Кабель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Оптический кабель»)
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электрокабель 3×2.5 мм2 с медными жилами
150 1 CFBRAID (Small).JPG

Ка́бель (вероятно, через нем. Kabel или нидерл. kabel из фр. câble, от лат. сарulum — аркан) — конструкция из одного или нескольких изолированных друг от друга проводников (жил), или оптических волокон, заключённых в оболочку. Кроме жил и изоляции кабель может содержать экран, сердечник, заполнитель, стальную или проволочную броню, металлическую оболочку, внешнюю оболочку. Каждый конструктивный элемент нужен для работоспособности кабеля в определённых условиях среды. Также конструктивные элементы кабеля отличают его от провода.[источник не указан 1629 дней]

Существуют также кабели, совмещающие в себе функции передачи и излучения радиосигналов (излучающий кабель), либо преобразования электрической энергии в тепло на большой протяжённости (греющий кабель).

В 1878 году инженер-технолог М. М. Подобедов организовал в России на Васильевском острове Санкт-Петербурга первые кустарные мастерские для выработки проводников с шёлковой и хлопчатобумажной изоляцией, на которых работало несколько человек. Там же им было создано небольшое предприятие «Русское производство изолированных проводников электричества Подобедовых, Лебурде и Ко», преобразованное в 1888 году в завод «Русское производство проводов электричества» М. М. Подобедова. 25 октября 1879 года Вернеру фон Сименсу (фирма «Сименс и Гальске») было выдано свидетельство на производство работ в построенном им заводе по изготовлению изолированной проволоки и телеграфных проводов в Васильевской части Санкт-Петербурга (впоследствии завод «Севкабель»)[1].

Классификация кабелей[править | править код]

Телефонный кабель пучковой скрутки
Оптический кабель

Группы однородной кабельной продукции включают кабели:

  • кабели силовые для стационарной прокладки на напряжение до 35 кВ включительно;
  • кабели силовые для стационарной прокладки на напряжение 110 кВ и выше;
  • кабели силовые для нестационарной прокладки;
  • кабели связи симметричные;
  • кабели связи коаксиальные;
  • кабели связи телефонные;
  • кабели связи телефонные распределительные;
  • кабели радиочастотные;
  • кабели управления;
  • кабели контрольные;
  • кабели оптические;
  • кабели греющие (саморегулируемые, самоограничивающиеся, кабели с постоянной мощностью параллельного типа, кабели последовательного типа с полимерной изоляцией, кабели с минеральной изоляцией);
  • прочие кабельные изделия (судовые, шланговые и т. д.)[2].

Также кабели разделяют по:

  • типу и наличию изоляции;
  • типу и наличию экрана;
  • по количеству жил;
  • по материалу жил;
  • по гибкости:
    • для подвижного соединения;
    • для неподвижного соединения.

Стандарт ISO 11801 2002 детально описывает классификацию кабелей.

Токопроводящие жилы[править | править код]

Телефонный кабель повивной скрутки
Воздушная линия электропередачи переходит в кабельную

Жилы в кабелях изготавливаются из следующих материалов:

Токопроводящие жилы силовых кабелей нормируют по сечению[3]. Внутренний проводник радиочастотных и коаксиальных кабелей связи, жилы симметричных кабелей связи, жилы кабелей для сигнализации и блокировки нормируются по их диаметру[4].

В случаях, когда кабели необходимо герметизировать (например, для судовых кабелей), промежутки между проволоками многопроволочных жил заполняют герметизирующим составом[5].

Диаметр однопроволочных медных жил симметричных высокочастотных, станционных, телефонных (для соединительных и абонентских линий сетей местной телефонной связи) кабелей должен соответствовать ряду: 0,32; 0,4; 0,5; 0,64; 0,7; 0,9; 1,2 мм; для многопроволочных жил — диаметр медных проволок (0,1…0,52) мм, число проволок от 7 до 19[6].

Материал оболочки[править | править код]

Оболочка кабеля предназначена для защиты проводников и изоляторов от внешних воздействий, прежде всего от влаги, которая приводит к нарушению изоляции электрических кабелей, а также помутнению оптических волокон.

Оболочка кабеля может состоять из одного и более герметизирующих и армирующих слоёв, в качестве этих слоёв могут применяться различные материалы: ткань, пластмассы, металл, резина и проч. Кабели для передачи электрических сигналов могут быть снабжены экраном из металлической сетки, листового металла (фольги) или полимерной плёнки с тонким металлическим покрытием.

