Лекция № 17. Силовые электрические кабели и провода. Типы и конструкции силовых электрических кабелей и проводов.

Электрический кабель – это одна или несколько изолированных токоведущих жил, заключенных в герметичную оболочку с защитными покровами, рис. 1.

Рис. 1.

Разрез электрического кабеля.

Провод – это одна или несколько изолированных токоведущих жил с легким защитным покровом. Провода могут быть и неизолированными.

Основными конструктивными элементами кабелей и проводов являются: токопроводящие жилы, электрическая изоляция, оболочка и защитные покровы.

Токопроводящие жилы передают электрическую энергию от источника питания к потребителю и обеспечивают механическую прочность кабеля. Они выполняются из одного или нескольких, скрученных вместе, алюминиевых или медных проводников. Проводники со сплошными жилами имеют меньший диаметр по сравнению с проводниками того же сечения, но с многопроволочными жилами. Механическая прочность жил проводников зависит от вида проводникового материала и его сечения. Предел прочности многопроволочных жил ниже, чем однопроволочных, из-за неравномерности натяжения отдельных проволок в жиле. Многопроволочные жилы обеспечивают гибкость кабеля при монтаже. Гибкость жилы зависит от числа проволок – чем больше жил, тем выше гибкость.

Электрическая изоляция токоведущих жил выполняется из кабельной бумаги, полиэтилена, резины, поливинилхлоридного пластиката, политетрафторэтилена и прессованной окиси магнезии.

Кабельная бумага пропитывается компаундами или кабельными маслами. В качестве компаундов используется маслоканифолевая вязкая пропитка. Добавка канифоли в нефтяное масло увеличивает его вязкость и поэтому оно не вытекает через концевые разделки кабеля и увеличивает стойкость масла к окислению. Однако, в эксплуатации при многократных изменениях температуры происходит «тепловое дыхание», что приводит к образованию пустот в изоляции. Это ограничивает предельно допустимую напряженность электрического поля в изоляции с вязкой пропиткой. Поэтому в высоковольтных кабелях с номинальным напряжением от 110 кВ применяется бумажная изоляция, пропитанная менее вязкими кабельными маслами.

Полиэтилен обладает высокими механическими и электрическими характеристиками, морозостоек, устойчив к действию агрессивных сред и не распространяет горение.

Теплостойкая изолирующая резина обладает хорошими механическими и электрическими свойствами, но имеет малую стойкость к действию влаги и, особенно, нефтепродуктов. Изоляционная резина на основе бутилкаучука обладает большей стойкостью к действию влаги, кислот и щелочей, а изоляция из кремнийорганической резины устойчиво работает при температурах от – 60 до + 200 ⁰С.

Поливинилхлоридный пластикат устойчив к действию воды, нефтепродуктов, кислот, обладает высокой механической прочностью, но его сопротивление резко уменьшается с ростом температуры. Поэтому в качестве изоляции он используется только в кабелях на напряжение до 220 В.

Политетрафторэтилен имеет очень высокую нагревостойкость(до 300 ⁰С), негорюч, обладает высокой химической стойкостью, превосходя золото и платину, и высокой электрической прочностью (до 30 кВ/мм).

Магнезиальная изоляция применяется в жаростойких кабелях с рабочей температурой до 800 ⁰С.

Оболочки кабелей применяются для защиты изоляции токоведущих жил от воздействия химически агрессивной среды, механических повреждений, влаги и солнечного света.Оболочки кабелей могут быть: - свинцовыми, алюминиевыми, полиэтиленовыми, резиновыми и поливинилхлоридными. Для более надежной защиты кабеля от механических повреждений кабель покрывается прочными стальными лентами или круглыми стальными проволоками. Так как сталь подвержена коррозии, то броня защищается слоем кабельной пряжи, пропитанной битумным составом.

Условные обозначения проводов и кабелей.

Медные провода имеют условное обозначение М, алюминиевые А, сталеалюминиевые АС, сталеалюминиевые усиленные АСУ, сталеалюминиевые облегченные АСО, однопроволочные стальные ПСО, многопроволочные стальные ПС, биметаллические сталемедные ПБСМ, медные фасонные МФ, медные фасонные овальные МФО.

В марках кабелей прописные буквы имеют следующие значения:

А – алюминиевая токоведущая жила ( если жилы медные, то буква М не ставится ) или алюминиевая оболочка;

Б – броня из стальной ленты или изоляция на основе бутилкаучука;

В – полихлорвиниловая изоляция;

Г – кабель без наружного покрова или особо гибкий;

К – кабель коаксиальный; броня из оцинкованной проволоки;

Ж – жаростойкий;

М – малогабаритный; магнезиальная изоляция;

О – отдельно освинцованные жилы; облегченный;

П – пластмассовая изоляция; оплетка из стальных оцинкованных проволок;

Р – резиновая изоляция;

С – свинцовая оболочка;

Ш – шланговый;

Э – экранированный ( оплетка из медных облуженных проволок ).

