Что такое силовой кабель? Объяснение различных типов силовых кабелей

Что такое Силовой кабель - Определение и основная конструкция

А силовой кабель представляет собой совокупность одного или нескольких изолированных электрических проводников, заключенных в защитную внешнюю оболочку, предназначенную для передачи электрической энергии от источника к нагрузке. В отличие от сигнальных кабелей или кабелей для передачи данных, которые несут низкие напряжения и токи для передачи информации, силовые кабели разработаны специально с учетом допустимой нагрузки по току, перенапряжения и тепловых условий, связанных с распределением электроэнергии и питанием оборудования.

Основная конструкция силового кабеля состоит из трех функциональных слоев. дирижер — обычно многожильный или одножильный из меди или алюминия — обеспечивает путь тока с низким сопротивлением. изоляция Слой, окружающий проводник, выдерживает рабочее напряжение, предотвращая утечку тока на соседние проводники или окружающие конструкции. внешняя куртка или оболочка защищает внутренние компоненты от механических повреждений, влаги, химикатов, УФ-излучения и других факторов окружающей среды, важных для условий установки.

Между изоляцией и оболочкой многие конструкции силовых кабелей включают дополнительные слои: металлические экраны или экраны для кабелей среднего и высокого напряжения регулируют распределение электрического поля вокруг проводника; Бронирующие слои из стальной проволоки или ленты обеспечивают механическую защиту при прямом захоронении или тяжелом промышленном использовании; и наполнители сохраняют круглое поперечное сечение кабеля и предотвращают внутреннюю миграцию влаги. Конкретная комбинация этих слоев определяет номинальное напряжение кабеля, допустимый ток, метод установки и среду эксплуатации, поэтому перед выбором или приобретением важно понимать различные типы силовых кабелей.

Различные типы силовых кабелей по классам напряжения

Самая фундаментальная классификация типы силовых кабелей зависит от номинального напряжения, поскольку напряжение определяет требуемую толщину изоляции, конструкцию экрана и требования к установке. В международных стандартах используются три основных класса напряжения:

• Кабели низкого напряжения (НН) — до 1 кВ: Используется для проводки зданий, соединений оборудования, проводки промышленных панелей и конечных распределительных цепей. Конструкция относительно проста: изолированные проводники, часто с внешней оболочкой из ПВХ или LSOH, без металлических экранов. Общие обозначения включают NYY, YJV (Китай), N2XY (IEC) и THHN/THWN (Северная Америка). Сечение проводников варьируется от 1,5 мм² для цепей освещения до 400 мм² и более для главных распределительных фидеров.
• Кабели среднего напряжения (МВ) — от 1 кВ до 35 кВ: Используется для распределительных сетей коммунальных предприятий, фидеров промышленных предприятий, систем сбора ветровых и солнечных электростанций, а также подземных городских распределительных сетей. Для кабелей среднего напряжения требуются проводниковые экраны, изоляционные экраны и металлические оболочки или проволочные экраны для контроля электрического поля и предотвращения частичного разряда. Изоляция из сшитого полиэтилена (сшитый полиэтилен) в значительной степени заменила бумажно-масляную изоляцию в новых установках среднего напряжения благодаря меньшему установочному весу, отсутствию риска утечки масла и более легкому соединению.
• Кабели высокого (ВН) и сверхвысокого напряжения (СВН) — свыше 35 кВ: Используется для передачи электроэнергии, подводных соединений и подземных кабелей в густонаселенных городских районах, где воздушные линии непрактичны. При таких уровнях напряжения конструкция значительно усложняется, требуя прецизионной экструзионной изоляции с чрезвычайно низким содержанием пустот, свинцовой или гофрированной алюминиевой оболочки для исключения влаги, а также тщательного контроля гладкости поверхности проводника и изоляционного экрана, чтобы избежать усиления электрического поля в местах дефектов. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена теперь работают при напряжении до 525 кВ в коммерческих целях.

Различные типы силовых кабелей в зависимости от материала изоляции

Изоляционный материал является второй основной осью, по которой различаются типы силовых кабелей, поскольку он определяет температурный класс, химическую стойкость, гибкость, огнестойкость и поведение при долгосрочном старении. Преобладающими системами изоляции, используемыми в настоящее время, являются:

• ПВХ (поливинилхлорид): Наиболее широко используемая изоляция для кабелей низкого напряжения во всем мире. Экономичен, прост в обработке и доступен в широком диапазоне составов для различных температур и требований к гибкости. Стандартная изоляция из ПВХ рассчитана на температуру проводника 70°C; термостойкие сорта достигают 90°С. Основными ограничениями являются плохие характеристики при низких температурах (становится хрупким при температуре ниже -15°C до -20°C), выделение едкого газообразного хлористого водорода при сжигании и относительно высокие диэлектрические потери при повышенном напряжении, поэтому ПВХ не используется при напряжении выше 6 кВ.
• Сшитый полиэтилен (сшитый полиэтилен): Теперь это стандартная изоляция для кабелей среднего, высокого и сверхвысокого напряжения, а также все чаще используемая в кабелях низкого напряжения. Сшивка превращает термопластичный полиэтилен в термореактивный материал, который сохраняет свои свойства при повышенных температурах — кабели из сшитого полиэтилена обычно рассчитаны на постоянную температуру 90 °C и 250 °C в условиях короткого замыкания, что значительно выше, чем у ПВХ. Сшитый полиэтилен также обеспечивает более низкие диэлектрические потери, лучшую влагостойкость и превосходную долговечность по сравнению с ПВХ. Компромиссом является более высокая стоимость материала и более сложный процесс экструзии.
• ЭПР (Этиленпропиленовый каучук): А thermoset rubber insulation offering excellent flexibility across a wide temperature range (-50°C to 90°C), superior resistance to ozone and UV, and very good performance in wet conditions. EPR is the preferred insulation for offshore, marine, and mining cables where repeated flexing, wet environments, and temperature extremes are combined. Its higher cost and slightly higher dielectric losses compared to XLPE limit its use in static utility cable installations.
• LSOH/LSZH (Малодымный, безгалогенный): Не отдельный материал, а целый класс соединений — изоляция и оболочка на основе полиолефина, разработанная таким образом, чтобы при горении выделялось минимальное количество дыма и не было галогеносодержащих газов. Обязательно или настоятельно рекомендуется в ограниченных пространствах, включая туннели, системы метро, ​​морские платформы, центры обработки данных и общественные здания, где эвакуация в случае пожара зависит от поддержания видимости и пригодного для дыхания воздуха. Компаунды LSOH используются как для изоляции, так и для внешней оболочки низковольтных кабелей для этих сред.
• Минеральная изоляция (кабели MICC): Медные проводники, окруженные уплотненным порошком оксида магния внутри бесшовной медной трубки. Кабели с минеральной изоляцией по своей природе пожаробезопасны — они продолжают функционировать при температуре до 1000°C, что делает их необходимым типом кабеля для пожарокритических цепей, включая аварийное освещение, системы пожарной сигнализации и источники питания спринклерных насосов во многих национальных строительных нормах.

Выбор подходящего силового кабеля: метод установки и факторы окружающей среды

Помимо класса напряжения и изоляционного материала, условия установки определяют, какие дополнительные характеристики кабеля требуются. Одно и то же сечение проводника и тип изоляции могут быть подходящими или совершенно неподходящими в зависимости от того, как и где проложен кабель.

Прямое захоронение Для прокладки в почве требуется либо бронированный кабель (броня из стальной проволоки или броня из стальной ленты) для защиты от механических повреждений при движении грунта и земляных работах, либо установка в кабелепроводе, обеспечивающем механическую защиту. Кабели для прямого захоронения также требуют наружных оболочек, устойчивых к ультрафиолетовому излучению, если какая-либо часть трассы проходит над землей, а также влагостойкой конструкции для предотвращения проникновения воды в течение десятилетий эксплуатации.

Кабельные лотки и установки на открытом воздухе на промышленных предприятиях приоритет отдается огнестойкости и простоте проверки и замены. Многожильные кабели с внешней оболочкой из LSOH или FR-PVC в системах кабельных лестниц являются стандартными. Если кабели проложены параллельно в лотках, коэффициенты снижения тока обычно 0,7–0,85 номиналов одного кабеля в зависимости от группировки — необходимо применять для учета взаимного нагрева между соседними кабелями.

Гибкие и висячие кабели для мобильных машин, кранов и портативного оборудования требуются тонкожильные проводники (класс 5 или класс 6 по IEC 60228) и очень гибкая изоляция и оболочка из резины или ТПЭ, которые выдерживают многократные изгибы без усталостного растрескивания. Эти кабели рассчитаны на определенный минимальный радиус изгиба и конечное число циклов изгибания. Выбор кабеля для фиксированной прокладки в гибком применении является одной из наиболее распространенных и серьезных ошибок выбора в промышленной электротехнике.

Подводные и морские кабели сочетать одновременно несколько требований к защите: устойчивость к давлению на глубине, химическая стойкость морской воды, механическая защита от сопротивления якоря и рыболовных снастей, а в случае длинных подводных кабелей переменного тока - тщательное управление емкостным зарядным током. Подводные кабели высокого напряжения постоянного тока (HVDC) стали стандартом для длинных экспортных соединений морских ветряных электростанций именно потому, что передача постоянного тока устраняет потери зарядного тока, которые делают длинные подводные кабели переменного тока непрактичными за пределами примерно 80–100 км.