Поливинилхлоридные (ПВХ) пластикаты[править | править код]

Поливинилхлоридные пластикаты, применяемые в кабельных изделиях, делятся на три основные группы:

  • изоляционные — имеют высокие электрические характеристики;
  • шланговые — применяемые для защиты элементов кабельных изделий;
  • полупроводящие — используемые для изготовления экранов[7].

Твёрдый поливинилхлорид имеет высокое содержание хлора (около 57 %) и воспламеняется с трудом. Один килограмм твёрдого поливинилхлорида выделяет 350 литров газообразного хлороводорода, который при растворении может дать более 2 литров концентрированной (25 %) соляной кислоты.

Для изоляции кабелей применяется мягкий поливинилхлорид или кабельный пластикат. Этот материал содержит 50 % различных добавлений (пластификаторов и др.), которые сильно изменяют горючие свойства полимера. Пластификаторы начинают улетучиваться уже при температуре 200 °C и загораются. Содержание хлора уменьшается примерно до 35 %, и его не хватает, чтобы препятствовать распространению огня. Однако при сильном выделении хлороводорода твёрдый поливинилхлорид, удалённый от очага, не загорается, и пожар гаснет.

Благодаря перепаду температур, тяге, создаваемой в кабельных шахтах, газы, содержащие хлороводород, уносятся от очага пожара, проникают в щитовые и аппаратные помещения и оседают на оборудовании[8].

В начале 1980-х годов требования к пожарной безопасности кабелей сводились в основном к нераспространению горения по длине кабельных изделий, проложенных одиночно или в пучках. Для этого применяли оболочки кабельных изделий, изготовленных из пластикатов марок О-40, ГОСТ 5960-72 (кабели ВВГ, АВВГ)[9]; при испытании пластиката образец длиной 130 мм, шириной 10 мм и толщиной 2 мм вносится в пламя газовой или спиртовой горелки с выдерживанием его в пламени под углом 45° до воспламенения, после этого образец достаётся из пламени и должен потухнуть за время не более 30 секунд[10], и НГП 30-32 (НГП 40-32) (ТУ 1328-86)[11].

Проводились экспериментальные исследования, моделирующие прокладку кабеля в пожароопасном помещении. Кабели АВВГ 3х25+1х16 прокладывались горизонтально на лотках и покрывались слоем опилок. При укладке в три ряда и 14 кабелей в ряду кабельная трасса выгорала полностью по всей длине. При этом были зафиксированы скорости: на нижнем ряду 0,00154 м/с, на среднем 0,00167 м/с, на верхнем 0,00170 м/с[12].

ГОСТ 5960-72 «Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей» был разработан и введён в действие с 1 января 1974 года, имеет 9 изменений. С 1991 года работы по внесению технических изменений в ГОСТ 5960-72 были прекращены. Дальнейшие разработки и модификации существующих марок ПВХ пластикатов оформлялись в виде технических условий[13]. С 1 июля 2010 отменяется действие на территории РФ стандартов ГОСТ 6323-79 «Провода с поливинилхлоридной изоляцией для электрических установок. ТУ» и ГОСТ 16442-80 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. ТУ» и вводятся в действие ГОСТ Р 53768-2010 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение 450/750 В включительно. ОТУ» и ГОСТ Р 53769-2010 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. ОТУ»[14]. С 1 января 2014 отменяется действие на территории РФ стандартов ГОСТ Р 53768-2010 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение 450/750 В включительно. ОТУ» и ГОСТ Р 53769-2010 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. ОТУ» и вводятся в действие ГОСТ 31947-2012 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. ОТУ» и ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. ОТУ»[15].

Пропитанная бумажная изоляция[править | править код]

Кабельная бумага по ГОСТ 23436-83 для изоляции силовых кабелей на напряжение до 35 кВ марок К и КМП изготавливается из небеленой сульфатной целлюлозы, марки КМ — из небелёной сульфатной целлюлозы для многослойной кабельной бумаги. Кабельная бумага по ГОСТ 645-79 для изоляции кабелей на напряжение от 110 до 500 кВ изготавливается из специальной сульфатной небелёной целлюлозы, бумага марок КВМ (многослойная) и КВМС (многослойная стабилизированная) выпускается машинной гладкости, а бумага марки КВМСУ (многослойная стабилизированная уплотнённая) — каландрированной[16].

