Токопроводящие жилы силовых кабелей

 

Медные и алюминиевые токопроводящие жилы силовых кабелей для стационарной прокладки с пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией на номинальное переменное напряжение до 10 кВ (включительно) могут быть одно- и многопроволочными, круглыми или секторными. Минимальное число проволок в жилах силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией, конструкции, размеры и электрическое сопротивление круглых и секторных жил приведены в [2].

Кабели с секторными жилами имеют диаметр на 20-25% меньший, чем кабели с круглыми жилами эквивалентного сечения, и соответственно меньший расход материалов на изоляцию, оболочку и защитные покровы. Уплотнение многопроволочных жил также дает экономию материалов. Сечения круглой неуплотненной и уплотненной жил изображены на рис. 1.1, сечение уплотненной секторной жилы - на рис. 1.2 (а-в).
 

Рисунок 1.1. Схема круглой токопроводящей жилы: а – неуплотненной; б – уплотненной

Рисунок 1.2. Схема уплотненных секторных токопроводящих жил силовых кабелей: а - трехжильного;
б - рабочая жила четырехжильного кабеля; в - нулевая жила четырехжильного кабеля

Секторные многопроволочные жилы изготовляют: сечением 25 - 70 мм2 — пучок из 6 параллельных проволок и один повив из 12 прополок одинакового диаметра (рис. 1.3); сечением 70—120 мм2 - скрученная заготовка из 7 проволок, 2 параллельные проволоки и повив из 15 проволок одинакового диаметра (рис. 1.4); сечением 150 - 240 мм2 - секторная заготовка из 7 проволок, 2 параллельные проволоки и два повива из 15 и 21 проволок одинаковою диаметра (рис. 1.5). Скрученная заготовка из 7 проволок может быть заменена круглой проволокой такого же сечения, а скрученная заготовка и две параллельные проволоки - сплошным сектором. Секторная жила трехжильных кабелей имеет угол, равный 120° (рис. 1.2, а), а рабочие жилы четырехжильных кабелей — угол, равный 94,5—100°, нулевая жила 48-60° (рис. 1.2,б и в). Края секторов и сегментов выполняют закругленными по радиусу не менее 1 мм.
 

Pисунок 1.3. Схема секторной токопроводящей жилы силового кабеля сечением 25 - 70 кв. мм (до уплотнения)

Рисунок 1.4. Схема секторной токопроводящей жилы силового кабеля сечением 70 - 120 кв. мм (до уплотнения)

Рисунок 1.5. Схема секторной токопроводящей жилы силового кабеля сечением 150 - 240 кв. мм (до уплотнения)

Медная проволока, применяемая для изготовления токопроводящих жил, соответствует марке ММ по ГОСТ 2112-79, а алюминиевая круглая проволока сечением до 70 мм2 - марке АТ по ГОСТ 6132-79. Однопроволочные фасонные алюминиевые жилы изготовляют из алюминия марок АЕ, А6, А7 или А8 по ГОСТ 11069-74 с разрушающим напряжением при растяжении не менее 570 МПа и относительным удлинением не менее 30%. Многопроволочные жилы скручивают из проволок по системе правильной повивной скрутки, направление скрутки верхнего повива - правое; повивы проволок имеют чередующееся направление скрутки. Многопроволочные секторные жилы уплотняют. Шаг скрутки верхнего повива жилы равен диаметру жилы D, умноженному на коэффициент, равный 12,5 - 16. Для фасонных жил расчет проводят по эквивалентному диаметру жилы. Шаг скрутки каждого внутреннего повива принимают не более 24 D. Не допускается перекрещивание проволок, расположенных в верхнем повиве жилы. Жилы не имеют заусенцев, режущих кромок, выпучивания и обрывов отдельных проволок, могущих повредить изоляцию. Диаметр шейки барабана для намотки жил не менее 30 D или 30-кратной высоты сектора жилы.

Пайку припоем (ГОСТ 21931-76) или сварку проволок в одном повиве жилы производят в разгон с расстоянием между соседними местами пайки или сварки не менее 300 мм. Расстояние между местами сварки однопроволочных жил должно быть не менее 300 м по длине кабеля. Пайка однопроволочных жил и применение кислот при пайке жил не допускается. Места пайки или сварки после зачистки не выводят проволоку за пределы двойного допуска по диаметру.

