели (звуковые): Для передачи аналогового звукового сигнала в студийной, концертной и бытовой аппаратуре. Могут быть симметричными (экранированная витая пара) и несимметричными.
- Монтажные провода: Для внутриблочного и межблочного монтажа радиоэлектронной аппаратуры.
- Поливинилхлорид (ПВХ): Наиболее распространен. Обладает хорошими электрическими и механическими свойствами, не поддерживает горение, но при низких температурах теряет эластичность.
- Полиэтилен (ПЭ): Имеет лучшие диэлектрические характеристики, но поддерживает горение. Используется в кабелях связи.
- Резина на основе натурального или бутадиен-стирольного каучука: Обеспечивает повышенную гибкость и стойкость к многократным изгибам, применяется в гибких кабелях (например, КГ).
- Сшитый полиэтилен (XLPE): Обладает высокой термостойкостью и стойкостью к токам короткого замыкания, применяется в современных силовых кабелях.
- Бумажная изоляция, пропитанная маслом или вязким составом: Используется в кабелях высокого напряжения, для низкочастотных силовых кабелей низкого напряжения сейчас применяется редко.
- Материал: Медь (высокая проводимость, коррозионная стойкость) или алюминий (легче и дешевле, но ниже проводимость и склонность к окислению).
- Строение: Однопроволочная (монолитная) для стационарной прокладки или многопроволочная (гибкая) для подвижного присоединения или сложных трасс.
- Сечение: Нормируется по стандартным рядам (0.5; 0.75; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0; 6.0; 10.0; 16.0 мм² и т.д.).
- Форма: Круглая или секторная (для оптимизации заполнения в силовых кабелях).
- ГОСТ 31565-2012 (МЭК 60332-1-2): Требования пожарной безопасности. Классификация по нераспространению горения (нг, нг(А), нг(В) и т.д.).
- ГОСТ 31996-2012: Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0.66, 1 и 3 кВ.
- ГОСТ Р 53769-2010 (МЭК 60502-1): Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение до 30 кВ.
- ГОСТ 1508-78: Кабели, провода и шнуры. Методы испытаний сопротивления изоляции.
- Стандарты МЭК (IEC) и EN (европейские): Широко используются для кабелей, поставляемых на экспорт или в рамках международных проектов (например, кабели по стандарту HD 603, EN 50214).
- Повышение требований к пожарной безопасности: Широкое внедрение кабелей с индексом «LS» (Low Smoke), «FR» (Fire Resistance), «нг(A)-FRLS».
- Использование безгалогенных материалов: Оболочки и изоляция на основе полиолефинов, не выделяющих коррозионно-активные газы при горении.
- Оптимизация конструкций: Разработка компактных кабелей с улучшенными тепловыми характеристиками, позволяющих увеличить нагрузочную способность.
- Специализация: Создание кабелей для конкретных применений: для ветроэнергетики (повышенная стойкость к кручению), для солнечных электростанций (стойкость к УФ-излучению и широкому температурному диапазону).
- нг(А) – кабель не распространяет горение при групповой прокладке по категории А (наиболее строгие условия, подразумевающие большой объем горючей нагрузки на единицу объема).
- FR (Fire Resistance) – огнестойкость. Кабель способен выполнять свои функции в условиях пожара в течение заданного времени (обычно 60, 90, 120 или 180 минут).
- LS (Low Smoke) – пониженное дымовыделение при горении или тлении.
- По допустимому длительному току нагрузки (по нагреву). Используются таблицы ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), в которых указаны допустимые токи для различных способов прокладки (в воздухе, в земле, количество кабелей в пучке). Ток выбирается больше или равен расчетному току нагрузки.
- По допустимой потере напряжения. Для удаленных потребителей необходимо выполнить расчет падения напряжения в кабеле. Оно не должно превышать нормированных значений (например, 5% для внутренних сетей). Чем больше сечение, тем меньше падение напряжения.
- КГ – кабель гибкий для умеренного климата. Рабочая температура от -40°C до +50°C.
- КГ-ХЛ – кабель гибкий в холодостойком исполнении. Изоляция и оболочка выполнены из резины, сохраняющей эластичность при более низких температурах. Рабочая температура от -60°C до +50°C. Применяется в условиях Крайнего Севера, в холодильных камерах и т.д.
2. По материалу изоляции:
Конструктивные элементы низкочастотных кабелей
Конструкция кабеля определяется его назначением и условиями прокладки.
1. Токопроводящая жила:
2. Изоляция:
Обеспечивает электрическую прочность между жилами и между жилой и землей. Толщина нормируется в зависимости от номинального напряжения. Цветовая маркировка изоляции жил упрощает монтаж: заземление – желто-зеленый, нулевой – синий, фазные – коричневый, черный, серый.
3. Скрутка и поясная изоляция:
Изолированные жилы многожильных кабелей скручиваются в сердечник. Для кабелей с числом жил более 5 применяется повивная скрутка. Поверх скрученного сердечника может накладываться поясная изоляция (лента или экструдированный слой) для формирования и сохранения формы.
4. Экран:
Присутствует в контрольных, аудио- и кабелях связи. Предназначен для защиты передаваемого сигнала от внешних электромагнитных помех и снижения излучения от самого кабеля. Выполняется в виде оплетки из медных или оловянных проволок, алюмополимерной ленты или комбинации thereof. В симметричных аудиокабелях используется экран из оплетки и фольги.
5. Оболочка:
Защищает внутренние элементы от механических повреждений, влаги, химических веществ и других внешних воздействий. Основные материалы: ПВХ (общего назначения), полиэтилен (для наружной прокладки), резина (для повышенной гибкости и стойкости к маслу), безгалогенные композиции (пониженное дымовыделение и коррозионная активность продуктов горения).
