Будова силових кабелів

МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ I НАУКИ УКРАЇНИ

РАДIОЕЛЕКТРОНIКИ

Кафедра РЕС

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

з дисципліни

“СИСтеми зв'язку“

Виконав: Перевірив:

ст. гр. ТЗТ доц. каф.

Харків 2010

Електричні вироби, які служать для передачі електроенергії й електричних сигналів інформації або для виготовлення обмоток електричних пристроїв, утворюють велику групу кабельних виробів. Залежно від конструктивних особливостей кабельні вироби розділяють на електричні проводи, шнури й кабелі.

Провід - це металевий провідник, що складається з однієї або декількох скручених дротів або однієї й більше ізольованих жил, поверх яких (залежно від умов прокладки й експлуатації) може бути легка неметалічна оболонка, обмотка й (або) опльотка з волокнистих матеріалів або дроту, і не призначений, як правило, для прокладки в землі. Застосовують неізольовані й ізольовані проводи. Останні підрозділяють на обмотувальні для виготовлення обмоток електротехнічних пристроїв, настановні для електричних розподільних мереж низької напруги, а також вивідні, монтажні, запалювання, термоелектронні, опору й стрічкові.

Шнур - являє собою провід з ізольованими жилами підвищеної гнучкості, який служить для з'єднання з рухливими пристроями. По призначенню й конструкції шнур близький до ізольованого проводу.

Кабель - це один або кілька ізольованих провідників (струмопровідних жил), ув'язнених у металеву, або неметалічну оболонку, поверх якої (залежно від умов прокладки й експлуатації) є захисний покрив. Залежно від призначення розрізняють наступні види кабелів: силові - для передачі електричної енергії струмами промислових частот; радіочастотні - для передачі електромагнітної енергії на радіочастотах; зв'язку - для передачі сигналів інформації струмами різних частот; керування - для ланцюгів дистанційного керування, релейного захисту й автоматики; контрольні - для ланцюгів контролю й виміру; сигнально-блокувальні - для ланцюгів сигналізації й блокування, а також геодезичні, гідроакустичні, термопарні й нагрівальні.

Залежно від конструктивних особливостей розрізняють кабелі для стаціонарної й нестаціонарної прокладки. Перші кабелі призначені для передачі й розподілу електричної енергії в стаціонарних установках, другі - для приєднання пересувних машин, механізмів й устаткування до електричних мереж і пересувних джерел електричної енергії. Ми розглянемо силові кабелі для стаціонарної прокладки й наведемо деякі відомості про контрольні кабелі.

Марки кабелів. Перерізи жил кабелів

Кабельні вироби, у тому числі й кабелі, розрізняють по марках. Марка кабельного виробу - це його умовне буквено-цифрове позначення, що вказує призначення й основні конструктивні ознаки, тобто тип кабельного виробу, а також додаткові ознаки (матеріал оболонки, рід захисного покриву й ін.).

Позначення марки кабелю складається з послідовно розташованих букв російського алфавіту, що означають матеріал жили, ізоляції, оболонки й тип захисного покриву. Залежно від положення в марці кабелю та сама буква може мати різні значення. Тому важливо дотримуватися певного порядку проходження букв одна за інший, позначаючи конструктивні елементи кабелю від жили до зовнішніх покривів.

Алюмінієві жили позначають буквою А. Жили, виконані з міді, літерних позначень не мають. При однодротових жилах наприкінці марки приводять дві малі літери, узяті в дужки (ож). Паперова просочена ізоляція літерних позначень не має. Обіднено-пропитану паперову ізоляцію позначають буквою В у кінці марки через дефіс, а паперову ізоляцію, просочену нестікаючим складом, - буквою Ц, розташовуваної у вигляді виключення поперед позначення матеріалу жили. Ізоляцію з полівінілхлориду, поліетилену, гуми позначають відповідно буквами В, П, Р. Якщо для ізоляції використаний самозагасаючий, вулканизуючий або вулканизуючий самозагасаючий поліетилен, то до прописної букви П додають відповідні малі літери (наприклад, Пс, Пв або Пвс). Ізоляцію з гуми підвищеної теплостійкості позначають буквами Рт.