1.1. Изоляция кабелей, проводов и шнуров

Пропитанная бумажная изоляция

Кабельная бумага по ГОСТ 23436-83 для изоляции силовых кабелей на напряжение до 35 кВ марок К и КМП изготовляется из небеленой сульфатной целлюлозы, а марки КМ - из небеленой сульфатной целлюлозы для многослойной кабельной бумаги. Бумага изготовляется плотностью 780±50 кг/см3, воздухопроницаемостью не более 40 мл/мин. влажностью 4 - 8%,. Бумага марок К и КМП изготовляется цвета натуральною волокна или окрашенной в красный, зеленый и синий цвета, а марки КМ - цвета натурального волокна. Показатели качества кабельной бумаги приведены в табл. 1.7.

Кабельная бумага по ГОСТ 645-79 для изоляции кабелей на напряжение от 110 до 500 кВ изготовляется из специальной сульфатной небеленой целлюлозы, бумага марок КВМ (многослойная) и КВМС (многослойная стабилизированная) выпускается машинной гладкости, а бумага марки КВМСУ (многослойная стабилизированная уплотненная) - каландрированной. Показатели качества высоковольтной кабельной бумаги приведены в табл. 1.8.

Для выравнивания электрического поля в изоляции силовых кабелей на напряжение 6 кВ и выше и арматуры для них применяется экран из кабельной электропроводящей бумаги марок КПУ-8О и КПУ-120 (уплотненная одноцветная с включением в композицию сажи), и для изоляции силовых кабелей на напряжение 110 кВ и выше и арматуры для них применяется кабельная электропроводящая двухцветная уплотненная бумага марок КПДУ-80 и КПДУ-120 с включением сажи и композицию одного слоя по ГОСТ 10751-80. Электропроводящая бумага марок КПУ-8О и КПУ-120 имеет удельное объемное сопротивление 1´105 - 9´106 Ом ´ см, а бумага марок КПДУ-80 и КПДУ-120 - 5 *104 - 1*106 Ом ´ см.
Бумажную изоляцию силовых кабелей пропитывают маслоканифольным составом. Кабели на напряжение 20 - 35 кВ пропитывают составом марки МП-2, содержащим 25 ± 3% канифоли (остальное количество - нефтяное масло). Кабели на напряжение 1 - 10 кВ пропитывают составом МП-3, содержащим 7,5 ± 2,5% канифоли, 3 ± 2% полиэтиленового воска (остальное количество - нефтяное масло), а кабели с нестекающей изоляцией - составом МП-5, состоящим из 3.0 — 2,0% канифоли, 18,0 ± 1,0% полиэтиленового воска (остальное количество - нефтяное масло). Нефтяное масло для пропиточного состава применяют марки КМ-25 по ТУ 38-101-449-84 селективной очистки фенолом или дуосол-очистки парным растворителем с последующей гидро- или контактной очисткой. Канифоль для пропиточных составов применяют марки А-1 сорта по ГОСТ 19113-84 или модифицированную кабельную канифоль по ТУ 13-05-25-82.

1.2. Скрутка изолированных жил в кабель

Правильная скрутка однородных кабелей

Изолированные жилы одинакового сечения и диаметра по изоляции скручивают в кабель по системе простой правильной скрутки. В зависимости от числа скручиваемых изолированных жил в простейшем случае скручивают по схеме рис. 1.6. При количестве скручиваемых жил более семи скрутка их производится по повивам вокруг одной, двух, трех, четырех или пяти жил, так чтобы получилась конструкция кабеля устойчивой. Четырех-, пяти- и шестижильные кабели не получаются устойчивыми из-за образования большого промежутка между жилами. Обычно в этих случаях прибегают к применению профильного (круглого) заполнения из пластмасс, резины, волокнистых материалов. Иногда сердечник представляет собой стальной трос пли прочные нити, несущие растягивающую нагрузку на кабель. В тех случаях, когда из скручиваемых изолированных жил не получается устойчивая конструкция, прибегают к использованию пластмассовых или резиновых заполнителей диаметром, равным диаметру изолированной жилы. Типичными кабелями с простой правильной скруткой изолированных жил являются силовые кабели с пропитанной бумажной, пластмассовой и резиновой изоляцией, контрольные, судовые, управления, сигнализации и блокировки (исключая жилы, скручиваемые в пары), многожильные монтажные и другие кабели.

Изолированные жилы кабелей связи одинакового сечения (диаметра) и диаметра по изоляции скручивают в кабель по системе сложной правильной скрутки. Первоначально изолированные жилы скручивают в пары, тройки, четверки и шестерки и за тем их скручивают в кабель по простой повивной системе скрутки (см. разд. 20 и 21). По этой же системе скручивают судовые кабели связи, некоторые конструкции контрольных и сигнально-блокировочных кабелей. Применяя различные шаги скрутки отдельных групп и групп в кабель, достигают повышения защищенности рабочих пар от внутренних и внешних электромагнитных влияний.
 

Рисунок 1.6. Схема скрутки изолированных жил одинакового диаметра в кабель

Правильная скрутка комбинированных кабелей

Типовой конструкцией комбинированных кабелей являются четырехжильные силовые кабели, в которых скручивают рабочие жилы с заземляющей или нулевой жилой. Соотношение сечений рабочих и заземляющих (нулевых) жил приведено в табл. 1.17. Скрутку изолированных жил разных наружных диаметров в кабель из-за наличия жил различного сечения или жил с различной толщиной изоляции, повышенного напряжения или наличия экрана производят с отступлением от правильной концентрической системы скрутки. Следят, чтобы оси скручиваемых жил лежали на одной или близкой окружности, в этом случае все скручиваемые жилы будут подвергаться одинаковым условиям при изгибах кабеля. Промежутки между основными жилами кабеля используют для размещения жил меньшего сечения или усиливающих (грузонесущих) заполнений. На рис. 1.7 приведена схема использования промежутков между основными жилами для размещения вспомогательных жил меньшего диаметра. При скрутке жил в кабель избегают размещения вспомогательных жил в центре кабеля, так как при растягивании кабеля наибольшее усилие испытывает центральная жила, а остальные жилы будут первоначально раскручиваться и уплотняться, а затем растягиваться. Направление скрутки изолированных жил выбирают противоположным направлению скрутки нижележащего повива; направление верхнего повива обычно имеет правую скрутку. Шаги скрутки изолированных жил в кабель принимают от 10 до 20 D, в зависимости от условий эксплуатации кабелей.

В особо гибких кабелях изолированные жилы скручивают в одном направлении. Для облегчения монтажа все жилы выполняют с изоляцией различного цвета или применяют счетную жилу (пару, четверку) и направляющую жилу (пару, четверку) отличительной расцветки.

Таблица 1.17. Соотношение сечений, кв. мм, рабочих и заземляющих (нулевых) жил

 

Рисунок 1.7. Схема скрутки изолированных жил различного диаметра в кабель

Пучковая и разнонаправленная скрутка кабелей

Пары и четверки городских телефонных кабелей, а также сигнально-блокировочных кабелей скручивают в кабель по системам пучковой или разнонаправленной скрутки. Применяется также разнонаправленная скрутка изолированных жил силовых кабелей с пластмассовой изоляцией. Применение пучковой и разнонаправленной скрутки упрощает технологию и повышает производительность изготовления кабелей, поэтому применение ее будет все время расширяться.

Поясная изоляция

Силовые кабели с пропитанной бумажной изоляцией и кабели связи в алюминиевой или свинцовой оболочке поверх скрученных жил (с заполнением или без него) имеют бумажную поясную изоляцию из кабельной бумаги марок К-120, КМ-120 или К-170, наложенную методом обмотки. Толщина поясной изоляции кабелей с пропитанной бумажной изоляцией приведена в табл. 3.5. Толщина поясной изоляции кабелей связи зависит от материала изоляции жил и температуры металлической оболочки, накладываемой на кабель (см. разд. 20). Поясную изоляцию поверх скрученных жил с пластмассовой изоляцией в пластмассовой оболочке выполняют лентами ПЭ, ПЭТФ, ПВХ и др. для получения требуемой емкости верхнего повива жил в кабеле по отношению к экрану. В кабелях с резиновой изоляцией в качестве поясной изоляции применяют прорезиненную ткань или кабель оплетают хлопчатобумажной пряжей. Иногда кабель обматывают лентами для облегчения наложения на него резиновой или пластмассовой оболочки. Кабель с обмоткой лентами в качестве поясной изоляции имеет большую подвижность жил по отношению к оболочке и благодаря этому становится более гибким. Кроме того. наличие поясной изоляции уменьшает расход материала оболочки за счет исключения проникновения его в промежутки между жилами.