6. Броня и защитные покровы:
Применяются для кабелей, прокладываемых в земле или в условиях риска механических повреждений. Броня из стальных оцинкованных лент (тип Б) или проволок (тип К). Поверх брони накладывается защитный покров (джут, ПВХ шланг) для защиты от коррозии.
Ключевые технические параметры и характеристики
Выбор кабеля осуществляется на основе анализа его технических параметров, регламентированных стандартами (ГОСТ, МЭК, EN).
| Параметр | Описание | Единица измерения | Пример для кабеля ВВГнг(А)-LS 3х1.5 |
|---|---|---|---|
| Номинальное напряжение U0/U | Между фазой и землей / между фазами. Определяет толщину изоляции. | В | 450/750 В |
| Количество и сечение жил | Число токопроводящих жил и их номинальное поперечное сечение. | шт. / мм² | 3 / 1.5 |
| Максимальная рабочая температура жилы | Допустимая температура при длительной эксплуатации. | °C | +70 |
| Сопротивление изоляции | Минимальное сопротивление между жилами и между жилой и землей. | МОм·км | Не менее 12 (при +20°C) |
| Электрическое сопротивление жилы постоянному току | Нормируется для контроля качества материала и сечения. | Ом/км | 12.1 (медь, при +20°C) |
| Испытательное напряжение переменного тока | Напряжение, подаваемое при заводских испытаниях. | кВ / мин. | 3 / 5 |
| Минимальный радиус изгиба | Кратно внешнему диаметру кабеля. Определяет гибкость. | D | 7.5 (для многожильных) |
| Пожарная безопасность | Категории по нераспространению горения, дымообразованию, токсичности. | нг(А)-LS, нг(В)-FRLS и т.д. | нг(А)-LS: не распространяет горение при групповой прокладке по категории А, с пониженным дымовыделением. |
Особенности применения в различных отраслях
1. Энергетика и промышленность:
Используются силовые кабели (ВВГ, АВВГ, СИП), контрольные (КВВГЭ, АКВБбШв) и кабели управления (КУПЭП, КУГВВ). Ключевые требования: стойкость к температурным перепадам, маслобензостойкость, сопротивление распространению горения при групповой прокладке в кабельных каналах. Для подвижных механизмов (краны, тельферы) применяются гибкие кабели с резиновой изоляцией (КГ, КГ-ХЛ).
2. Системы связи и сигнализации:
Кабели местной телефонной связи (ТППэп) имеют характерную конструкцию: парная скрутка жил (витая пара) с полиэтиленовой изоляцией, объединенная в группы, с общим экраном и оболочкой. Для систем пожарной и охранной сигнализации применяются кабели с повышенными требованиями к пожарной безопасности, например, КПСЭнг(А)-FRLS, способные сохранять работоспособность в условиях пожара в течение заданного времени (огнестойкость).
3. Аудиотехника:
Здесь критичны параметры, влияющие на качество аналогового сигнала: погонная емкость, индуктивность и активное сопротивление. Для микрофонных линий применяются симметричные экранированные кабели с низкой емкостью (менее 100 пФ/м) для минимизации потерь высоких частот. В акустических кабелях (от усилителя к колонке) важно низкое активное сопротивление, что требует использования жил большого сечения.
Стандарты и нормативная база
Производство и применение низкочастотных кабелей в РФ регулируется комплексом стандартов:
Тенденции развития
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. В чем принципиальная разница между кабелем управления и контрольным кабелем?
Кабель управления (например, КУВВГ) предназначен в первую очередь для передачи дискретных или аналоговых сигналов управления и питания цепей вторичной коммутации в системах АСУ ТП. Основная функция – подача команд. Контрольный кабель (например, КВВГЭ) служит для передачи информации о состоянии, измеряемых параметрах (температура, давление, положение) от датчиков и преобразователей к устройствам индикации и управления. Он часто имеет экран для защиты слаботочного аналогового сигнала от помех, что для кабелей управления требуется реже.
2. Можно ли использовать обычный кабель ВВГ для прокладки в земле?
Нет, кабель ВВГ в стандартном исполнении не предназначен для прямой прокладки в земле. Его оболочка из ПВХ не обладает достаточной стойкостью к длительному воздействию почвенной влаги и агрессивных сред, а также не защищена от механических повреждений (нагрузки от грунта, действия грызунов). Для прокладки в земле необходимо применять кабели с броневой защитой, например, ВБбШв (с броней из стальных лент и защитным шлангом из ПВХ) или АВБбШв.
3. Что означают буквы «нг(А)-FRLS» в маркировке кабеля?
Это расшифровывается следующим образом:
Такие кабели обязательны для прокладки в общественных зданиях, на транспортных объектах, в системах противопожарной защиты.
4. Как правильно выбрать сечение низкочастотного силового кабеля?
Выбор сечения производится по двум основным критериям:
Дополнительно учитываются условия короткого замыкания (термическая стойкость) и тип защиты (автоматический выключатель, предохранитель).
5. Почему в аудиокабелях используется витая пара и экран?
Витая пара используется в симметричных линиях для подавления синфазных помех. Внешняя электромагнитная наводка действует одинаково на оба провода пары. На входе приемника (дифференциальный вход) вычитается сигнал с обоих проводников, в результате полезный сигнал (передаваемый в противофазе) удваивается, а синфазная помеха взаимно уничтожается. Экран (обычно из оплетки и/или фольги) служит для защиты от электростатических помех и замыкает на себя высокочастотные наводки. Правильное заземление экрана в одной точке критически важно для избежания образования земляных петель и наводок на низких частотах.
6. В чем разница между кабелями КГ и КГ-ХЛ?
Оба являются гибкими кабелями с резиновой изоляцией и оболочкой. Ключевое отличие – климатическое исполнение: