Кабели питания электрические
Кабели питания электрические: классификация, конструкция, применение и выбор
Электрические кабели питания представляют собой сложные инженерные изделия, предназначенные для передачи и распределения электрической энергии в стационарных и нестационарных установках. Их конструкция, материалы и параметры строго регламентированы национальными и международными стандартами (ГОСТ, МЭК, EN, VDE). Основная функция — обеспечение надежного, безопасного и долговечного подключения потребителей к источникам питания в условиях разнообразных внешних воздействий.
1. Классификация и основные типы кабелей питания
Классификация осуществляется по множеству признаков, определяющих область применения и технические характеристики.
1.1. По номинальному напряжению:
- Кабели низкого напряжения (НН): до 1 кВ (1000 В). Наиболее распространенная группа для внутренней и наружной разводки в зданиях, подключения оборудования, освещения. Примеры: ВВГ, NYM, ПВС.
- Кабели среднего напряжения (СН): от 1 кВ до 35 кВ включительно. Используются для распределения энергии в городских сетях, на промышленных предприятиях, для питания мощных двигателей. Примеры: АВВГ, СИП, АПвВг.
- Кабели высокого напряжения (ВН): от 110 кВ и выше. Применяются в магистральных линиях электропередачи, для соединения подстанций. Имеют сложную конструкцию с масляным или газовым наполнением, либо сшитым полиэтиленом (XLPE) в изоляции. Примеры: АСБ, МНСА, СГ.
- Материал: медь (высокая проводимость, гибкость, стойкость к коррозии) и алюминий (меньший вес и стоимость, но выше переходное сопротивление и склонность к ползучести).
- Конструкция: однопроволочная (монолитная) для стационарной прокладки и многопроволочная (гибкая) для подключения подвижных механизмов и в условиях вибраций.
- Форма: секторная (сегментная) для оптимизации заполнения пространства в многожильных кабелях.
- Поливинилхлорид (ПВХ): ВВГ-кабели. Универсален, недорог, обладает хорошими диэлектрическими и механическими свойствами, но при низких температурах теряет гибкость, а при пожаре выделяет хлористый водород.
- Сшитый полиэтилен (XLPE): используется в кабелях АПвВг, N2XH. Высокая термостойкость (до +90°C долговременно), стойкость к токам короткого замыкания, малые диэлектрические потери. Стандарт для СН-кабелей.
- Резина (на основе каучуков): КГ, РПШ. Обеспечивает исключительную гибкость и стойкость к многократным изгибам, применяется в гибких шнурах и кабелях для подвижного подключения.
- Бумажная пропитанная изоляция: АСБ, СБ. Используется в ВН-кабелях старой конструкции, требует герметичной оболочки для удержания пропитки.
- Оболочки: ПВХ (стандарт), полиэтилен (для улицы), шланговая резина (гибкость), свинец или алюминий (герметичная броня для ВН-кабелей).
- Без брони: для прокладки в кабельных лотках, коробах, трубах, где нет риска механических повреждений.
- Броня из стальных лент (Бл): ВБбШв, АВБбШв. Защищает от продавливания, грызунов. Применяется для прокладки в земле (траншеях).
- Броня из стальных оцинкованных проволок (К): ПвКШп. Защищает от растягивающих усилий, используется на вертикальных участках и в условиях сдвига грунта.
- Токопроводящая жила: Основной элемент для протекания тока. Сечение нормировано по рядам (0.5; 1.5; 2.5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240 мм² и т.д.).
- Фазная изоляция: Обеспечивает электрическую прочность между жилами и относительно земли.
- Поясная изоляция: Дополнительный слой поверх скрученных изолированных жил в многожильных кабелях.
- Экран (для кабелей на 6 кВ и выше): Выполнен из электропроводящего материала (полупроводящий сшитый полиэтилен, медная лента, проволока). Выравнивает электрическое поле вокруг жилы, предотвращая локальные перенапряжения в изоляции, и обеспечивает безопасность при повреждении.
- Поясной экран: Аналогичен жильному, но расположен поверх изолированных жил. Часто используется совместно с дренажным проводником.
- Заполнитель: Полимерная или резиновая масса, заполняющая межжильное пространство для придания кабелю круглой формы и механической стабильности.
- Оболочка: Защищает внутренние элементы от влаги, химических веществ, солнечного излучения и механических воздействий.
- Броня: Металлический защитный покров.
- Защитный шланг (наружный покров): Наносится поверх брони для защиты ее от коррозии. Изготавливается из ПВХ, полиэтилена.
- Номинальное напряжение: Должно быть не ниже напряжения сети.
- Сечение жил: Определяется расчетом по допустимому длительному току нагрузки с учетом условий прокладки (температура окружающей среды, группировка с другими кабелями) и проверяется на потерю напряжения и термическую стойкость к токам короткого замыкания. Основной руководящий документ — ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), глава 1.3.
- Прокладка в земле (траншее): Обязательно применение бронированного кабеля (ВБбШв, АВБбШв) с защитой от коррозии и корневой системы. Необходима песчаная подушка и сигнальная лента.
- Прокладка в воздухе (по фасадам, на тросах): Требуется кабель, стойкий к УФ-излучению (оболочка из светостабилизированного полиэтилена, например, СИП или ВВГ-П). Учитываются ветровые и ледовые нагрузки.
- Прокладка в помещениях, кабельных каналах: При групповой прокладке обязательны кабели с индексом «нг» (не распространяющие горение). В общественных зданиях и на путях эвакуации — «нг-LS» или «нг-HF» (безгалогенные, с низкой токсичностью продуктов горения).
- Взрывоопасные зоны: Применяются кабели с оболочкой, не выделяющей искр при ударе (резина), и специальные методы уплотнения.
- Агрессивные среды: Требуется стойкость оболочки к маслам, кислотам, щелочам (кабели в резиновой оболочке, например, КГ).
- Подвижные подключения: Используются гибкие кабели с многопроволочными жилами и резиновой изоляцией (КГ, КГ-ХЛ).
- Радиус изгиба: Ограничен и нормируется для каждого типа кабеля (обычно от 7.5 до 15 наружных диаметров). Нарушение ведет к деформации изоляции и экранов.
- Терминалирование: Концы кабелей должны быть заделаны с помощью кабельных наконечников (гильз) — медных или алюминиевых, опрессованных или паяных. Для многопроволочных жил обязательны наконечники типа НШВИ.
- Соединение и ответвление: Выполняются в специальных муфтах — соединительных, ответвительных, концевых. Для кабелей до 1 кВ используются изолирующие зажимы или муфты с термоусадкой. Для кабелей СН и ВН — свинцовые, эпоксидные или термоусаживаемые муфты, монтаж которых требует высокой квалификации.
- Маркировка: Все кабели на концах и в местах соединений должны быть промаркированы бирками с указанием номера, марки, сечения, напряжения и трассы.
- Измерение сопротивления изоляции мегаомметром на напряжение 2500 В (для кабелей до 1 кВ) и 5000 В (для кабелей 6-10 кВ). Нормируемое значение — не менее 0.5 МОм для силовых кабелей.
- Испытание повышенным напряжением постоянного тока: Для кабелей до 1 кВ — 3.5Uн, но не менее 2000 В в течение 5 мин. Для кабелей 6 кВ — 36 кВ, 10 кВ — 60 кВ.
- Проверка целостности и фазировки жил.
- Для кабелей СН и ВН: Диагностика частичных разрядов, измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ), тепловизионный контроль соединений.
- η), где P — мощность в Вт, U — напряжение (380 В), cosφ — коэффициент мощности, η — КПД.
- N (нейтральный, нулевой рабочий) — для проведения тока нагрузки.
- PE (защитный заземляющий) — для соединения открытых проводящих частей электроустановки с заземляющим устройством, обеспечения безопасности.
- Для кабелей до 1 кВ: Измерение сопротивления изоляции — не реже 1 раза в 3 года. Испытания повышенным напряжением, как правило, проводятся только после ремонта или монтажа.
- Для кабелей 6-10 кВ: Измерение сопротивления изоляции — 1 раз в год. Испытание повышенным выпрямленным напряжением — 1 раз в 2-4 года (в зависимости от типа изоляции и важности линии).
- Дополнительно: Визуальный осмотр трасс, коробов, муфт, тепловизионный контроль соединений на шинах и в муфтах (перед началом отопительного сезона и в период максимальных нагрузок).
1.2. По материалу и конструкции токопроводящей жилы:
1.3. По типу изоляции и оболочек:
1.4. По наличию и типу защитных покровов (брони):
2. Конструктивные элементы кабеля питания
Современный силовой кабель — это многослойная конструкция, где каждый слой выполняет строго определенную функцию.