1.3. Оболочки кабелей

Для защиты изоляции жил от воздействия света, влаги, различных химических веществ, а также для предохранения ее от механических повреждений кабель снабжают оболочками. Лучшими материалами для оболочек кабелей в отношении герметичности и влагонепроницаемости являются металлы, коэффициент диффузии которых равен нулю. Наиболее распространены металлические оболочки из алюминия, свинца и стали. Применение пластмассовых или резиновых оболочек кабелей с влагоемкой (например, бумажной) изоляцией ограничивается их высокой влагопроницаемостью. Кабели с невлагоемкой (пластмассовой или резиновой) изоляцией не нуждаются в металлической оболочке, и поэтому их изготовляют в пластмассовой или резиновой оболочке. Широкое применение имеют также комбинированные - металлопластмассовые оболочки (оболочки из ПЭ с алюминиевыми и стальными лентами), заменяющие свинцовые оболочки.

Алюминиевые оболочки

Прессованную алюминиевую оболочку изготовляют из алюминия чистотой не менее 99,6 (марка А5) по ГОСТ 11069-74, а сварную алюминиевую оболочку - из алюминия чистотой не менее 99,3 (марка АД1) по ГОСТ 4784-74. Алюминиевые оболочки выполняют гладкими и гофрированными. Форму гофра выполняют синусоидальной, или S-образной с цилиндрической впадиной. Степень гофрирования находится в пределах 1,1-1,25, а шаг гофров 0,30-0,50 наружного диаметра выступов оболочки. На оболочках не допускаются риски, вмятины, раковины, посторонние включения, выводящие после их зачистки толщину оболочки за пределы минимальной. Допускается пайка дефектов оболочек, имеющих размеры не более 30 мм в продольном и не более 3 мм в поперечном направлениях. На строительной длине кабеля допускается пайка дефектов оболочки не более чем в трех местах. Место пайки должно быть ровным и гладким. Оболочки силовых кабелей и алюминиевые оболочки кабелей связи выдерживают испытание на изгиб, а сварные алюминиевые оболочки выдерживают испытание на сплющивание. Минимальные и номинальные толщины прессованных и сварных оболочек гладких и гофрированных приведены в табл. 1.18.

Алюминиевые оболочки герметичны и в 2-2,5 раза прочнее, чем свинцовые, имеют повышенную стойкость к вибрационным нагрузкам. В алюминиевых оболочках отсутствует наблюдаемый у свинцовых оболочек при повышении температуры самопроизвольный рост кристаллов. Основные физико-механические свойства алюминия приведены в табл. 1.19. Благодаря большей механической прочности алюминия кабели в алюминиевых оболочках могут применяться небронированными. Высокая электрическая проводимость алюминия позволяет использовать алюминиевые оболочки в качестве экрана для защиты кабеля от внешних электрических влияний или в качестве нулевой жилы силовых кабелей.

Свинцовые оболочки

Свинцовые оболочки силовых кабелей изготовляются из свинца марок С-2 и С-3 по ГОСТ 3778-77 или из свинцово-сурьмянистых сплавов по ГОСТ 1292-81. Свинцовая оболочка силовых кабелей может содержать присадки: сурьмы в количестве до 0,8%, олово – до 0,05%, теллура – до 0,05%, меди – до 0,05%. Максимальная и номинальная толщины свинцовых оболочек силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией в зависимости от их диаметра под оболочкой и типа защитных покровов приведены в табл. 1.20. Физико-механические свойства свинца, применяемого для оболочек, и стойкость его к агрессивным средам указаны в табл. 1.19. Нагрузки, превышающие эти значения, вызывают необратимые деформации оболочек. Прочность свинцовой оболочки при длительном приложении растягивающего усилия уменьшается (рис. 1.8). Под воздействием вибрационных и тепловых нагрузок происходит рост кристаллов и образование трещин. Из-за большой ползучести свинца (980 кПа) на вертикальных и крутонаклонных трассах наблюдаются необратимые процессы растяжения оболочек силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией в нижних участках, приводящие их к разрыву. Свинцовые оболочки также подвержены разрушению почвенной и электрохимической коррозией.