После буквенного обозначения ставится числовое значение сечения токоведущей жилы в мм².

На электрифицированных железнодорожных линиях в качестве несущих тросов используют медные провода М-95, М-120, биметаллические сталемедные провода ПБСМ-70, ПБСМ-95 и стальные С-70.

В качестве контактных проводов используют медные, бронзовые и из низколегированной стали. Например: МФ – медный фасонный, МФО – медный фасонный овальный, БрФ – бронзовый фасонный, БрФО – бронзовый фасонный овальный, НЛФО – низколегированный фасонный овальный и другие.

Питающие, усиливающие и отсасывающие линии выполняют чаще алюминиевыми многопроволочными проводами типа А или АКП с площадью поперечного сечения 150 – 185 мм². Провода марки АКП отличаются от А тем, что их межпроволочное пространство заполнено нейтральной смазкой для защиты от агрессивной среды.

Для электрического монтажа силовых цепей электроподвижного состава используют провода:

ПС – одножильный в оплетке на номинальное напряжение от 1000 до 4000 В;

ПСШ – то же в резиновом шланге;

ПМУ – одножильный с усиленной изоляцией в двух оплетках на напряжение 4000 В;

ПСЭО – шестнадцати жильный в общей оплетке на напряжение от 1000 до 2000 В ;

ПСЭШ – то же в резиновом шланге;

ППСРМ – провод одножильный с резиновой усиленной изоляцией в двухслойной оплетке, пропитанной противогнилостным составом в резиновой холодостойкой оболочке.

В цепях с более высоким напряжением применяют провода с электрической изоляцией на 4 кВ переменного и 6 кВ постоянного тока. Изоляция этих проводов рассчитана и выдерживает работу в условиях тряски, вибрации и увлажнения на подвижном составе. Она выполнена из теплостойкой резины с пропиткой хлопчатобумажной наружной оплетки специальным противогнилостным составом. На рисунке 2 показаны разрезы трех жильных кабелей.

Рис. 2.

а) - трехжильный кабель с поясной изоляцией и с секторными жилами;

б) - трехжильный кабель с отдельно освинцованными жилами на 35 кВ;

1 – токоведущая жила; 5 – свинцовая оболочка;

2 – фазная изоляция; 6 – броня;

3 – поясная изоляция; 7 – антикоррозионный покров;

4 – джутовое заполнение; 8 – экран из полупроводящей бумаги.

Секторная форма токоведущих жил обеспечивает более полное использование внутреннего объема. Для выравнивания электрического поля на поверхности токоведущих жил и на поверхности фазной изоляции используются экраны из полупроводящей бумаги.

На рис. 3. показана конструкция электрического кабеля с пластмассовой изоляцией.

Рис.3.

Конструкция электрического кабеля с пластмассовой изоляцией.

На рисунке 4. изображен разрез маслонаполненного кабеля низкого давления на напряжение 110 кВ.

Рис. 4.

1 – маслопроводящий канал; 2 – токоведущая жила;

3 – экран из полупроводящей бумаги; 4 – бумажная изоляция;

5– экран из полупроводящей бумаги; 6 – оболочка из омедненного свинца;

7 – 11, 13 – защитные покровы; 12 – броня из стальных и медных проволок.

Одножильные кабели изготавливают для отсасывающих фидеров и на высокие напряжения от 110 кВ и выше. Двухжильные кабели применяются для передачи электрической энергии на постоянном токе. Трехжильные кабели наиболее распространены и используются на напряжения до 35 кВ включительно. Четырехжильные кабели чаще применяются на напряжения U_л/U_ф = 380/220 В. Электрические кабели на высокие напряжения изготавливают с газовым наполнением или маслонаполненные: низкого давления – 1 кгс/см², среднего 2 – 4 кгс/см² и высокого давления 10 – 15 кгс/см².

Прокладку кабелей в земле проводят в траншеях. Кабель укладывают на дно траншеи, покрытое слоем песка или просеянной земли. Сверху кабель закрывают песком или бетонными плитами для предотвращения возможных механических повреждений при раскопке грунта. При пересечении трассы электрической железной дороги на постоянном токе кабель заключается в асбоцементные трубы, пропитанные гудроном или битумом для защиты от коррозии блуждающими токами. Если число кабелей велико, то их прокладывают в каналах или тоннелях, а иногда и на открытых эстакадах..