Матеріал і конструктивні особливості оболонки кабелю позначають наступними буквами: А - гладка алюмінієва, Аг - гофрована алюмінієва, Ст - гофрована сталева, С - свинцева, В - полівінілхлоридна, П - поліетиленова, Н - гумова, що не поширює горіння. У позначенні трьохжильних кабелів, ізольовані жили яких мають металеву оболонку, перед буквою, що вказує матеріал оболонки, вводиться буква О.

У марку кабелю, що не має захисного покриву поверх металевої, пластмасової або гумової оболонки, добавляється буква Г, що слідує після позначення матеріалу оболонки.

Конструкцію елементів захисного покриву кабелю позначають у такому порядку: кабельні броня, подушка, зовнішній покрив. Виконання кабельної броні позначають буквами: Б - із двох сталевих стрічок, П - із плоских сталевих оцинкованих дротів, К - із круглих сталевих оцинкованих дротів, Ббг - з однієї профільованої оцинкованої стрічки, накладеної «у замок». Відсутність поверх броні зовнішніх кабельних покривів указується буквою Г після позначення виконання броні.

Виконання кабельної подушки маркірують у такий спосіб: без позначення - нормального виконання, буквами б - без подушки, л - посилена з одним шаром пластмасових стрічок (2л - особливо посилена із двома шарами пластмасових стрічок), п - з випресованим поліетиленовим шлангом, в - з випресованим полівінілхлоридним шлангом.

Виконання зовнішнього кабельного покриву маркірують так: без позначення - нормальний, н - зі скляної пряжі або штапелірованого волокна, просочений негорючим складом, Шп - з випресованого поліетиленового шланга, Шв - з випресованого полівінілхлоридного шланга.

Контрольний кабель позначають буквою К, що ставлять перед маркою при мідних жилах і після букви А при алюмінієвих, а кабель у тропічному виконанні - буквою Т, що ставлять наприкінці марки через дефіс.

Користуючись наведеними позначеннями конструктивних елементів, можна скласти марки всіх виготовлених кабелів. Однак марка не дає повної характеристики кабелю, тому в його умовну позначку включають також номінальну напругу, перетин і число жил, номер ДСТ або ТУ.

Номінальна напруга кабелів з алюмінієвими й мідними жилами, із просоченою паперовою, пластмасовою або гумовою ізоляцією, у металевій, пластмасовій або гумовій оболонці, із захисними покривами або без них, призначених для передачі й розподілу електричної енергії в стаціонарних установках на номінальну змінну напругу до 35 кВ для мереж з ізольованої нейтраллю (кабелі можуть бути використані в мережах змінної напруги із заземленої нейтраллю й у мережах постійної напруги), вибирається відповідно до ДСТ 24183-80 з ряду: 0,66; 1; 3; 6; 10; 20; 35 кВ (напруга 20 кВ - не рекомендуюча). Максимальні значення номінальних змінних напруг виготовлених кабелів наступні: з паперовою просоченою ізоляцією, з паперовою ізоляцією, просоченої нестікаючим складом, із пластмасовою ізоляцією - 35 кВ, з гумовою ізоляцією - 0,66 кВ.

Номінальний перетин струмопровідних жил вибирається відповідно до ДСТ 24183-80 з ряду: 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000 мм². Перетин жил багатожильних кабелів - не більше 300 мм².

Номінальна напруга, перетин, число й матеріал струмопровідних жил, тип захисного покриву вказують у ДСТ або ТУ.

Таким чином, в умовну позначку кабелю входять: марка з додаванням цифр, що послідовно вказують число основних ізольованих жил, їхній перетин (через знак множення), номінальна напруга (через тире) і ДСТ або ТУ на певну марку кабелю. Число й перетин жил у кабелів з нульовою або заземлюючою жилою позначається сумою: перший доданок представляє число й перетин основних жил, а другий доданок - число й перетин нульової або заземлюючої жили.