Полиэтиленовая изоляция[править | править код]

Коаксиальный фидер с полувоздушной изоляцией

Современные кабели производятся с изоляцией из сшитого полиэтилена и используются в сетях различного класса напряжения (до 500 кВ). Применение сшитого полиэтилена обеспечивает высокие диэлектрические свойства изоляции, высокие механические свойства, более высокие по сравнению с бумажно-масляной изоляцией термические режимы, надёжность и долговечность кабелей.

Распространение пожара в Останкинской телебашне в направлении сверху вниз было обусловлено стекающим расплавом полиэтиленовой оболочки фидеров. В лабораторных условиях скорость распространения пламени составляла 0,25-0,50 м/мин; при пожаре на телебашне, из-за высокой объёмной температуры, скорость распространения выросла в 2-4 раза, при этом падающие вниз горевшие капли полиэтилена создавали вторичные очаги пожара.

Из-за высокой температуры в очаге пожара и высокой теплопроводности жил меди огнезащита антенных фидеров оказалась не эффективна. В качестве огнезащиты использовалась краска для полиэтиленовой оболочки фидеров и изоляция поверхности стекловолоконной тканью. Огнезащитная конструкция обвисала и опадала при интенсивном горении полиэтилена изнутри. Кроме активного горения фидеров, имевших горючие внешние полиэтиленовые оболочки, вклад внесло также горение других кабелей, которые не были защищены огнезащитными составами[17].

Маслонаполненный кабель[править | править код]

Маслонаполненный кабель — это кабель с избыточным давлением, создаваемым маслом, входящим в состав бумажной пропитанной изоляции, и предусмотренной компенсацией температурных изменений объёма масла.

Маслонаполненный кабель в трубопроводе — это маслонаполненный кабель с отдельно экранированными жилами, заключёнными в трубопровод, служащий оболочкой[18].

Развитие пожаров в кабельных помещениях с кабелями в маслонаполненных трубах при равных условиях газообмена происходит более интенсивно, чем по кабелям воздушной прокладки. Вызвано это тем, что масло в трубах находится при температуре 35-40 °C под избыточным давлением и при разгерметизации трубы растекается, увеличивая площадь горения[19].

В России выпускались кабели на напряжение 110—500 кВ с необходимой арматурой. С 2005 года сняты с производства, и в настоящее время существующие линии заменяются высоковольтными кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Пожарная безопасность кабелей[править | править код]

Опасность коротких замыканий[править | править код]

Физическая модель загорания в металлическом коробе с крышкой:

  • происходит короткое замыкание в одном из кабелей, выделяется значительное количества тепла, кабель нагревается до температуры 900—1000 °C и загорается;
  • прогреваются близлежащие кабели до температур пиролиза 280—900 °C, это приводит к выделению теплоты и вовлечения в процесс горения близлежащих кабелей по мере их прогрева;
  • выделяющиеся при пиролизе газы разогревают верхнюю крышку короба, и она под действием термических напряжений деформируется и смещается, давая доступ кислороду[20].

Опасность длительных перегрузок[править | править код]

При воздействии тока перегрузки происходит разогрев токопроводящей жилы, изоляции, оболочки кабеля. При достижении предельной температуры начинаются химические реакции термического разложения и газификации материала изоляции и оболочки кабеля. Образующиеся при этом продукты термического разложения нагреваются и смешиваются с воздухом, происходит термическое окисление. При достижении критических значений концентрации продуктов термического разложения в воздухе и температуры газовой смеси происходит воспламенение[21].

Распространение горения кабельными линиями и электропроводками[править | править код]

Многие кабели распространяли горение при групповой или одиночной прокладке, имея оболочки из обычного ПВХ-пластиката (АВВГ, ВВГ, КВВГ и т. п.) или даже из полиэтилена (ТПП)[22]. Кабели ВВГ и НРГ при их количестве в пучке пять или более в большинстве случаев распространяют горение при вертикальном расположении[23].

Низшая теплота сгорания изоляции кабелей, распространяющих горение, составляет от 16,9 до 19,2 МДж/кг, а для НГ и огнестойких от 22,5 до 25,2 и 32 МДж/кг, соответственно[24].

Распространение горения по кабельным линиям и электропроводкам зависит от отношения теплоты сгорания к объёму пучка кабелей и/или проводов (объем включает в себя воздушные зазоры между кабелями и проводами)[25].

