Шестигранник

Шестигранник в электротехнике и кабельном производстве: конструкция, материалы, стандарты и применение

В профессиональной терминологии специалистов по кабельной и электротехнической продукции термин «шестигранник» имеет конкретное техническое значение. Это не крепежный элемент, а особая форма токопроводящей жилы. Шестигранная жила представляет собой проводник, состоящий из нескольких проволок (обычно 6, 7, 19 или более), скрученных таким образом, что их внешний контур образует правильный шестиугольник (гексагон). Данная конструкция является альтернативой традиционным круглым секторным и сегментным жилам, используемым в силовых кабелях среднего и высокого напряжения.

Конструктивные особенности и технология изготовления

Формирование шестигранной жилы происходит в процессе компактирования (уплотнения). Отдельные круглые проволоки, предварительно скрученные в концентрические слои вокруг центральной проволоки, пропускаются через специальные обжимные фильеры или ролики. Этот процесс деформирует внешний слой проволок, устраняя зазоры между ними и придавая жиле форму, близкую к правильному шестиграннику. В зависимости от степени компактирования, различают:

• Компактированные жилы: Внешний контур приближен к окружности, но с уплощенными участками. Зазоры между проволоками минимальны.
• Сформированные жилы: Жиле придается четкая геометрическая форма (шестигранник, сегмент). Это следующий этап уплотнения.
• Плотно сформированные жилы (compact shaped): Максимально уплотненная конструкция, где проволоки деформированы для идеального прилегания, формируя ровные грани.

Ключевое отличие от круглой многопроволочной жилы – увеличение коэффициента заполнения площади. Круглые проволоки в стандартной скрутке оставляют между собой пустоты (межпроволочное пространство). Шестигранная форма позволяет минимизировать эти пустоты, что приводит к уменьшению общего диаметра жилы при одном и том же номинальном сечении.

Материалы для изготовления

Материал жилы определяется требованиями стандартов и условиями эксплуатации кабеля.

• Медь (Cu): Наиболее распространенный материал. Используется медь марок М1, М1М по ГОСТ 859-2001 или Cu-OF, Cu-FRHC по МЭК. Обладает высокой электропроводностью, пластичностью, коррозионной стойкостью.
• Алюминий (Al): Применяется алюминий марок А5, А5Е, А8 (ГОСТ 13843-78) или Al 1350 по МЭК. Требует большего сечения, чем медь, для аналогичной проводимости, но легче и дешевле. Шестигранная форма компенсирует некоторые механические недостатки алюминия за счет плотной упаковки проволок.
• Сплав алюминия (AAAC): В некоторых случаях, особенно для воздушных линий, используются жилы из сплавов алюминия (например, с магнием и кремнием), обладающие повышенной механической прочностью.

Преимущества и недостатки шестигранной жилы

Преимущества:

• Уменьшенный внешний диаметр: Основное преимущество. При равном сечении шестигранная жила имеет меньший диаметр по сравнению с круглой. Это позволяет уменьшить общий диаметр кабеля, экономить материалы на изоляцию, экраны и оболочки, увеличить полезную емкость кабельных каналов и лотков.
• Повышенная механическая стабильность: Плотное прилегание проволок снижает риск их смещения под механическими нагрузками (изгиб, вибрация), что улучшает целостность жилы.
• Улучшенный теплоотвод: Более плотная структура и большая поверхность контакта между проволоками способствуют лучшему распределению и отводу тепла, что косвенно может влиять на допустимый длительный ток.
• Оптимизация для экранированных кабелей: Ровные грани шестигранника обеспечивают идеальную поверхность для наложения экструдированного полупроводящего экрана, исключая воздушные зазоры, которые являются источниками частичных разрядов в кабелях на напряжение 6 кВ и выше.
• Снижение расхода металла: За счет уменьшения диаметра может достигаться экономия материала токопроводящей жилы при сохранении электрического сопротивления.

Недостатки:

• Повышенная сложность производства: Требуется дополнительная технологическая операция компактирования, что увеличивает стоимость изготовления.
• Снижение гибкости: По сравнению с обычной многопроволочной круглой жилой, шестигранная жила имеет меньший радиус изгиба. Это критично для кабелей специального назначения (например, судовых).
• Риск микротрещин: При чрезмерном или неправильном компактировании на внешних проволоках могут возникать микротрещины, особенно в алюминии, что потенциально снижает стойкость к переменным изгибам.

Области применения

Шестигранные жилы нашли широкое применение в кабельной продукции для среднего и высокого напряжения, где критичны электрические поля и габариты.

• Силовые кабели на напряжение 6, 10, 20, 35 кВ и выше: Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE) или этиленпропиленовой резины (ЭПР, EPR). Шестигранная жила является стандартом де-факто для кабелей на 10 кВ и выше с экструдированными экранами.

Кабели для нефтегазовой и горнодобывающей промышленности: Где требуется повышенная механическая надежность и стойкость к внешним воздействиям.

• Кабели для объектов инфраструктуры: Аэропорты, вокзалы, метрополитен, где важна компактность прокладки.
• В воздушных линиях электропередачи: В виде уплотненных проводов (например, типа «АС» — алюминиевый со стальным сердечником, но в уплотненном исполнении).

Стандарты и нормативная база

Конструкция и требования к шестигранным (сформированным) жилам регламентированы национальными и международными стандартами.

