Силовой кабель — это электрический кабель , сборка одного или нескольких электрических проводников , обычно удерживаемых вместе общей оболочкой. Сборка используется для передачи электроэнергии . Силовые кабели могут быть установлены как постоянная проводка внутри зданий, зарыты в землю, проложены над головой или открыты. Силовые кабели, которые упакованы в термопластиковую оболочку и предназначены для прокладки внутри здания, известны как NM-B (строительный кабель с неметаллической оболочкой).
Гибкие силовые кабели используются для портативных устройств, мобильных инструментов и машин.
Первая система распределения электроэнергии, разработанная Томасом Эдисоном в 1882 году в Нью-Йорке, использовала медные стержни, обернутые джутом и помещенные в жесткие трубы, заполненные битумным составом. [1] Хотя вулканизированная резина была запатентована Чарльзом Гудиером в 1844 году, она не применялась для изоляции кабелей до 1880-х годов, когда ее стали использовать для цепей освещения. [2] Кабель с резиновой изоляцией использовался для цепей напряжением 11 000 вольт в 1897 году, установленных для энергетического проекта Ниагарского водопада .
Кабели среднего напряжения с бумажной изоляцией, пропитанной массой, стали коммерчески практичными к 1895 году. Во время Второй мировой войны для кабелей применялись несколько разновидностей изоляции из синтетического каучука и полиэтилена . [3]
При строительстве жилых и офисных зданий в Северной Америке обычно применяются несколько технологий:
Современные силовые кабели выпускаются в различных размерах, материалах и типах, каждый из которых специально адаптирован для своего применения. [6] Большие одиночные изолированные проводники также иногда называют силовыми кабелями в промышленности. [7]
Кабели состоят из трех основных компонентов: проводников, изоляции, защитной оболочки. Состав отдельных кабелей различается в зависимости от области применения. Конструкция и материал определяются тремя основными факторами:
Кабели для прямой прокладки в земле или для открытых установок могут также включать металлическую броню в виде проводов, спиралевидно обмотанных вокруг кабеля, или гофрированной ленты, обернутой вокруг него. Броня может быть изготовлена из стали или алюминия, и хотя она подключена к заземлению, она не предназначена для передачи тока во время нормальной эксплуатации. Электрические силовые кабели иногда устанавливаются в кабельных каналах, включая электрические кабелепроводы и кабельные лотки, которые могут содержать один или несколько проводников. Когда он предназначен для использования внутри здания, неметаллический оболочный строительный кабель (NM-B) состоит из двух или более проводников (плюс заземляющий проводник), заключенных в термопластичную изоляционную оболочку, которая является термостойкой. Он имеет преимущества перед бронированным строительным кабелем, поскольку он легче, проще в обращении, и с его оболочкой легче работать. [8]
Силовые кабели используют многожильные медные или алюминиевые проводники, хотя небольшие силовые кабели могут использовать сплошные проводники размером до 1/0. ( Подробное обсуждение медных кабелей см. в разделе Медный провод и кабель . ). Кабель может включать неизолированные проводники, используемые для нейтрали цепи или для заземления (заземления). Заземляющий проводник соединяет корпус/шасси оборудования с землей для защиты от поражения электрическим током. Эти неизолированные версии известны как неизолированные проводники или луженые неизолированные проводники. Общая сборка может быть круглой или плоской. Непроводящие наполнительные жилы могут быть добавлены в сборку для сохранения ее формы. Наполнительные материалы могут быть изготовлены в негигроскопичных версиях, если это требуется для применения.
Силовые кабели специального назначения для воздушных применений часто привязываются к высокопрочному сплаву, ACSR или алюмосварному связующему. Этот кабель называется воздушным кабелем или предварительно собранным воздушным кабелем (PAC). PAC можно заказать без оболочки, однако в последние годы это встречается реже из-за низкой добавленной стоимости поставки полимерной оболочки. Для вертикальных применений кабель может включать в себя армированные провода поверх оболочки, стали или кевлара . Армированные провода периодически крепятся к опорным пластинам, чтобы помочь выдержать вес кабеля. Опорная пластина может быть включена на каждом этаже здания, башни или конструкции. Этот кабель будет называться бронированным вертикальным кабелем. Для более коротких вертикальных переходов (возможно, 30–150 футов) неармированный кабель может использоваться в сочетании с захватами корзины (Kellum) или даже специально разработанными заглушками воздуховодов.
Спецификация материала для оболочки кабеля часто учитывает устойчивость к воде, маслу, солнечному свету, подземным условиям, химическим парам, ударам, огню или высоким температурам. В ядерной промышленности кабель может иметь особые требования к стойкости к ионизирующему излучению. Материалы кабеля для транзитного применения могут быть указаны так, чтобы не выделять большого количества дыма при горении (низкодымность, отсутствие галогенов). Кабели, предназначенные для прямого захоронения, должны учитывать повреждения от засыпки или закапывания. Для этого использования обычно используются оболочки из полиэтилена высокой плотности или полипропилена. Кабели, предназначенные для метро (подземных хранилищ), могут учитывать маслостойкость, огнестойкость или низкий уровень дыма в качестве приоритета. В настоящее время лишь немногие кабели по-прежнему используют общую свинцовую оболочку. Однако некоторые коммунальные службы по-прежнему могут устанавливать свинцовый кабель с бумажной изоляцией в распределительных цепях. В передающих или подводных кабелях чаще используются свинцовые оболочки. Однако свинец находится в упадке, и сегодня существует мало производителей, которые производят такие изделия. Когда кабели должны проходить в местах, подверженных механическим повреждениям (промышленные площадки), они могут быть защищены гибкой стальной лентой или проволочной броней, которая также может быть покрыта водонепроницаемой оболочкой.
