Конструкции и характеристики кабелей электросвязи

Кабель – электрическое изделие, состоящее из одной или нескольких изолированных жил, заключенных в металлической или неметаллической оболочке, поверх которой может быть расположен защитный покров.

Сердечник состоит из скрученных определенным образом изолированных токопроводящих жил.

Поясная изоляция служит для защиты от повреждений при наложении оболочки, кроме того, увеличивается напряжение пробоя изоляции.

Экран – для защиты от внешних электромагнитных влияний.

Битумная подушка является антикоррозийной защитой.

Все защитные покровы служат для защиты кабеля от механических воздействий, возни­ка­­ющих при выполнении строительных работ, и служат для предохранения кабеля от вред­ных воздействий агрессивной среды в условиях эксплуатации.

Проводники – токопроводящие жилы, должны обладать высокой электрической прово­ди­мостью, гибкостью, и достаточной механической прочностью. Изготавливаются в ос­нов_­ном из меди и алюминия. Для магистральных кабелей чаще всего применяются жилы диаметром 0,9 и 1,2 мм; для кабелей местной связи применяются медные жилы следу­ющих диаметров: 0,32; 0,4; 0,5; 0,64; 0,7 мм. Алюминиевые жилы имеют диаметр 1,05, 1,55 мм и по электрическим свойствам они аналогичны медным жилам с диаметрами 0,9 и 1,2 мм соответственно. При этом обладают лучшими механическими свойствами, особен­но сплавы железа с алюминием и другими металлами. В тех случаях, когда требуется по­вы­шен­ная гибкость и повышенная прочность, жилы делают многопроволочными из про­во­лок одного или разного сечения. Такие же токопроводящие жилы используются для внутреннего проводника коаксиального кабеля.

Внешний проводник, имеющий форму полого цилиндра, изготовляется в виде тонкой проволоки из меди (Cu) и алюминия (Al). Промышленное применение имеют конструктивные разновидности гибких внешних проводников коаксиального кабеля (показаны на рисунке):

м олния (a) – наиболее технологичен, обеспечивает необходимую неоднородность по всей длине;

гофрированный (б);

спиральный (в);

оплеточный (г).

Изоляция

Требования предъявляемые к изоляции кабельных жил

Изоляция должна обладать стабильными во времени характеристиками, быть гибкой, механически и электрически прочной и не требовать сложной технологической обработки. Наилучшим диэлектриком является воздух, но создать изоляцию из воздуха – невозможно, поэтому кабельная изоляция – чаще всего комбинирована и содержит воздух и твердый диэлектрик. Изоляция должна хранить токопроводящие жилы от прикосновения с собой и строго фиксировать взаимное расположение жил в группе по всей длине кабеля.

В основном в кабелях связи используется следующие типы изоляции:

- воздушно-бумажная;

Выполненная из лент кабельной бумаги навитой на кабель так, чтобы получилась трубка, такую изоляцию часто назы­вают трубчато-бумажной;

- кордельно-бумажная;

В ыполняется из намотанного на провод корделя (кордель - нить из диэлектрика накрученная спи­рально поверх провода) и спирально на­кру­ченной ленты бумаги в два слоя.

- коредельно-полиэстерольная;

Монтируется на жиле кабеля из полиэстерольной нити и полиэстерольной ленты, которая накладывается на кордель спирально.

- кордельно-трубчатая;

Представляет собой полиэтиленовую трубку, наложенную поверх полиэтиленового корделя, которая наложена спирально на токопроводящую жилу.

- сплошная пластмассовая;

Представляет собой простой желоб из полиэтилена.

- пористо-бумажная;

Из бумажной массы, которая представляет собой смесь целлюлозы и отходов кабельно-бумажной промышленности. Наносят на жилу сплошным слоем. После высы­ха­ния массы жила оказывается заключенной в пористо-бумажную трубку.

- пористо-полиэтиленовая;

Из смеси полиэтилена с корообразующими добавками.

- баллонная;

Из тонкой пластмассовой трубки, внутри которой свобод­но располагается проводник. Трубку герметически обжима­ют, благодаря чему она удерживает жилу в центре изоляции.

- балонно-кордельная;

Состоит из тонкостенной полиэтиленовой трубки, обжатой на жиле кабеля полиэтиле­новым корделем, наложенным спирально.

- шайбовая.

М онтируется из шайб диэлектрика. Шайбы выполняются из полиэтилена или полиэсте­рола или другого материала, располагаются на жиле на расстоянии 20-30 мм.

Для кабелей городской связи применение получили: трубчато-бумажная, сплошная пластмассовая, пористо-бумажная и полиэтиленовая изоляции.

Для симметричных кабелей междугородной связи – кордельно-стерофлексная, баллонная, кордельно-трубчатая и пористая из полиэтилена.

Для коаксиальных кабелей – шайбовая, баллонная, пористая изоляции. Во всех случаях диэлектриком является полиэтилен.

Конструкция сердечников симметричных кабелей

В результате скручивания жилы, цепи становятся в одинаковых условиях по отношению друг к другу. При этом снижаются электромагнитные связи между цепями, и повышается их защищенность от взаимных внешних помех.

Кроме того, скрутка облегчает взаимное перемещение жил при из­ги­­бах кабеля и обес­пе­чивает более устойчивую упругую фор­му. Существует несколько способов скрутки жил в группы. Основными являются: парная и звездная.

Парная скрутка

Две изолированные жилы (парная скрутка) скручиваются вместе с шагом скрутки 300 мм.

Диаметр группы при парной скрутке:

- диаметр изолированной жилы.

Звездная скрутка

Шаг скрутки 150-300 мм. Разговорные пары образуются диагональными жилами. Наиболее экономичной, обеспечивающей лучшую стабильность по электрическим пара­мет­рам является звездная скрутка, которая применяется преимущественно в магистраль­ных кабелях. Парная скрутка применяется при использовании кабеля в городских телефонных сетях. Скру­чен­ные в группы изолированные жилы систематизируются по определенному закону и объединяются в кабельный сердечник.

В зависимости от характера образования сердечника различают две системы скрутки:

1. пучковая

2. повивная

П учковая

Группы сначала скручиваются в пучки, содержащие до нескольких десятков групп (от 30 до 100), после чего пучки скручивают вместе. Такой вид скрутки применяется в низкочастотных кабелях городской сети.

Повивная

Группы располагаются последовательно концентрическими слоями (которые называ­ются повивами) вокруг центрального повива, состоящего из 1-5 групп. Смежные (расположенные рядом) скручиваются в противоположные стороны с целью уменьшения взаим­ного влияния между группами смежных повивов и придания сердечнику большей механической прочности. Такое расположение повивов облегча­ет их отделение при монтаже кабеля.

В кабеле применяют 5 различных форм скрутки. Когда в центре находятся: 1, 2, 3, 4 или 5 групп, при этом диаметр центрального повива будет равен (при соответствующем n – группе повива):

, при n=1;

, при n=2;

, при n=3;

, при n=4;

, при n=5.

Если имеется скрутка, у которой, считая от центра, повив имеет m-групп, то в следующем повиве будет m’ групп:

.

Исключением является второй повив. Если в центральном повиве имеется лишь одна группа, то во втором повиве – 5 групп. Так как группы каждого последующего повива на­кла­ды­ваются на предыдущий по спирали, то длина жил увеличивается по сравнению с длиной кабеля. Это учитывается с помощью коэффициента скрутки: .

Гидрофобный заполнитель

С целью защиты от проникновения влаги из внешней среды применяется продольная герметизация кабеля. Известны следующие формы герметизации:

- полное заполнение всего межжильного пространства сердечника гидрофобным заполнителем;

- периодическое образование по длине кабеля внутренних водостойких пробок;

- нанесение на изолированные жилы сухого порошка, например на основе целлюлозы, которая при проникновении внутрь влаги набухает, заполняя свободное пространство сердечника и препятствуя продольному распространению влаги;

- введение в сердечник кабеля лент и корделей кабеля.

В качестве заполнителя сердечника кабелей используется композиция из продуктов нефти, часто с добавками полиэтилена.

Поясная изоляция

В кабеле с воздушно-бумажной изоляцией жил с числом пар от 10 до 100 в качестве поясной изоляции используется 2 ленты телефонной бумаги. В кабелях с по­ли­эти­ле­но­вой изоляцией жил поясной изоляцией служат 1-2 пластмассовые ленты из по­ли­ве­нилхло­ри­по­ли­этеле­на или лавсана. Поясная изоляция накладывается спирально с перекрытием по ширине лент.

Экран

Может быть выполнен из мягкой медной или алюминиевой ленты. Экран наклады­вает­ся на сердечник спирально или продольно. Продольный экран может быть гладким или го­фри­ро­ванным. Гофрированный экран значительно более стоек к многократным из­гибам, но на него расходуется гораздо больше материала.