Приведемо приклади умовної позначки кабелів: ААШВ 3х120 (ож) - 10 ДСТ 18410-73 - з алюмінієвими жилами, з паперовою просоченою ізоляцією, в алюмінієвій оболонці, із захисними покривами Шв, із трьома однодротовими жилами номінальним перетином 120 мм², на напругу 10 кВ; ПВГ 3х16+1х10-1 ДСТ 16442-80 - з мідними жилами, з ізоляцією з поліетилену, в оболонці з полівінілхлоридного пластикату, без захисного покриву, із трьома основними жилами номінальним перетином 16 мм² й однією нульовою жилою номінальним перетином 10 мм², на напругу 1 кВ.

Будова силових кабелів

Силові кабелі складаються зі струмопровідних жил, ізоляції й захисних елементів (рис. 1, а, б).

Рис. 1. Силовий трьохжильний кабель із паперовою просоченою ізоляцією: а - загальний вид, б - перетин; 1 - захисний кабельний покрив, 2 - кабельна оболонка, 3 - поясна ізоляція, 4 - ізоляція жили, 5 - струмопровідна жила, 6 - заповнювач

Струмопровідні жили характеризуються матеріалом, перетином і формою. При виборі матеріалів для виготовлення жив висувають певні вимоги, найважливішими з яких є можливо малий питомий опір, достатні механічна міцність і пластичність, стійкість проти корозії. Найбільше повно цим вимогам задовольняє мідь, що володіє високими електричними, тепловими й технологічними характеристиками, але яка є дефіцитним матеріалом. Тому найчастіше струмопровідні жили виконують із алюмінію. До недоліків алюмінію відносять більш високий (у порівнянні з міддю) питомий опір, меншу пластичність і недостатню стійкість проти корозії.

Струмопровідні жили залежно від призначення виготовляють однодротовими й юагатодротовими, що складаються із двох і більше скручених дротів круглої й фасонної форми. Якщо поперечний переріз жили або її поверхня, обмежена контуром, описаним біля поперечного переріза, має форму, відмінну від кола, таку жилу називають фасонною. Вона може мати форму сектора або сегмента із закругленими кутами або овальною формою.

Для забезпечення необхідної електричної міцності по відношенню друг до друга й заземленої оболонки (землі) жили кабелів ізолюють. Залежно від виконуваної функції ізольовані жили розділяють на основні й допоміжні (заземлення й контрольні). Жили заземлення служать для з'єднання металевих частин (не перебувають під робочою напругою) електротехнічного пристрою, до якого підключений кабель, з контуром захисного заземлення, а контрольні жили - для ланцюгів контролю й сигналізації.

Ізоляцію виготовляють із матеріалів, що є гарними діелектриками. Ізоляція жили буває суцільна, двошарова або багатошарова відповідно у вигляді суцільного шару діелектрика (пластмаси, гуми), із двох шарів однорідних або різнорідних діелектриків, зі стрічок кабельного паперу. Поверх скручених (або нескручених) ізольованих жил може бути нанесена поясна ізоляція, що дозволяє при тій же електричній міцності кабелю зменшити його діаметр.

Гумова ізоляція має достатню гнучкість і практично негігроскопічна, однак піддана швидкому старінню під впливом світла й кисню, має низьку припустиму робочу температуру, що обмежує широке використання кабелів із цим видом ізоляції.

Пластмасова ізоляція знаходить все більше застосування. Розрізняють пластмасову ізоляцію з полівінілхлоридного пластикату, поліетилену і його спеціальних композицій.

Полівінілхлоридний пластикат являє собою суміш полівінілхлориду (смола, одержувана полімеризацією хлористого вінілу) із пластифікаторами, стабілізаторами, наповнювачами й іншими компонентами, що поліпшують його фізико-механічні властивості. Залежно від процентного вмісту компонентів одержують ізоляційний, шланговий й ізоляційно-шланговий полівінілхлоридний пластикат. Полівінілхлоридна ізоляція не поширює горіння, має стійкість до теплового старіння, дії води, лугів, розведених кислот й інших хімічно активних речовин, а також масел і бензину, має високі діелектричні характеристики у всьому діапазоні робочих температур.

