Кабели

# Кабель

Ка́бель (вероятно, через нем. Kabel или нидерл. kabel из фр. câble, от лат. сарulum «аркан») — конструкция из одного или нескольких изолированных друг от друга проводников (жил), или оптических волокон, заключённых в оболочку[1]. Кроме жил и изоляции кабель может содержать экран, сердечник, заполнитель, стальную или проволочную броню, металлическую оболочку, внешнюю оболочку. Каждый конструктивный элемент нужен для работоспособности кабеля в определённых условиях среды.[*источник не указан 2093 дня*]

В отличие от кабеля, провода не могут быть предназначены для прокладки под водой и в земле.[2]:84 Первый кабель для прокладки в море (1850 г.) не имел оболочки, изоляция жил была устойчива к влаге и для защиты использовалась броня.[2]:103

Существуют также кабели, совмещающие в себе функции передачи и излучения радиосигналов (излучающий кабель), либо преобразования электрической энергии в тепло на большой протяжённости (греющий кабель).

## История Править

Коммерческое производство телеграфных кабелей началось в Англии в 1851 году. Технология производства телеграфных кабелей развилась на базе канатного производства. До создания специализированных кабельных производств кабели изготовлялись в том числе на канатных фабриках. Из техники производства кабеля слабого тока развилось производство силового кабеля. Старейший в Германии кабельный завод Carlswerk был построен в 1874 году.[3]:5

В 1878 году инженер-технолог М. М. Подобедов организовал в России на Васильевском острове Санкт-Петербурга первые кустарные мастерские для выработки проводников с шёлковой и хлопчатобумажной изоляцией, на которых работало несколько человек. Там же им было создано небольшое предприятие «Русское производство изолированных проводников электричества Подобедовых, Лебурде и Ко», преобразованное в 1888 году в завод «Русское производство проводов электричества» М. М. Подобедова. 25 октября 1879 года Вернеру фон Сименсу (фирма «Сименс и Гальске») было выдано свидетельство на производство работ в построенном им заводе по изготовлению изолированной проволоки и телеграфных проводов в Васильевской части Санкт-Петербурга (впоследствии завод «Севкабель»)[4].

## Классификация кабелей Править

Телефонный кабель пучковой скрутки

Оптический кабель

Группы однородной кабельной продукции включают кабели:

* кабели силовые для стационарной прокладки на напряжение до 35 кВ включительно;
* кабели силовые для стационарной прокладки на напряжение 110 кВ и выше;
* кабели силовые для нестационарной прокладки;
* кабели связи симметричные;
* кабели связи коаксиальные;
* кабели связи телефонные;
* кабели связи телефонные распределительные;
* кабели радиочастотные;
* кабели управления;
* кабели контрольные;
* кабели оптические;
* кабели греющие (саморегулируемые, самоограничивающиеся, кабели с постоянной мощностью параллельного типа, кабели последовательного типа с полимерной изоляцией, кабели с минеральной изоляцией);
* прочие кабельные изделия (судовые, шланговые и т. д.)[5].

Также кабели разделяют по:

* типу и наличию изоляции;
* типу и наличию экрана;
* по количеству жил;
* по материалу жил;
* по гибкости:
	+ для подвижного соединения;
	+ для неподвижного соединения.

Стандарт ISO 11801 2002 детально описывает классификацию кабелей.

Подробнее по этой теме см. Маркировка кабеля.

## Токопроводящие жилы Править

Телефонный кабель повивной скрутки

Воздушная линия электропередачи переходит в кабельную

Жилы в кабелях изготавливаются из следующих материалов:

* для передачи электрической энергии и сигналов: медь, алюминий, сталь, серебро, золото, сплавы различных металлов, сверхпроводящие материалы;
* для передачи оптических сигналов: стекло, пластмассы;
* для рассеивания тепла: нихром, константан.

Токопроводящие жилы силовых кабелей нормируют по сечению[6]. Внутренний проводник радиочастотных и коаксиальных кабелей связи, жилы симметричных кабелей связи, жилы кабелей для сигнализации и блокировки нормируются по их диаметру[7].

В случаях, когда кабели необходимо герметизировать (например, для судовых кабелей), промежутки между проволоками многопроволочных жил заполняют герметизирующим составом[8].

Диаметр однопроволочных медных жил симметричных высокочастотных, станционных, телефонных (для соединительных и абонентских линий сетей местной телефонной связи) кабелей должен соответствовать ряду: 0,32; 0,4; 0,5; 0,64; 0,7; 0,9; 1,2 мм; для многопроволочных жил — диаметр медных проволок (0,1…0,52) мм, число проволок от 7 до 19[9].

## Материал оболочки Править

Оболочка кабеля предназначена для защиты проводников и изоляторов от внешних воздействий, прежде всего от влаги, которая приводит к нарушению изоляции электрических кабелей, а также помутнению оптических волокон.

Оболочка кабеля может состоять из одного и более герметизирующих и армирующих слоёв, в качестве этих слоёв могут применяться различные материалы: ткань, пластмассы, металл, резина и проч. Кабели для передачи электрических сигналов могут быть снабжены экраном из металлической сетки, листового металла (фольги) или полимерной плёнки с тонким металлическим покрытием.

### Поливинилхлоридные (ПВХ) пластикаты Править

Поливинилхлоридные пластикаты, применяемые в кабельных изделиях, делятся на три основные группы:

* изоляционные — имеют высокие электрические характеристики;
* шланговые — применяемые для защиты элементов кабельных изделий;
* полупроводящие — используемые для изготовления экранов[10].

