Токопроводящие жилы

Токопроводящие жилы это основной элемент конструкции силового кабеля, предназначенный для прохождения электрического тока. Кабели имеют основные и вспомогательные жилы. К основным, т.е. предназначенным для выполнения основной функции кабельного изделия, относятся фазные токопроводящие жилы и нулевые жилы, к вспомогательным – жилы заземления.

Фазные жилы используются для передачи электрической энергии от источника к электроприемнику.

Нулевые жилы – предназначены для присоединения к нейтрали источника и прохождения разности токов фаз при неравномерной нагрузке по фазам. Нулевые жилы выполняют функцию нулевого рабочего проводника (N).

Жилы заземления – предназначены для соединения не находящихся под рабочим напряжением металлических частей электротехнического устройства, к которому подключен кабель, с контуром защитного заземления, с целью повышения уровня электробезопасности. Жилы заземления выполняют функцию нулевого защитного проводника (РЕ).

Нулевые жилы и жилы заземления могут изготавливаться меньшего сечения, чем фазные.

Таблица – Номинальные сечения жил многожильных кабелей с пластмассовой изоляцией (ГОСТ 31996-2012).

Токопроводящие жилы силовых кабелей изготавливают обычно из алюминия или меди, однопроволочными или многопроволочными, в соответствии с ГОСТ 22483-2012 [скачать/просмотреть]. По форме сечения жилы выполняют круглыми или фасонными (обычно секторными или сегментными, бывают также прямоугольные).

а	б	в

Рисунок. Сечение жил кабелей: а – круглого сечения; б – сегментное сечение; в – секторное сечение.

Для кабелей с бумажной (ГОСТ 18410-73 [скачать/просмотреть]) и пластмассовой (ГОСТ 31996-2012 [скачать/просмотреть], ГОСТ 16442-80 [скачать/просмотреть]) изоляцией круглая форма жил применяется у одножильных кабелей всех сечений, у многожильных кабелей сечением до 16 мм² включительно, а также у многожильных кабелей всех сечений, имеющих отдельные оболочки. Токопроводящие жилы многожильных кабелей с поясной бумажной или пластмассовой изоляцией сечением 25мм²и более изготавливаются секторной или сегментной формы.

Кабели с резиновой изоляцией изготавливаются только с круглой формой жил (ГОСТ 433-73 [скачать/просмотреть]).

Таблица – Область применения различных форм токопроводящих жил силовых кабелей до 1 кВ

От материала и конструкции жил кабеля зависят его многие важные характеристики. Медные токопроводящие жилы кабеля обладают меньшим электрическим сопротивлением, чем алюминиевые, следовательно, потери мощности в таких кабелях (при одинаковом сечении и значении тока) будут ниже, а пропускная способность по току выше (при одинаковом сечении). Кроме того, медные жилы обладают лучшими механическими свойствами по сравнению с алюминиевыми, тоже можно сказать и о многопроволочных жилах в сравнении с однопроволочными. Такие жилы (медные и многопроволочные) лучше воспринимают изгибающие и растягивающие усилия, воздействующие на кабель в процессе эксплуатации. Однако кабель с медными жилами дороже и имеет бόльшую массу, чем кабель с алюминиевыми жилами.

Таблица – Сравнение характеристик силовых кабелей с медными и алюминиевыми жилами*

* - характеристики кабелей взяты из каталога ЗАО «Завод «Южкабель»;+

** - цены указаны ориентировочно по данным интернет-источников 2016 года.

Изоляция

Изоляция кабеля обеспечивает необходимую электрическую прочность токопроводящих жил по отношению друг к другу и к заземленной оболочке (земле). В кабелях применяется чаще всего бумажная, пластмассовая и резиновая изоляция.

Изоляция, наложенная на жилу кабеля, называется изоляцией жилы (иногда называют фазной изоляцией). Изоляция, наложенная поверх изолированных скрученных или параллельно уложенных жил многожильного кабеля, называется поясной.