Поліетилен являє собою високомолекулярне з'єднання лінійної будови, одержуване полімеризацією етилену. Поліетилен стійкий до дії кислот, лугів, масел, розчинів солей, але під дією сонячних променів і кисню повітря піддається старінню. У присутності деяких хімічних речовин, а також при тривалому згинанні й розтяганні поліетилен розтріскується. Істотним недоліком поліетилену є здатність до поширення горіння.

При додаванні деяких речовин одержують спеціальні композиції поліетилену: самозагасаючий, вулканізуючий, вулканізуючий самозагасаючий. Самозагасаючий поліетилен не поширює горіння, вулканізуючий має високі термомеханічні й електричні характеристики, стійкістю до розтріскування, при цьому його влаго-, бензо- і маслостійкість не змінюються в порівнянні зі звичайним поліетиленом. Вулканізуючий самозагасаючий поліетилен має властивості вулканізуючого поліетилену й не поширює горіння.

Просочена паперова ізоляція - це багатошарова ізоляція зі стрічок кабельного паперу й ізоляційного просочувального складу. Вона має високі діелектричні властивості, має тривалий термін служби й може використатися при високих робочих температурах. Просочена паперова ізоляція, вільна частина просоченого складу якої частково або повністю вилучена, називається обіднено-пропитаною ізоляцією. Паперова ізоляція може бути просочена також нестікаючим складом, що при довгостроково припустимих для кабелю робочих температурах не переміщається.

Ізольовані жили багатожильних кабелів скручують, заповнюючи проміжки між жилами елементами, називаними заповнювачами, джгутами з паперових стрічок або кабельної пряжі, нитками з гуми або пластмаси відповідно матеріалу ізоляції.

Сукупність ізольованих жил утворить кабельний сердечник. Для захисту сердечника від зовнішніх впливів застосовують захисні елементи: кабельні екрани, оболонки й захисні покриви.

Кабельний екран служить для захисту зовнішніх ланцюгів від впливу електромагнітних полів струмів, що проходять по кабелю, і забезпечення симетрії електричного поля. У кабелях на напругу 6 й 10 кВ із пластмасовою й паперовою ізоляцією електропроводящий екран накладають поверх поясної ізоляції, у кабелях на напругу 10-35 кВ із пластмасовою ізоляцією й на напругу 20 й 35 кВ із паперовою ізоляцією поверх струмопровідних жил й ізоляції. Для екранів по струмопровідній жилі й ізоляції в кабелях з паперовою ізоляцією застосовують кабельний напівпровідний папір (ущільнений папір із включенням у композицію сажі), металізований напівпровідний папір, поверх якої накладена алюмінієва або мідна фольга, кабельний або напівпровідний папір, склеєний зі звичайною або перфорованою алюмінієвою фольгою. Для екранів по струмопровідній жилі й ізоляції в кабелях із пластмасовою ізоляцією на напругу 10 кВ і вище використають напівпровідні композиції, що відповідають матеріалу ізоляції.

У кабелях із пластмасовою ізоляцією й оболонкою поверх електропроводящего екрана накладають екран з мідних або алюмінієвих стрічок.

Кабельна оболонка призначена для захисту кабелю від вологи й інших зовнішніх впливів. Найпоширеніші металеві (свинцеві, алюмінієві, сталеві), гумові й пластмасові (полівінілхлоридні, поліетиленові) оболонки. Металеві й гумові оболонки абсолютно герметичні й не пропускають вологу, у пластмасові оболонки за певних умов волога може проникнути. Якщо ізоляція виконана з легко, що воложиться матеріалу (наприклад, паперу), застосовують металеві оболонки. Для кабелів з гумовою й пластмасовою ізоляцією використають оболонки зі шлангового полівінілхлоридного пластикату або поліетилену. Гумову оболонку виготовляють для кабелів з гумовою ізоляцією. В окремих конструкціях кабелів із пластмасовою й гумовою ізоляцією застосовують металеві оболонки.

