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).

Тип жилы Номинальное сечение жилы, мм2
однопроволочная
многопроволочная

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).

Токопроводящие жилы - №1 - открытая онлайн библиотека Токопроводящие жилы - №2 - открытая онлайн библиотека Токопроводящие жилы - №3 - открытая онлайн библиотека
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

Изоляция кабеля Тип жилы Номинальное сечение жилы, мм2
круглой формы фасонной формы
медной алюминиевой медной алюминиевой
бумажная однопроволочная 6-50 6-240 25-50 25-240
многопроволочная 25-800 70-800 25-400 70-240
пластмассовая однопроволочная 1,5-50 2,5-300 - 25-400
многопроволочная 16-1000 25-1000 25-400
резиновая однопроволочная 1-50 2,5-240 -
многопроволочная 16-240 70-400 -

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*

Параметр Материал жил
медь алюминий
Сопротивление жилы сечением 150 мм2при t = 20°С, Ом/км 0,124 0,206
Допустимая токовая нагрузка кабеля сечением 150 мм2 при прокладке в земле
Масса трехжильного кабеля СБ/АСБ сечением 150 мм2, кг/км
Стоимость трехжильного кабеля СБ/АСБ сечением 150 мм2, руб/м** 1336,5 668,25

* - 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.

Токопроводящие жилы - №4 - открытая онлайн библиотека

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

Параметр Материал изоляции
пропитанная бумага резина ПВХ пластикат полиэтилен вулканизированный полиэтилен
Длительно допустимая температура нагрева жил, °С
Длительно допустимые токовые нагрузки при прокладке в воздухе, %
Минимальная температура при прокладке без предварительного прогрева, °С -15 -15 -15 -15
Сопротивление изоляции кабеля на напряжение 1 кВ при температуре 20 °С, не менее МОм-км

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]).

Токопроводящие жилы - №5 - открытая онлайн библиотека

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.

Токопроводящие жилы - №6 - открытая онлайн библиотека

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.

Токопроводящие жилы - №7 - открытая онлайн библиотека

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.

Токопроводящие жилы - №8 - открытая онлайн библиотека

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.

Токопроводящие жилы - №9 - открытая онлайн библиотека

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.

Токопроводящие жилы - №10 - открытая онлайн библиотека

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.

Токопроводящие жилы - №11 - открытая онлайн библиотека

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.

Токопроводящие жилы - №12 - открытая онлайн библиотека

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.