Эксплуатация на электростанциях и других энерговооружённых предприятиях кабелей, которые удовлетворяют только требованиям по нераспространению горения для одиночного кабеля, была сопряжена со значительным числом пожаров, приводящих к большому ущербу. В 1984—1986 годах во ВНИИ кабельной промышленности были разработаны кабельные изделия массового применения, которые не распространяют горение при групповой прокладке. Первоначально такие кабели и провода применялись на атомных электростанциях, однако затем эти кабельные изделия были использованы и в других областях промышленности. В обозначения марок кабелей такого типа введён индекс «нг»[26]. Согласно статистике, с 1990 по 2008 год на АЭС горения кабелей типа «нг» не происходило[24].

Выделение токсичных веществ при горении[править | править код]

В химическом составе оболочек кабелей с маркировкой «нг» присутствуют элементы галогенового ряда. Кабель имеет повышенную устойчивость к распространению горения и возгоранию от коротких замыканий. Однако горение его в условиях пожара, когда он сам подвергается воздействию пламени, может привести к повышению уровня токсичности продуктов горения. Поэтому их применение в метрополитенах Западной Европы было запрещено в конце 1970-х годов[27].

Для решения проблем, связанных с выделением и задымлением, был создан класс кабельных материалов, не содержащих галогены, то есть не выделяющих коррозионно-активных газов и имеющих существенно более низкий уровень выделения дыма — так называемых композиций. Безгалогенные кабельные композиции разрабатываются из необходимости увеличения их кислородного индекса до величин порядка 35…40. Это достигается за счет введения в исходный полимер антипиренов-гидроокисей. В промышленных масштабах используются гидроокиси алюминия Al(OH)3 и магния Mg(OH)2 синтетического и природного происхождения. Механизм антипиренного действия гидроокисей заключается в поглощении большого количества тепла за счет выделения воды при повышении температуры. Базовыми полимерами для промышленных безгалогенных композиций являются, в основном, сополимеры этилена: этиленвинилацетат (EVA), этилен-акрилатные полимеры (EMA, EEA, EBA), металлоценовые этилен-октен сополимеры (mULDPE) и этилен-пропиленовые сополимеры (EPR/EPDM)[28].


Испытания огнепреграждающих конструкций в кабельном канале

Устойчивость к нагреву[править | править код]

Нагревостойкость диэлектрика — способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств. Синонимами являются термины: температуростойкость, термостойкость, термическая устойчивость, термостабильность[29].

Огнестойкость — параметр, характеризующий работоспособность кабельного изделия, то есть способность кабельного изделия продолжать выполнять заданные функции при воздействии и после воздействия источником пламени в течение заданного периода времени[30].

Разделка оконцовок кабелей[править | править код]

Оконцовки кабельной продукции, как правило, нуждаются в подготовке перед монтажом. Процесс подготовки кабеля к подключению называют разделкой кабеля. Чаще всего подразумевается удаление изоляции на требуемую длину, монтаж разъемов или кабельных наконечников, маркировка проводов, электро- и гидроизоляция оконцовок.

Опрессовка применяется при оконцевании и соединении алюминиевых (медных) жил кабелей, в основу которой положен принцип местного вдавливания трубчатой части металлического наконечника (по ГОСТ 9581-68 или ГОСТ 7368-70) или соединительной гильзы в жилу кабеля. При этом происходит уплотнение проволок жилы и образуется надёжный электрический контакт. Применяемый инструмент — кримпер. Допускаемой для опрессовки сечение жил кабелей от 4 до 240 мм². Перед опрессовкой секторных жил они могут быть предварительно сформованы (округлены). Указания по области применения опрессовки приведены в «Инструкции по оконцеванию и соединению алюминиевых и медных жил изолированных кабелей» МН139-67 ММСС СССС и в дополнениях к ней.

В качестве альтернативы применяется:

  • пайка многопроволочных медных жил припоем ПОС-30 методом повива с применением флюса (канифоль, паяльный жир, стеарин) и последующим наплавлением припоя непосредственно в форму или наконечник; пайка алюминиевых жил производится с предварительным облуживанием жил припоем А;
  • термитная сварка (для соединения и оконцевания алюминиевых жил с сечением от 16 до 800 мм²), которая осуществляется при помощи термитных патронов за счёт выделяемого при их сгорании тепла. Сечение жилы кабеля напряжением до 35 кВ, оконцовываемого при помощи термитной сварки от 300 до 800 мм².