Оболочки

Бывают металлические и пластмассовые. Металлические оболочки:

- Свинцовая;

Достоинства металлических оболочек: гибкость, устойчивость к коррозии удо­вле­тво­ри­тель­ные параметры экранирования.

Недостатки металлических оболочек: большая масса, малая вибростойкость, не стойкость к многократным изгибам, малая прочность на растяжение и сжатие.

- Стальная гофрированная оболочка;

Служит заменителем свинцовой оболочки. Обладает значительно большей ви­бро­стой­ко­стью и проч­ностью на расширение-сжатие. Благодаря этому она в несколько раз тоньше свинцо­вой и имеет меньшую массу и что более важно, может выполнять функции двух элементов кабеля: герметичной металлической оболочки (защита от влаги) и стальной ленточной брони (защита от механических воздействий). Поэтому кабели в стальной оболочке могут применяться вместо небронированных и бронированных кабелей в свинцовой оболочке, а также кабелей в полиэтиленовой оболочке с защитным покровом.

Стальная оболочка формируется путем продольного наложения на сердечник кабеля стальных лент с одновременной герметизацией шва.

Основные недостатки стальной оболочки и меры по их устранению:

1. Слабое защитное действие от внешних электромагнитных влияний	Наложение поверхностной изоляции сердечника под оболочкой алюминиевого экрана
2. Малая гибкость и нестойкость к многократным изгибам	Гофрированные стальные ленты или оболочки
3. Сильная подверженность коррозии	Антикоррозийные покрытия и полиэтиленовый шланг

- Алюминиевая оболочка.

Применяется в качестве заменителя свинцовой, но главное назначение – защита кабелей, прокладываемых в зоне влияния сильных электромагнитных полей. Алюми­ни­евые оболочки могут быть гладкими или гофрированными в зависимости от требований к КЗД (Коэффициенту Защитного Действия).

Пластмассовые оболочки

Являются основным заменителем свинцовых. Так как через любую пластмассу проникают пары влаги, они применяются в сочетании с невлагоемкой полиэтиленовой изоляции жил. Кабели для наружной прокладки выпускаются в полиэтиленовой или в алюмополиэтиле­но­вой оболочке (алюмополиэтиленовая трубка металлизированная изнутри алюминиевой фольгой). Поскольку полиэтилен обладает на 1-2 порядка меньшей проницаемос­тью, чем поливинилхлоридный пластикат.

- Поливинилхлоридная оболочка

Применяется весьма ограниченно, только в кабеле с числом пар не более ста. Прокла­дывается в пожароопасных местах, так как не распространяет горение.

Защитные покровы

В состав защитных покровов, в общем случае входят: подушка, броня и наружный покров. В пожароопасных местах применяется защитный покров без наружного элемента. Поверх стальной оболочки, не требующей для своей механической защиты брони, накла­ды­вается только один элемент наружных покровов, а именно по­ли­эти­ле­но­вый покров в виде полиэтиленового шланга.

Подушка

Подушка – внутренняя часть защитного покрова. Накладывается на оболочку для предо­хра­нения ее от коррозии и механических повреждений, стальными бронелентами или бронепроволоками в процессе бронирования кабеля и при его прокладке. Подушка пред­став­ляет собой комбинированный элемент, состоящий из чередующихся слоев креми­ро­ван­ной бумаги и битума. Кремированная кабельная бумага – 2 слоя двухслойной, водоне­про­ницаемой бумаги, склеенной битумом. Подушка в кабелях с пластмассовой оболочкой не содержит битума, так как он ухудшает свойства пластмассы.

Броня

Центральный элемент защитного покрова, служит для защиты кабеля от механических воздействий. Выполняется из стальной ленты – это низкоуглеродная сталь с цин­ко­ван­ным покрытием или без него. Оцинкованная лента применяется только для бро­ни­ро­ван­ных кабелей, не имеющих наружного покрова, и также выполняется из стальной крупной проволоки из низкоуглеродной стали.

Наружный покров

Наружный покров служит для защиты брони от коррозии. Состоит из нескольких слоев в зависимости от защиты покрова. В состав слоев могут входить: битум, пропитанная ка­бель­ная пряжа из штапелированого волокна. Покрытия предохраняют витки кабеля от сли­­па­ния: меловые (мел) полиэтиленовые защитные шланги, поливенил-хлоридные ленты.