3. Маркировка и обозначения
Маркировка кабелей в РФ осуществляется буквенно-цифровым кодом по ГОСТ 31996-2012 и более ранним стандартам.
| Позиция | Буква | Значение |
|---|---|---|
| 1 (Материал жилы) | А | Алюминий (отсутствие — медь) |
| 2 (Материал изоляции) | В | Поливинилхлорид (ПВХ) |
| 3 (Материал оболочки) | В | Поливинилхлорид (ПВХ) |
| 4 (Тип защитного покрова) | Г | Голый (без брони) |
| 5 (Дополнительные индексы) | нг(А) | Не распространяющий горение по категории А |
| 6 (Дополнительные индексы) | LS | Low Smoke — пониженное дымо- и газовыделение |
| 7 (Номинальное напряжение) | 0,66 кВ | 660 В |
| 8 (Количество и сечение жил) | 3х1,5 | Три жилы сечением 1.5 мм² каждая |
Другие распространенные индексы: «Ф» — фторопластовая изоляция, «П» — изоляция или оболочка из полиэтилена, «Шв» — защитный шланг из ПВХ, «Бб» — броня из стальных лент без подушки, «Ц» — негорючий состав, заполняющий пространство между жилами.
4. Критерии выбора кабеля питания
Выбор осуществляется на основе технического расчета и условий эксплуатации.
4.1. Основные электрические параметры:
| Сечение жилы, мм² | Допустимый длительный ток, А (одножильный) | Допустимый длительный ток, А (трехжильный) |
|---|---|---|
| 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:
5. Монтаж и соединение кабелей питания
Качество монтажа напрямую влияет на надежность и срок службы кабельной линии.
6. Контроль, испытания и диагностика
Перед вводом в эксплуатацию и в процессе обслуживания кабельные линии подвергаются испытаниям.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: Что лучше — медный или алюминиевый кабель?
Медный кабель имеет меньшее удельное сопротивление, что позволяет при одинаковом сечении передавать большую мощность или использовать меньшее сечение при той же мощности. Медь более устойчива к многократным изгибам, обладает лучшей стойкостью к коррозии и надежностью в контактных соединениях. Алюминиевый кабель дешевле и легче. Согласно актуальной редакции ПУЭ (п. 7.1.34), в зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами. Алюминий допускается в сетях распределения (воздушные линии, вводы в здания сечением от 16 мм²), но его соединения требуют специальных мер (антиоксидантная паста, регулярная подтяжка).
Вопрос 2: Как правильно выбрать сечение кабеля для трехфазного двигателя?
1. Определите номинальный ток двигателя (Iн) по шильдику или расчету: Iн = P / (√3 U cosφ
2. По таблицам ПУЭ выберите сечение, исходя из полученного тока Iн, с учетом способа прокладки и температуры.
3. Проверьте сечение на потерю напряжения (для двигателей обычно не более 5% при пуске).
4. Убедитесь, что выбранное сечение удовлетворяет условиям защиты от токов короткого замыкания и перегрузки (согласование с номиналом защитного автомата или предохранителя).
Вопрос 3: В чем разница между кабелями ВВГнг(А) и ВВГнг(А)-LS?
Оба кабеля не распространяют горение при групповой прокладке по категории А (наиболее строгие испытания). Ключевое отличие — в показателях пожарной опасности. Кабель ВВГнг(А)-LS (Low Smoke) имеет пониженное дымо- и газовыделение при пожаре. Это означает, что оболочка и изоляция из специального ПВХ-компаунда при горении выделяют значительно меньше дыма и коррозионно-активных галогенсодержащих газов (хлороводорода), что критически важно для безопасности людей на путях эвакуации и сохранности электронного оборудования.
Вопрос 4: Можно ли прокладывать кабель ВВГ в земле без защиты?
Нет, это запрещено. Кабель ВВГ в стандартном исполнении не имеет брони и защитного шланга, устойчивого к грунтовой коррозии и механическим воздействиям (давление грунта, действия грызунов, острые камни). Для прокладки в земле необходимо применять кабели с броней и наружным покровом, например, ВБбШв (броня из стальных лент + шланг из ПВХ) или АВБбШв (алюминиевый аналог). Допускается прокладка небронированного кабеля в земле только при условии его размещения в трубе (ПНД, асбестоцементной, металлической), но это экономически и технически менее целесообразно.
Вопрос 5: Что такое кабель с нулевой и жилой заземления (PEN, N, PE)?
В современных кабелях для систем TN-S и TN-C-S используются отдельные проводники:
В 5-жильном кабеле (например, ВВГнг 5х6) жилы маркируются: A, B, C — фазные, N — синего цвета, PE — желто-зеленого. В системах TN-C используется объединенная PEN-жила (в 4-жильном кабеле). Разделение PEN на PE и N должно производиться только на вводе в здание.
Вопрос 6: Как часто и какие испытания нужно проводить на действующих кабельных линиях?
Периодичность и виды испытаний регламентированы ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей) и СО 153-34.20.501-2003 для сетей выше 1000 В.