Рисунок. Кабель марки АПвВГ с изоляцией жил из вулканизированного полиэтилена и поясной изоляцией из ПВХ пластиката: 1 – токопроводящая жила; 2 – изоляция жилы; 3 – поясная изоляция; 4 – наружная оболочка.

От типа изоляции кабеля зависят его многие эксплуатационные характеристики. Например, бумажная пропитанная изоляция имеет высокие изолирующие свойства, но уже при температуре ниже нуля теряет свою эластичность, становится хрупкой и может легко повредится при монтаже кабеля. Кроме того, у кабелей с бумажной изоляцией есть ограничения по разнице уровней на трассе прокладки, это связано с возможным стеканием пропиточного состава и осушением участков изоляции. Изоляция выполненная из сшитого полиэтилена обладает высокой стойкостью к тепловым нагрузкам, поэтому кабели с такой изоляцией имеют более высокую пропускную способность по току. Резиновая изоляция обладает хорошей эластичностью, поэтому она обычно применяется в гибких кабелях, для питания передвижных механизмов и переносного электроинструмента.

Таблица – Сравнение характеристик силовых кабелей с различными типами изоляции

Оболочка

Кабельная оболочка – непрерывная металлическая или неметаллическая трубка, расположенная поверх сердечника (сердечник - совокупность изолированных жил, возможно, с поясной изоляцией и экраном) и предназначенная для защиты его от влаги и других внешних воздействий (кислот, газов и т. п.). Чаще всего у силовых кабелей оболочка изготавливается алюминиевой, свинцовой, пластмассовой или резиновой. Алюминиевая и свинцовая оболочки (ГОСТ 24641-81 [скачать/просмотреть]) встречаются чаще всего у кабелей с бумажной изоляцией (ГОСТ 18410-73 [скачать/просмотреть]), пластмассовые оболочки – у кабелей с пластмассовой изоляцией (ГОСТ 31996-2012 [скачать/просмотреть]), резиновые оболочки – у кабелей с резиновой изоляцией (ГОСТ 433-73 [скачать/просмотреть]).

Рисунок. Кабель марки ААШв алюминиевой оболочкой: 1 – токопроводящая жила; 2 – изоляция жилы; 3 – поясная изоляция; 4 –оболочка; 5 – защитный покров.

Алюминиевую оболочку силовых кабелей на напряжение до 1 кВ допускается использовать в качестве нулевой жилы в четырехпроводных сетях переменного тока с глухозаземленной нейтралью (за исключением установок со взрывоопасной средой и установок, в которых ток в нулевом проводе при нормальных условиях составляет более 75 % тока в фазной жиле). Свинцовые оболочки бронированных кабелей проложенных в земле используют в качестве естественных заземлителей. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.+

Алюминиевая оболочка по сравнению со свинцовой имеет более высокую допустимую механическую нагрузку, вибростойкость, однако более подвержена разрушению от коррозии.

Экраны

Экраны применяют в кабелях напряжением выше 1 кВ для защиты внешних цепей от влияния электромагнитных полей токов, проходящих по кабелю, и для обеспечения симметрии электрического поля вокруг жил кабеля. Чаще всего экраны выполняют из медных лент и медной проволоки.

Рисунок. Одножильный кабель марки АПвЭАкП с экраном из медных проволок и медной ленты: 1 – токопроводящая жила; 2 – полупроводящий слой; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой; 5 – слой кабельной обмотки; 6 – экран; 7 – слой кабельной обмотки; 8 – подушка; 9 – броня; 10 – наружная оболочка.

У одножильных кабелей экран накладывают поверх изоляции жил, а у многожильных кабелей общий экран – поверх всех изолированных жил кабеля или свой экран – поверх каждой изолированной жилы в отдельности.