Достоинства кабельных линий

Кабельная линия изолирована от окружающей среды, долговечна, меньше подвержена внешним электромагнитным влияниям, так как имеют внешние оболочки.

Недостатки кабельных линий

Из-за близкого расположения проводников действует Эффект Близости (ЭБ) и уве­ли­чи­ва­ется взаимное влияние цепей друг на друга; боятся попадания влаги, затруднено об­на­ру­жение мест повреждения и ремонт; сложный монтаж; кабель достаточно дорог и сложен в изготовлении.

Классификация кабельных линий

Кабели связи могут классифицироваться по ряду признаков в зависимости от области применения, условий прокладки и эксплуатации, спектра передаваемых частот, кон­струк­ции, материала и формы изоляции системы, скрутки и рода защитных покровов.

В зависимости от области применения кабели связи подразделяют на:

- магистральные, зоновые (внутриобластные);

- сельские;

- городские кабели для соединительных линий и вставок.

Используются также радиочастотные кабели для подачи питания на систему ра­ди­остан­ций и монтажа радиотехнических установок.

На железнодорожном транспорте:

- линии дальней связи;

Прокладываемые вдоль железной дороги, между сетевыми узлами и станциями раз­лич­но­го уровня. Для организации на их основе магистральной, дорожной, отделенческой сетей;

- линии станционной проводной связи;

Прокладываются, как правило, в пределах железнодорожной станции и узлов для организации линий местной общетехнологической связи (абонентские и соединительные линии, линии станционнораспорядительной и стрелочной связи, линии отделенческой связи, оперативнотехнологической связи, линии парковой связи, громкоговорящего оповещения, линии информационно-вычислительных сетей передачи данных).

- кабельные линии автоматики и телемеханики подразделены на линии АБ и электрической централизации. Кабельные линии АБ включают в себя станционные и перегонные участки, к ним также относятся кабельные вставки высоковольтных сигнальных линий.

По условиям применения кабели связи классифицируются:

- подземные, в том числе кабельной канализации, трубы в коллекторах и туннелях,

- подводные (речные, морские),

- подвесные (на опорах контактной сети и высоковольтных линий АБ, на опорах ЛЭП на фермах мостов),

- прокладываемые в желобах и трубах и укладываемые по поверхности грунта с заглублением в грунт.

По спектру передаваемых частот подразделяют:

- низкочастотные (тональные);

- высокочастотные (от 12 кГц и выше).

По конструкции и взаимному расположению проводов в сети кабели подразделяют:

- симметричные;

- коаксиальные.

Кроме того, кабели различаются составом элементов:

- однородные;

- комбинированные.

Материалом и скруткой изоляции видом скрутки изолированных проводников в группы и видом скрутки групп в сердечник.

По виду оболочек, а также по виду защитных покровов, по передаваемому напряжению делятся:

- сигнально-блокировочные

(переменное 380 В / постоянное 700 В);

- контрольные;

(переменное 660 В / постоянное до 1000 В);

- силовые кабели для передачи и распределения электроэнергии.

(переменное 600 В / постоянное 550 кВ).

Особенности конструкции сигнально-блокировочных кабелей

Эти кабели предназначены для передачи электроэнергии, необходимой для питания элек­тро­дви­гателей стрелочных переводов, ламп светофоров, рельсовых цепей и других схем автоматики и телемеханики. Жилы этих кабелей изолированы сплошным по­ли­эти­ле­новым покрытием: 0,45 – 0,9 мм. Диаметр жил: 0,9, 1 мм. Изолированные жилы скру­чи­ва­ют­ся в сер­деч­ник или сначала в пары, а затем в сердечник сначала парами, а потом кон­цен­три­чес­кими повивами. Число пар: от 3 – до 30 число жил: от 3 до 61.

Особенности конструкций силовых кабелей

Силовые кабели предназначены для питания и распространения электроэнергии с высо­кими напряжением и током, что определяет их конструкцию и электрические пара­метры. У них большая площадь сечения кабельных жил, многослойная изоляция из диэлектриков большой механической прочности. Их изготавливают для напряжения от 1 до 35 кВ с числом жил от 1 до 4-х с площадью поперечного сечения до 240 мм². Могут быть мно­го­про­волочными или однопроволочными.