Свинцеві оболонки мають достатню гнучкість і високу стійкість проти корозії, але недостатню механічну міцність. При впливі незначної вібрації, особливо при високих температурах, свинцеві оболонки руйнуються.

Алюмінієві оболонки мають високу механічну міцність. Достатня провідність алюмінію за певних умов забезпечує використання оболонки трьохжильного кабелю і якості нейтрали в чотирьохпровідної електричної мережі, а також екрана. Однак алюмінієві оболонки не мають достатню гнучкість, тому в окремих конструкціях кабелів їх гофрують. Через слабку корозійну стійкість алюмінію доводиться застосовувати поверх оболонок водонепроникні захисні кабельні покриви зі шлангового полівінілхлоридного пластикату або поліетилену.

Сталеві оболонки менш дефіцитні, чим оболонки з кольорових металів. Висока механічна міцність не вимагає застосування в конструкціях кабелю бронепокровів зі сталевих стрічок або дротів. Обов'язковими конструктивними елементами кабелів цього типу є гофрирування оболонок й їхнє покриття полівінілхлоридними або поліетиленовими шлангами.

В окремих конструкціях трьохжильних кабелів з паперовою просоченою ізоляцією (рис. 2) кожну жилу покривають металевою оболонкою (свинцевою або алюмінієвою), що порозумівається наступної. Електричне поле змінної напруги в ізоляції трехжильного кабелю з поясною ізоляцією (рис. 3, а) створює більшу напруженість, що діє уздовж шарів кабельного паперу. Електрична міцність ізоляції уздовж шарів паперу в кілька разів нижче, ніж у напрямку, перпендикулярному шарам. Зниженню електричної міцності також сприяє наявності пористого заповнювача між ізольованими жилами, у якому неминуче утворяться порожнечі й відбувається стогін ізоляційного просочувального складу.

Електричне поле змінної напруги в ізоляції кабелю з окремими металевими оболонками (рис. 3, б) на кожній із трьох жил діє поперек шарів кабельного паперу й не поширюється за межі оболонок. Тому така конструкція кабелю надійніше, особливо при напрузі 20 й 35 кВ, де застосування кабелів з поясною ізоляцією не передбачено діючими стандартами й технічними умовами.

Захисний кабельний покрив служить для додаткового захисту від зовнішніх впливів і складається з кабельної броні, подушки й зовнішнього покриву. Залежно від умов роботи й матеріалу оболонки один або два з перерахованих елементів у конструкції кабелю може бути відсутнім.

Кабельна броня - це частина захисного покриву (або захисний покрив) з металевих стрічок або одного або декількох повівов металевих дротів, призначена для захисту від зовнішніх механічних й електричних впливів, а в деяких випадках для сприйняття розтяжних зусиль (броня із дротів).

Рис. 2. Силовий трьохжильний кабель із паперовою просоченою ізоляцією з окремими металевими оболонками на кожній жилі: 1 - струмопровідна жила, 2 - ізоляція жили, 3 - оболонка, 4 - екран по струмопровідній жилі, 5 - екран по ізоляції жили, 6 - кабельна броня, 7 - зовнішній кабельний покрив, 8 - заповнювач

Рис. 3. Електричне поле змінної напруги в ізоляції силового трьохжильного кабелю: а - з поясною ізоляцією, б - з окремими металевими оболонками на кожній жилі

Кабельна подушка - це внутрішня частина захисного покриву, накладена під бронею з метою запобігання, що перебуває під нею елемента (наприклад, оболонки) від корозії й механічних ушкоджень стрічками або дротами броні. Основними матеріалами при виготовленні подушок є крепірований папір, пластмасові стрічки (нитки) і бітумні склади.

Зовнішній кабельний покрив - це зовнішня частина захисного кабельного покриву, накладена поверх броні й призначена для захисту її від корозії й механічних впливів. Він може бути виготовлений з волокнистих матеріалів, просочених спеціальними захисними або негорючими складами, або захисного шланга випресованого із пластмаси або гуми.