Силовой кабель — это электрический кабель , состоящий из одного или нескольких электрических проводников , обычно скрепленных общей оболочкой. Сборка используется для передачи электроэнергии . Силовые кабели могут быть проложены в качестве постоянной проводки внутри зданий, зарыты в землю, проложены над головой или открыты. Силовые кабели, свернутые в термопластическую оболочку и предназначенные 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 она использовалась для цепей освещения. [2] Кабель с резиновой изоляцией использовался для цепей напряжением 11 000 В в 1897 году, установленных для энергетического проекта Ниагарского водопада .
Кабели среднего напряжения с массовой пропиткой и бумажной изоляцией стали коммерчески практичными к 1895 году. Во время Второй мировой войны к кабелям применялось несколько разновидностей изоляции из синтетического каучука и полиэтилена . [3]
Типичное жилое и офисное строительство в Северной Америке использует несколько технологий:
Современные силовые кабели бывают самых разных размеров, материалов и типов, каждый из которых специально адаптирован для своего применения. [6] Большие одинарные изолированные проводники в промышленности также иногда называют силовыми кабелями. [7]
Кабели состоят из трех основных компонентов: проводников, изоляции, защитной оболочки. Состав отдельных кабелей варьируется в зависимости от применения. Конструкция и материал определяются тремя основными факторами:
Кабели для прямой прокладки или для открытой прокладки могут также включать металлическую броню в виде проволок, навитых 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 пропускания тока во время нормальной работы. Электрические силовые кабели иногда прокладываются в кабельных каналах, включая электрические кабелепроводы и кабельные лотки, которые могут содержать один или несколько проводников. Если строительный кабель с неметаллической оболочкой (NM-B) предназначен для использования внутри здания, он состоит из двух или более жил (плюс заземляющий проводник), заключенных в термостойкую изоляционную оболочку из термопласта. Он имеет преимущества перед бронированным строительным кабелем, поскольку он легче, с ним проще обращаться, а с его оболочкой легче работать. [8]
В силовых кабелях используются многожильные медные или алюминиевые жилы, хотя в небольших силовых кабелях могут использоваться одножильные проводники размером до 1/0. ( Подробное описание медных кабелей см. в разделе « Медный провод и кабель» . ). Кабель может включать в себя неизолированные жилы, используемые для нейтрали цепи или для заземления. Заземляющий проводник соединяет корпус/корпус оборудования с землей для защиты от поражения электрическим током. Эти неизолированные версии известны как неизолированные или луженые неизолированные проводники. Общая сборка может быть круглой или плоской. В сборку могут быть добавлены непроводящие жилы-наполнители для сохранения ее формы. Наполнители могут быть изготовлены в негигроскопичных версиях, если это необходимо для применения.
Силовые кабели специального назначения для подвесных работ часто изготавливаются из высокопрочного сплава, ACSR или алюмосварного материала. 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 вертикального применения кабель может включать армированную проволоку поверх оболочки из стали или кевлара . Броневые проволоки периодически прикрепляются к опорным пластинам, чтобы выдержать вес кабеля. Опорная пластина может быть установлена на каждом этаже здания, башни или сооружения. Этот кабель будет называться бронированным стояковым кабелем. Для более коротких вертикальных переходов (возможно, 30–150 футов) можно использовать небронированный кабель в сочетании с захватами для корзин (Kellum) или даже специально разработанными заглушками для воздуховодов.
Спецификация материала оболочки кабеля часто учитывает устойчивость к воде, маслу, солнечному свету, подземным условиям, химическим парам, ударам, огню или высоким температурам. В атомной промышленности к кабелю могут предъявляться особые требования по устойчивости к ионизирующему излучению. Материалы кабеля для транзитного применения могут быть указаны так, чтобы не выделять большого количества дыма при горении (низкий дым, ноль галогенов). Кабели, предназначенные для непосредственного захоронения, должны учитывать возможность повреждения в результате засыпки или раскопок. Для этого обычно используются оболочки из полиэтилена высокой плотности или полипропилена. Кабели, предназначенные для метро (подземных хранилищ), могут иметь в качестве приоритета маслостойкость, огнестойкость или низкую дымность. В наши дни немногие кабели все еще имеют общую свинцовую оболочку. Тем не менее, некоторые коммунальные предприятия по-прежнему могут устанавливать свинцовый кабель с бумажной изоляцией в распределительных цепях. Кабели передачи или подводные кабели, скорее всего, будут иметь свинцовую оболочку. Однако количество свинца снижается, и сегодня существует мало производителей, производящих такие изделия. Если кабели должны прокладываться в местах, подверженных механическим повреждениям (промышленные объекты), их можно защитить 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 может включать оптические волокна для передачи данных.