Сравнительная таблица стандартов на сформированные жилы

Страна/Регион	Основной стандарт	Обозначение жилы	Ключевые требования
Международный (МЭК)	IEC 60228, IEC 60840	Class 2 (compacted), Class A (для ВН — shaped)	Определяет сопротивление, степень компактности, допустимые отклонения сечения. IEC 60840 прямо рекомендует использование сформированных жил для кабелей на напряжение от 30 кВ.
Россия/ЕАЭС	ГОСТ 22483-2012 (жилы), ГОСТ 31996-2012 (кабели СПЭ)	Жилы 5 или 6 класса скрутки (уплотненные), для ВН — «сформированная секторная или круглая»	Устанавливает технические требования к токопроводящим жилам, в том числе уплотненным. ГОСТ Р 53769-2010 (кабели на 110-220 кВ) жестко предписывает использование сформированных жил.
Европа (Германия)	DIN VDE 0276-620, HD 620	Verdrillte Ader (compacted conductor)	Детализирует методы испытаний и допуски для кабелей среднего и высокого напряжения.
США	AEIC CS8, ICEA S-97-682	Compact round, Compact sector	Стандарты Ассоциации производителей изолированных кабелей, подробно описывающие конструкцию.

Контроль качества и испытания

Качество шестигранной жилы контролируется по нескольким ключевым параметрам:

• Электрическое сопротивление постоянному току: Главный параметр. Измеряется мостом постоянного тока и не должно превышать значений, указанных в ГОСТ 22483 или IEC 60228 для данного сечения и материала.
• Геометрические размеры: Замеряется диаметр вписанной/описанной окружности или расстояние между параллельными гранями. Контролируется равномерность формы.
• Осмотр внешнего вида: Поверхность жилы должна быть гладкой, без расслоений, трещин, заусенцев и остатков смазки.
• Испытание на скручивание и растяжение: Проверяется механическая целостность скрутки и прочность на разрыв.
• Испытание на стойкость к переменным изгибам (для гибких исполнений): Определяет способность жилы выдерживать многократные перегибы.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между круглой и шестигранной жилой в кабеле 10 кВ?

Принципиальная разница — в форме заполнения пространства под экраном. Круглая жила оставляет клиновидные воздушные полости между собой и полупроводящим экраном. В этих полостях под высоким напряжением могут возникать частичные разряды, разрушающие изоляцию. Шестигранная жила, особенно в паре с наложенным экструзионным способом полупроводящим экраном, обеспечивает идеально гладкую цилиндрическую поверхность без воздушных включений, что полностью устраняет риск таких разрядов и повышает долговечность кабеля.

Можно ли использовать кабель с шестигранной жилой в гибких применениях, например, для подключения передвижного оборудования?

Нет, для гибких подключений это не рекомендуется. Шестигранная (уплотненная) жила имеет пониженную гибкость по сравнению с обычной многопроволочной жилой класса 5 или 6. Ее многократные изгибы с малым радиусом могут привести к деформации и разрушению внешних уплотненных проволок. Для передвижного оборудования следует выбирать кабели с жилами круглой скрутки повышенной гибкости.

Как шестигранная форма жилы влияет на токовую нагрузку кабеля?

Прямого увеличения допустимого длительного тока в нормативных таблицах (ПУЭ, IEC 60287) для шестигранной жилы не предусмотрено. Токовая нагрузка определяется, в первую очередь, сечением и материалом жилы. Однако улучшенный теплоотвод за счет плотной структуры может давать небольшой положительный эффект в реальных условиях. Основное влияние — возможность разместить большее сечение в том же диаметре изоляции или уменьшить тепловое сопротивление изоляции за счет меньшего диаметра, что косвенно может позволить увеличить нагрузку.

Существует ли разница в монтаже и оконцевании кабелей с шестигранной жилой?

Да, разница есть, и ее необходимо учитывать. При разделке кабеля и установке наконечников важно правильно подготовить жилу. Сильное компактирование может затруднить раскручивание и разводку проволок для вставки в хвостовик наконечника. Часто требуется использование специального инструмента для аккуратного раскручивания концов. Наконечники должны быть рассчитаны на соответствующее сечение и тип жилы (уплотненная). Неправильный монтаж может привести к плохому электрическому контакту и локальному перегреву.

Как визуально отличить шестигранную жилу от круглой в готовом кабеле?

В готовом кабеле среднего и высокого напряжения с изоляцией и экраном визуально это сделать невозможно. Форма жилы определяется по маркировке на барабане и в сопроводительной документации (сертификате, паспорте). В технических условиях или обозначении кабеля может присутствовать указание на тип жилы (например, «ож» — однопроволочная, «мн» — многопроволочная, «уп» — уплотненная). При разделке кабеля уплотненная жила будет иметь характерную форму, близкую к шестиугольнику, с гладкой, ровной поверхностью без выраженных межпроволочных промежутков.

Является ли шестигранная жила обязательной для кабелей 35 кВ и выше?

Да, для кабелей на напряжение 35 кВ и выше, особенно с изоляцией из сшитого полиэтилена, использование сформированных (шестигранных или сегментных) жил является обязательным требованием современных стандартов (ГОСТ Р 53769, IEC 60840). Это продиктовано необходимостью обеспечения абсолютно однородного электрического поля на границе «жила-полупроводящий экран» для исключения частичных разрядов, которые при таких уровнях напряжения быстро приводят к пробою изоляции.