Защита от попадания влаги[править | править код]

Попадание в кабель влаги вредит как электрическим (из-за уменьшения сопротивления изоляции, вплоть до пробоя, коррозии токопроводящих жил), так и оптическим (за счёт помутнения оптического волокна) кабелям. Чтобы защитить кабели связи от влаги, используется гидрофобный заполнитель, а также компрессорно-сигнальные установки, подающие в кабель осушенный воздух повышенного давления. Концы кабеля после обрезки необходимо закапировать. Также для обнаружения повреждений кабеля, связанных с нарушением герметичности его оболочки, в кабель может подаваться индикаторный газ, место утечки которого можно с высокой точностью обнаружить с помощью течеискателей[31].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. КАБЕЛЬНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ РОССИИ И СТРАН СНГ. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ, НОВЫЕ ЗАДАЧИ // Кабели и провода № 45 (3178), 2009
  2. Григорьян А. Г., Дикерман Д. Н., Пешков И. Б. Производство кабелей и проводов с применением пластмасс и резин. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — С. 5.
  3. Бачелис, 1971, с. 7.
  4. Бачелис, 1971, с. 25.
  5. Бачелис, 1971, с. 324.
  6. Правила применения кабелей связи с металлическими жилами
  7. Анненков Ю. М., Ивашутенко А. С. Перспективные материалы и технологии в электроизоляционной и кабельной технике —Томск, 2011 С. 136
  8. Тирановский Г. Г. Монтаж автоматического пожаротушения в кабельных сооружениях энергетических объектов. — М.: Энергоиздат, 1982. С. 4
  9. ГОСТ 5960-72 «Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей. Технические условия»
  10. ГОСТ 16442-80 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия»
  11. И. Г. Довженко. ПЛАСТИКАТЫ С НИЗКОЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТЬЮ ТИПА ПП (ТОРГОВОЕ НАЗВАНИЕ «LOWSGRAN»)
  12. Смелков, 2009, с. 75.
  13. Разработка нового ГОСТа на кабельные ПВХ пластикаты // Общие вопросы // Наука и технологии | Neftegaz.RU
  14. Внедрение новых национальных стандартов ГОСТ Р 53768-2010 и ГОСТ Р 53769-2010
  15. Приказ Росстандарта от 29.11.2012 N 1416-ст
  16. Белорусов Н. И. и др. Электрические провода, кабели и шнуры: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988. С. 10
  17. Пожарная безопасность в строительстве. Апрель 2009 № 2 // Водяной А. В. Останкинская телебашня: мифы и реальность. Часть 1. С. 77-79
  18. ГОСТ 15845-80 «Изделия кабельные. Термины и определения»
  19. Кашолкин Б. И., Мешалкин Е. А. Тушение пожаров в электроустановках. — М.: Энергоатомиздат, 1985. С. 21
  20. Математическое моделирование теплового состояния кабельных трасс, находящихся в гермозоне АЭС, в условиях пожара / А. Б. Рассамакин, П. Г. Круковский, А. С. Полубинский // Промышленная теплотехника. — 2004. — Том26, N6. — С. 164—169 Архивная копия от 2 января 2014 на Wayback Machine
  21. Григорьева Муза Михайловна МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕГРУЗКЕ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук — Томск, 2010 С.7
  22. Проблемы обеспечения пожарной безопасности кабельных потоков
  23. М. К. Каменский. Основные аспекты пожарной безопасности электрических кабелей // КАБЕЛЬ−news № 6-7 июнь — июль 2009
  24. 1 2 http://www.kabel-news.ru/netcat_files/90/100/june_V.V._Urusov_doklad.pdf
  25. Смелков, 2009, с. 221.
  26. Состояние и перспективы производства электрических кабелей с повышенными показателями пожарной безопасности
  27. http://www.kabel-news.ru/netcat_files/90/100/june_V._P._Prohorov_doklad.pdf
  28. Обзор минеральных антипиренов-гидроксидов для безгалогенных кабельных композиций // Кабель-news № 8, август 2009
  29. ГОСТ 21515-76 «Материалы диэлектрические. Термины и определения»
  30. ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности» Раздел 3. Термины и определения
  31. ГОСТ Р 50889-96 «Сооружения местных телефонных сетей линейные. Термины и определения»

Литература[править | править код]

  • Бачелис Д. С., Белоруссов Н. И., Саакян А. Е. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. — М.: Энергия, 1971.
  • Гершун А. Л. Кабель // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Р. Лакерник, Д. Шарле. От меди к стеклу // Наука и жизнь. — 1986. — Вып. 08. — С. 50—54, 2-3 стр. цветной вкладки.
  • Смелков Г. И. Пожарная безопасность электропроводок. — М.: ООО «Кабель», 2009.

Ссылки[править | править код]