Повышение вибростойкости и механической прочности оболочек небронированных кабелей марки СГ и судовых кабелей достигается изготовлением их из свинца с присадкой сурьмы до 0,6%. Свинцовые оболочки маслонаполненных кабелей для уменьшения ползучести изготовляют с присадкой меди до 0.08%.

Оболочка герметична по всей длине, не имеет рисок, царапин и вмятинвыводящих за пределы| минимальных допусков. Оболочка диаметром более 15 мм, не разрываясь, выдерживает испытание на растяжение до 1,5D, а с присадкой сурьмы и меди - до 1,3 D.

Свинцовые оболочки кабелей связи изготовляют из свинцово-сурьмянистых сплавов марок ССУ, ССУМ, ССУМ2, ССУМО и ССУМТ по ГОСТ 1292-81. Оболочки, предназначенные для эксплуатации в условиях повышенной вибрационной нагрузки, изготовляют из сплавов марок ССУМ2 (с содержанием сурьмы 0,6-0,8%) и ССУМТ.
Минимальная н номинальная толщины свинцовой оболочки кабелей связи в зависимости от их диаметра под оболочкой и типа защитного покрова приведены в табл. 1.21.

Стальные оболочки

Стальные оболочки кабелей изготовляют из стальной холоднокатанной ленты марки 08-КП или 08-Ю по ГОСТ 503-71, ГОСТ 9045-80 или ТУ 14-4-69-71 со сварным швом. Сварку шва производят в высокочастотном агрегате, в котором нагретые кромки ленты соединяются вместе с образованием грата. Наружный грат срезается в процессе сварки. Сварку стальной оболочки производят также в аргонодуговой атмосфере. При дуговой сварке грат на поверхности оболочки не образуется, но производительность агрегата в 4 - 5 раз ниже, чем при высокочастотной сварке. Для повышения гибкости кабеля и придания ему большей механической прочности стальную оболочку гофрируют. Наиболее распространено синусоидальное гофрирование оболочек со степенью гофрирования 1,12 - 1,25. Стальные оболочки нуждаются в антикоррозионной защите битумными составами и пластмассовыми шлангами.

Оболочки из ПВХ пластиката

Поливинилхлоридные оболочки кабелей, проводов и шнуров изготовляют из шлангового пластиката, отличающегося от изоляционного пластиката соответствующим подбором пластификаторов и стабилизаторов, обеспечивающих большую стойкость против светового старения (см. изоляция из ПВХ пластиката).

Для изготовления оболочек и шлангов кабелей используются пластикаты марок О-40, О-50, О-55, ОМБ-60, ОНМ-50 и ОНЗ-40, а также пластикаты марок ИО50-11 и ИО45-12. Первые одна - три буквы в условном обозначении пластиката означают тип пластиката, цифры через дефис указывают холодостойкость, две последующие цифры - порядок удельного объемного сопротивления при 20ºС. Поливинилхлоридные пластикаты марки ОМБ-60 предназначены для маслобензиностойких оболочек, ОНМ-50 - для оболочек, имеющих низкую миграцию пластификаторов в ПЭ (для кабелей с ПЭ изоляцией), и марки ОНЗ-40 - для кабелей, обладающих пониженным запахом. Изоляционные пластикаты ИО50-11 и ИО45-12 по своим свойствам пригодны для оболочек кабелей. Пластикаты марок О-50, О-55, ОМБ-60 и ОНМ-50 изготовляют черного цвета, О-40 - черного или синего и ОНЗ - неокрашенными.