Изоляция может быть бумажной пропитанной маслоканифолевым составом, резиновой, поливинилхлоридной или полиэтиленовой. В кабелях с напряжением до 10,5 кВ поверх поясной изоляции накладывают экран, предназначенный для выравнивания потенциала, который выполнен из электропроводящей бумаги; у кабелей с напряжением свыше 10 кВ такой экран накладывают на изоляцию жил. В зависимости от условий прокладки используется броневые и защитные покровы известных типов.

Особенности конструкций контрольных кабелей

Предназначены для работы в сетях с напряжением до 600 В, постоянного и до 1000В, переменного напряжения. Жилы – медные с сечением до 10 мм². Емкость кабелей от 4 до 37 жил, изоляция жил – резиновая, полиэтиленовая, полихлорвиниловая, бумажно-масляная. Оболочка – резиновая, полихлорвиниловая, свинцовая, алюминиевая. Эти кабели могут быть изготовлены без защитных покрытий и с защитными покрытиями.

Маркировка кабелей связи

Максимально содержит следующие позиции:

1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8 – а х б х в + а х б х в + …

При отсутствии какого-то обозначения - позиции сдвигаются.

1 – тип кабеля;

М – магистральный

Т – городской или местной связи

КМ – коаксиальный кабель

З – высокочастотный для зоновой связи

КС – высокочастотный для местной связи

ПР – однопарные

СТ – соединительные

2 – отражает тип скрутки жил;

З – звездная (маркируется только в кабелях типа Т, парная не маркируется);

3 – материал жил;

медная – не маркируется

А – алюминиевая

4 – тип изоляции;

КБ – кордельно-бумажная (в кабелях типа Т не маркируется)

КП – кордельно-полиэтиленовая или полистирольная (в кабелях типа Т)

КС – кордельно-стерафлексная

Трубчато-бумажная - не маркируется

П – трубчатая из полиэтиленовой трубки и пористо-полиэтиененовая

Пу – с повышенной электрической прочностью

В – поливинилхлоридная

З – с гидрофобным заполнителем

5 – тип влагозащитной оболочки;

свинцовая не маркируется

А – алюминиевая;

П – полиэтиленовая;

В – поливинилхлоридная;

С – стальная

Ст – стальная гофрированная

Н – резиновая негорючая

нг – нераспространяющая горение

6 – защитные покровы поверх защитной оболочки;

Если их нет – то кабель называется голым и маркируется буквой Г.

Стандартная подушка не маркируется, нестандартная может иметь различное обозначение в зависимости от материала изготовления:

э – защитный экран

7 – тип брони;

Б – из стальных лент

П – из стальных оцинкованных полос

к – из стальных оцинкованных круглых проволок

Возможно сочетание разных броневых покровов - БК, БП и т.д.

8 – покровы поверх брони;

Г – без покровов

Стандартная наружная подушка не маркируется

Поверх брони может накладываться полиэтилен:

Шп – шланг полиэтиленовый

Шд – шланг поливинилхлоридный

а – число групп

б – число жил в группе

в – диаметр жилы

При маркировке комбинированных кабелей, образованных несколькими группами последовательно вычисляются параметры всех групп.

Маркировка кабелей сигнально-блокировочных контрольных и силовых

1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8 – а х б х в

1 – тип жилы;

медная – не маркируется

А – алюминиевая

2 - тип кабеля;

С – сигнальный

СБ – сигнально-блокировочный

К – контрольный

Силовой кабель не маркируется

3 – изоляция жил;

бумажно-трубчатая с пропиткой и без нее не маркируется

Р – резиновая

П – полиэтиленовая

В – поливинилхлоридная

4 – гидрофобное заполнение сердечника;

Его наличие маркируется буквой З

5 – тип влагозащитной оболочки;

С – свинцовая

А – алюминиевая

Н – резиновая негорючая

П – полиэтиленовая

В – поливинилхлоридная

Ст – стальная

у – усиленная

нг – нераспространяющая горение

6 – покровы поверх влагозащитной оболочки (маркируется аналогично кабелям связи);

7 – тип брони;

8 - наружный покров;

9 – экран. Его наличие маркируется буквами э-Э;

а – число жил

б – тип скрутки

Не маркируется. Если стоит П- парная.

в – сечение жил

В сигнально-блокировочных кабелях с парной скруткой позиции а х б х в, аналогичны кабелям связи. В силовых кабелях с бумажной изоляцией пропитанной нестекающим составом перед маркировкой ставится буква Ц.