Гибридный кабель может включать в себя проводники для сигналов управления или также включать в себя оптические волокна для передачи данных.
Для цепей, работающих при напряжении между проводниками 2000 вольт или выше, проводящий экран должен окружать изоляцию проводника. Это выравнивает электрическое напряжение на изоляции кабеля. Эта технология была запатентована Мартином Хохштедтером в 1916 году; [2] экран иногда называют экраном Хохштедтера. Помимо полупроводящего («полуконного») изоляционного экрана, также будет экран проводника. Экран проводника может быть полупроводящим (обычно) или непроводящим. Назначение экрана проводника аналогично экрану изоляции: он является заполнителем пустот и выравнивателем напряжения.
Для отвода паразитного напряжения поверх «полуконуса» будет помещен металлический экран. Этот экран призван «обезопасить» кабель, снизив напряжение на внешней стороне изоляции до нуля (или, по крайней мере, ниже предела OSHA в 50 вольт). Этот металлический экран может состоять из тонкой медной ленты, концентрических дренажных проводов, плоских ремней, свинцовой оболочки или других конструкций. Металлические экраны кабеля подключаются к заземлению на концах кабеля и, возможно, в местах по всей длине, если повышение напряжения во время неисправностей может быть опасным. Многоточечное заземление является наиболее распространенным способом заземления экрана кабеля. Некоторые специальные приложения требуют разрывов экрана для ограничения циркулирующих токов во время нормальной работы цепи. Цепи с разрывами экрана могут быть заземлены в одной или нескольких точках. Особые инженерные ситуации могут потребовать перекрестного соединения.
Кабели, заполненные жидкостью или газом, по-прежнему используются в распределительных и передающих системах сегодня. Кабели напряжением 10 кВ и выше могут быть изолированы маслом и бумагой и проложены в жесткой стальной трубе, полужесткой алюминиевой или свинцовой оболочке. Для более высоких напряжений масло может находиться под давлением, чтобы предотвратить образование пустот, которые могут привести к частичным разрядам в изоляции кабеля.
Кабели с жидким наполнителем известны своим чрезвычайно долгим сроком службы с небольшими или нулевыми отключениями. К сожалению, утечки масла в почву и водоемы вызывают серьезную озабоченность, а поддержание парка необходимых насосных станций является утечкой из бюджета O+M большинства энергокомпаний. Кабели трубчатого типа часто преобразуются в цепи с твердой изоляцией в конце срока службы, несмотря на более короткий ожидаемый срок службы.
Современные высоковольтные кабели используют полиэтилен или другие полимеры, включая XLPE, для изоляции. Они требуют специальных методов соединения и концевой заделки, см. Высоковольтный кабель .
Все электрические кабели достаточно гибкие, что позволяет отправлять их на места установки намотанными на катушки, барабаны или ручные катушки. Гибкость является важным фактором при определении соответствующего класса скрутки кабеля, поскольку она напрямую влияет на минимальный радиус изгиба. Силовые кабели обычно имеют класс скрутки A, B или C. Эти классы позволяют направлять кабель в окончательное положение установки, в котором кабель, как правило, не будет нарушен. Классы A, B и C обеспечивают большую прочность, особенно при протягивании кабеля, и, как правило, дешевле. Энергокомпании обычно заказывают многожильный провод класса B для первичного и вторичного напряжения. Иногда можно использовать кабель среднего напряжения с одножильным проводником, когда гибкость не имеет значения, но приоритетны низкая стоимость и водонепроницаемость.
Приложения, требующие многократного перемещения кабеля, например, для переносного оборудования, используются более гибкие кабели, называемые «шнурами» или «флексами» (класс скрутки GM). Гибкие шнуры содержат тонкие многожильные проводники, скрученные в канат или пучки. Они имеют общие оболочки с соответствующим количеством наполнителей для повышения их гибкости, обучаемости и долговечности. Сверхпрочные гибкие силовые шнуры, такие как те, которые питают машину для резки в забое, тщательно спроектированы — их срок службы измеряется неделями. Очень гибкие силовые кабели используются в автоматизированном оборудовании, робототехнике и станках. Более подробное описание гибких силовых кабелей см . в разделе силовой шнур и удлинительный кабель . Другие типы гибких кабелей включают витую пару , расширяемый, коаксиальный , экранированный и коммуникационный кабель.
Рентгеновский кабель — это особый тип гибкого высоковольтного кабеля .