Физико-механические свойства ПВХ пластикатов и их стойкость к агрессивным средам по сравнению с алюминиевыми и свинцовыми оболочками приведены в табл. 1.19. Диэлектрические и физико-механические показатели шланговых пластикатов приведены в табл. 1.22. Потери массы при 160ºС в течение 6 ч всех марок не превышают 3,0%, горючесть не более 60 с, плотность пластиката 1280 - 1290 кг/м3, цветостойкость в везерометре при 70ºС не менее 96 ч. Оболочки кабеля не распространяют горение, влаго- и маслостойки, при температуре ниже допустимой становятся жесткими и при ударе могут разрушаться. При отсутствии механических воздействий оболочки сохраняют свои свойства. При положительных температурах эластические свойства ПВХ пластикатов восстанавливаются. Из-за улетучивания пластификаторов холодостойкость ПВХ пластикатов за время эксплуатации снижается.

1.4. Защитные покровы кабелей

Кабели в металлических и неметаллических оболочках в зависимости от условий монтажа и эксплуатации изготовляют небронированными и бронированными стальными лентами или оцинкованными стальными проволоками с различными наружными защитными покровами. Кабели небронированные без наружного защитного покрова поверх оболочки маркируют буквой Г (например, СГ). Защитный покров кабелей состоит из подушки, брони и наружного покрова. Конструкции элементов защитных покровов приведены в табл. 1.26. Перечень типов защитных покровов кабелей дан в табл. 1.27, а сочетание различных защитных покровов с различными оболочками в табл. 1.28.

При применении полиэтилентерефталатных (ПЭТФ) лент в подушках л и 2л исключается крепированная бумага (4в, 5в, 6в и 7в — табл. 1.26). Допускается применение в подушках л, 2л, п и в ПВХ, полиамидных и ПЭ лент. Допускается применение стальной гофрированной брони. При этом бумага и битумный состав или битум и подушке поверх шланга не накладывается.

В кабелях в неметаллической оболочке подушку покровов типов Б, БГ, П, ПГ, Бн и Пн накладывают без первого и второго слоев битумного состава или битума. В покровах типов БпШп, КпШп, Бп, БпГ, Кп допускается наложение подушки без ПВХ, ПЭТФ, полиамидной или другой равноценной ленты. Допускается наложение наружных покровов типа Шп без ПВХ, ПТЭФ, полиамидной или другой равноценной ленты. В кабелях связи с покровами Шв и Шп в качестве поливочного состава по металлической оболочке или броне под шланг применяется вязкий подклеивающий состав или пластичный битум. В защитных покровах типов БбШп и БбШв при применении одинаковой брони битумный состав, вязкий подклеивающий состав, битум и пластмассовые ленты не накладываются.

Битумный состав или битум покровов типов Б, К, П, Бп, БШп, ПШп, БпШп, КпШп, Бв, БШв, ПШв, БвШв не вытекает при 50ºС, а типов Бл, Б2л, Кл, Пл, П2л, БГ, БлГ, Б2лГ, БпГ, БвГ, ПГ, ПлГ, П2лГ, БбШп, ПбШп, Б2лШп, П2лШп, БбШв, ПбШв, Б2лШв, П2лШв, Шп, Шв, ПлШв, БлШв - при 60ºС. Битумный состав или битум во всех типах защитных покровов, наложенных на силовые кабели напряжением до 3 кВ, не вытекает при 70ºС.

Кабели с защитными покровами, за исключением кабелей с покровами Б, II,. К, Бн, Пн, БГ, ПГ, БлГ, ПлГ и БбГ, испытывают на истирание, изгиб и циклический нагрев в ванне 0.5 %-ного раствора хлористогоо натрия. Кабели с защитными покровами типов Б2лГ, П2лГ, БпГ и БвГ испытывают на изгиб и циклический нагрев в ванне 0,5%-ного водного раствора хлористого натрия. После этих испытаний сопротивление изоляции ПЭ защитного покрова кабелей диаметром 11 - 30 мм при 20 ± 5 ºС сохраняется не менее 10*106 Ом*км, диаметром 30-60 мм – 4,1*106 Ом*км и диаметром свыше 60 мм – 2,5*106 Ом*км.