Для цепей, работающих при напряжении между проводниками 2000 В или выше, изоляцию проводника должен окружать проводящий экран. Это выравнивает электрическую нагрузку на изоляцию кабеля. Эту технику запатентовал Мартин Хохштадтер в 1916 году; [9] щит иногда называют щитом Хохштадтера. Помимо полупроводникового («полуконического») изоляционного экрана, будет еще и проводящий экран. Экран проводника может быть полупроводящим (обычно) или непроводящим. Назначение экрана проводника аналогично изоляционному экрану: он заполняет пустоты и выравнивает напряжение.
Для отвода паразитного напряжения над «полуиконом» будет установлен металлический экран. Этот экран предназначен для того, чтобы «обезопасить» кабель, снижая напряжение на внешней стороне изоляции до нуля (или, по крайней мере, ниже предела OSHA в 50 В). Этот металлический экран может состоять из тонкой медной ленты, концентрических заземляющих проводов, плоских полос, свинцовой оболочки или других конструкций. Металлические экраны кабеля подключаются к заземлению на концах кабеля и, возможно, в других местах по длине, если повышение напряжения во время неисправностей может быть опасным. Многоточечное заземление является наиболее распространенным способом заземления экрана кабеля. В некоторых специальных приложениях требуется разрыв экрана для ограничения циркулирующих токов во время нормальной работы цепи. Цепи с разрывами экрана могут быть заземлены в одной или нескольких точках. В особых инженерных ситуациях может потребоваться перекрестное соединение.
Кабели, наполненные жидкостью или газом, до сих пор используются в системах распределения и передачи. Кабели напряжением 10 кВ и выше могут быть изолированы маслом и бумагой и проложены в жесткой стальной трубе, полужесткой алюминиевой или свинцовой оболочке. При более высоких напряжениях масло можно держать под давлением, чтобы предотвратить образование пустот, которые могут привести к частичным разрядам внутри изоляции кабеля.
Кабели с жидкостным наполнением известны чрезвычайно длительным сроком службы практически без перебоев в работе. К сожалению, утечки нефти в почву и водоемы вызывают серьезную озабоченность, а содержание парка необходимых насосных станций является истощением бюджета эксплуатации и технического обслуживания большинства энергетических компаний. Кабели трубчатого типа часто переоборудуются в цепи с твердой изоляцией в конце срока службы, несмотря на более короткий ожидаемый срок службы.
В современных высоковольтных кабелях для изоляции используется полиэтилен или другие полимеры, в том числе сшитый полиэтилен . Они требуют специальных методов соединения и заделки, см. Высоковольтный кабель .
Все электрические кабели обладают некоторой гибкостью, что позволяет доставлять их к месту установки намотанными на катушки, барабаны или ручные бухты. Гибкость является важным фактором при определении соответствующего класса скрутки кабеля, поскольку она напрямую влияет на минимальный радиус изгиба. Силовые кабели обычно относятся к классу скрутки A, B или C. Эти классы позволяют привести кабель в окончательное положение установки, где он, как правило, не будет поврежден. Классы A, B и C обеспечивают большую долговечность, особенно при протягивании кабеля, и, как правило, дешевле. Электроэнергетические компании обычно заказывают многожильные провода класса B для приложений с первичным и вторичным напряжением. Иногда можно использовать одножильный кабель среднего напряжения, когда гибкость не является проблемой, но приоритетом является низкая стоимость и водонепроницаемость.
В приложениях, требующих многократного перемещения кабеля, например, для портативного оборудования, используются более гибкие кабели, называемые «шнурами» или «гибкими» (класс скрутки GM). Гибкие шнуры содержат тонкие многопроволочные жилы, скрученные канатом или пучковые жилы. Они имеют комбинезон с соответствующим количеством наполнителей для улучшения их гибкости, обучаемости и долговечности. Гибкие шнуры питания для тяжелых условий эксплуатации, например те, которые питают станок для забоя забоя, тщательно разработаны — их срок службы измеряется неделями. Очень гибкие силовые кабели используются в автоматизированном оборудовании, робототехнике и станках. Подробное описание гибких силовых кабелей см. в разделе шнур питания и удлинительный кабель . Другие типы гибких кабелей включают витую пару , расширяемый, коаксиальный , экранированный и коммуникационный кабель.
Рентгеновский кабель — это особый тип гибкого высоковольтного кабеля .