Рисунок. Кабель марки ПвЭоВ с общим медным экраном поверх всех жил: 1 – токопроводящая жила; 2 – полупроводящий слой; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой; 5 – заполнитель; 6 – слой кабельной обмотки; 7 – экран; 8 – слой кабельной обмотки; 9 – наружная оболочка.

Рисунок. Кабель марки АПвЭП с экраном поверх каждой жилы в отдельности: 1 – токопроводящая жила; 2 – полупроводящий слой; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой; 5 – слой кабельной обмотки; 6 – экран; 7 – заполнитель; 8 – наружная оболочка.
Заполнители

Заполнители необходимы для устранения свободных промежутков между конструктивными элементами кабеля с целью герметизации, придания необходимой формы и механической устойчивости конструкции кабеля. В качестве заполнителей применяют жгуты из бумажных лент или кабельной пряжи, из пластмассы или резины.

Рисунок. Кабель марки ПвЭоП с междужильным заполнителем из полиэтиленовых жгутов: 1 – токопроводящая жила; 2 – полупроводящий слой; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой; 5 – заполнитель; 6 – слой кабельной обмотки; 7 – экран; 8 – слой кабельной обмотки; 9 – наружная оболочка.

Защитные покровы

Защитный кабельный покров – элемент, наложенный на изоляцию, оболочку или экран кабельного изделия и предназначенный для дополнительной защиты от внешних воздействий (коррозии, механических повреждений и т.п.).

К защитным покровам относятся следующие элементы конструкции кабеля: кабельная броня, кабельная подушка, наружный кабельный покров.

Подушка – внутренняя часть защитного покрова, наложенная под броней с целью предохранения находящегося под ней элемента (например, оболочки) от коррозии и механических повреждений лентами или проволоками брони. Подушка выполняется из слоев пропитанной кабельной пряжи, поливинилхлоридных, полиамидных и других равноценных лент, крепированной бумаги, битумного состава или битума.

Броня представляет собой часть защитного покрова (или защитный покров вцелом) в виде металлических лент или одного или нескольких повивов металлической проволоки. Она предназначена для защиты от внешних механических и электрических воздействий. Броня чаще всего изготавливается стальной, но применяют также и алюминиевую броню.

Рисунок. Кабель марки ПвЭБП с броней из двух стальных оцинкованных лент: 1 – токопроводящая жила; 2 – полупроводящий слой; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой; 5 – слой кабельной обмотки; 6 – экран; 7 – подушка; 8 – броня; 9 – наружная оболочка.

Рисунок. Кабель марки ПвЭАкП с броней из алюминиевой проволоки: 1 – токопроводящая жила; 2 – полупроводящий слой; 3 – изоляция; 4 – полупроводящий слой; 5 – слой кабельной обмотки; 6 – экран; 7 – слой кабельной обмотки; 8 – подушка; 8 – броня; 10 – наружная оболочка.

Броня из плоских металлических лент защищает кабели только от механических повреждений. Броня из металлических проволок помимо этого воспринимает также и растягивающие усилия. Эти усилия возникают в кабелях: при их вертикальной прокладке на большую высоту или при прокладке по крутонаклонным трассам, при прокладке кабелей в насыпных, болотистых и пучинистых грунтах, а также в воде.

Наружный кабельный покров является внешней частью защитного кабельного покрова, который накладывается поверх брони для защиты её от коррозии и механических воздействий. Наружный покров изготавливают: из битума; из слоя кабельной или стеклянной пряжи, пропитанной битумным составом; а также из ПВХ пластиката или полиэтилена.

В некоторых конструкциях кабелей в качестве защитного покрова или его наружной части используется защитный шланг, который представляет собой выпрессованную трубку из пластмассы или резины, расположенную поверх металлической оболочки или брони кабельного изделия.

Рисунок. Кабель марки АВБбШв с защитным шлангом из ПВХ пластиката: 1 – токопроводящая жила; 2 – изоляция жилы; 3 – поясная изоляция; 4 – броня; 5 – слой битума; 6 – защитный шланг.