Твёрдый поливинилхлорид имеет высокое содержание хлора (около 57 %) и воспламеняется с трудом. Один килограмм твёрдого поливинилхлорида выделяет 350 литров газообразного хлороводорода, который при растворении может дать более 2 литров концентрированной (25 %) соляной кислоты.

Для изоляции кабелей применяется мягкий поливинилхлорид или кабельный пластикат. Этот материал содержит 50 % различных добавлений (пластификаторов и др.), которые сильно изменяют горючие свойства полимера. Пластификаторы начинают улетучиваться уже при температуре 200 °C и загораются. Содержание хлора уменьшается примерно до 35 %, и его не хватает, чтобы препятствовать распространению огня. Однако при сильном выделении хлороводорода твёрдый поливинилхлорид, удалённый от очага, не загорается, и пожар гаснет.

Благодаря перепаду температур, тяге, создаваемой в кабельных шахтах, газы, содержащие хлороводород, уносятся от очага пожара, проникают в щитовые и аппаратные помещения и оседают на оборудовании[11].

В начале 1980-х годов требования к пожарной безопасности кабелей сводились в основном к нераспространению горения по длине кабельных изделий, проложенных одиночно или в пучках. Для этого применяли оболочки кабельных изделий, изготовленных из пластикатов марок О-40, ГОСТ 5960-72 (кабели ВВГ, АВВГ)[12]; при испытании пластиката образец длиной 130 мм, шириной 10 мм и толщиной 2 мм вносится в пламя газовой или спиртовой горелки с выдерживанием его в пламени под углом 45° до воспламенения, после этого образец достаётся из пламени и должен потухнуть за время не более 30 секунд[13], и НГП 30-32 (НГП 40-32) (ТУ 1328-86)[14].

Проводились экспериментальные исследования, моделирующие прокладку кабеля в пожароопасном помещении. Кабели АВВГ 3х25+1х16 прокладывались горизонтально на лотках и покрывались слоем опилок. При укладке в три ряда и 14 кабелей в ряду кабельная трасса выгорала полностью по всей длине. При этом были зафиксированы скорости: на нижнем ряду 0,00154 м/с, на среднем 0,00167 м/с, на верхнем 0,00170 м/с[15].

ГОСТ 5960-72 «Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей» был разработан и введён в действие с 1 января 1974 года, имеет 9 изменений. С 1991 года работы по внесению технических изменений в ГОСТ 5960-72 были прекращены. Дальнейшие разработки и модификации существующих марок ПВХ пластикатов оформлялись в виде технических условий[16]. С 1 июля 2010 отменяется действие на территории РФ стандартов ГОСТ 6323-79 «Провода с поливинилхлоридной изоляцией для электрических установок. ТУ» и ГОСТ 16442-80 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. ТУ» и вводятся в действие ГОСТ Р 53768-2010 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение 450/750 В включительно. ОТУ» и ГОСТ Р 53769-2010 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. ОТУ»[17]. С 1 января 2014 отменяется действие на территории РФ стандартов ГОСТ Р 53768-2010 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение 450/750 В включительно. ОТУ» и ГОСТ Р 53769-2010 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. ОТУ» и вводятся в действие ГОСТ 31947-2012 «Провода и кабели для электрических установок на номинальное напряжение до 450/750 В включительно. ОТУ» и ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ. ОТУ»[18].

### Пропитанная бумажная изоляция Править

Кабельная бумага по ГОСТ 23436-83 для изоляции силовых кабелей на напряжение до 35 кВ марок К и КМП изготавливается из небеленой сульфатной целлюлозы, марки КМ — из небелёной сульфатной целлюлозы для многослойной кабельной бумаги. Кабельная бумага по ГОСТ 645-79 для изоляции кабелей на напряжение от 110 до 500 кВ изготавливается из специальной сульфатной небелёной целлюлозы, бумага марок КВМ (многослойная) и КВМС (многослойная стабилизированная) выпускается машинной гладкости, а бумага марки КВМСУ (многослойная стабилизированная уплотнённая) — каландрированной[19].

### Полиэтиленовая изоляция Править

Коаксиальный фидер с полувоздушной изоляцией

Современные кабели производятся с изоляцией из сшитого полиэтилена и используются в сетях различного класса напряжения (до 500 кВ). Применение сшитого полиэтилена обеспечивает высокие диэлектрические свойства изоляции, высокие механические свойства, более высокие по сравнению с бумажно-масляной изоляцией термические режимы, надёжность и долговечность кабелей. Применяются термоусаживаемые кабельные муфты для эффективного соединения[20].

Распространение пожара в Останкинской телебашне в направлении сверху вниз было обусловлено стекающим расплавом полиэтиленовой оболочки фидеров. В лабораторных условиях скорость распространения пламени составляла 0,25-0,50 м/мин; при пожаре на телебашне, из-за высокой объёмной температуры, скорость распространения выросла в 2-4 раза, при этом падающие вниз горевшие капли полиэтилена создавали вторичные очаги пожара.

Из-за высокой температуры в очаге пожара и высокой теплопроводности жил меди огнезащита антенных фидеров оказалась не эффективна. В качестве огнезащиты использовалась краска для полиэтиленовой оболочки фидеров и изоляция поверхности стекловолоконной тканью. Огнезащитная конструкция обвисала и опадала при интенсивном горении полиэтилена изнутри. Кроме активного горения фидеров, имевших горючие внешние полиэтиленовые оболочки, вклад внесло также горение других кабелей, которые не были защищены огнезащитными составами[21].

### Маслонаполненный кабель Править

Маслонаполненный кабель — это кабель с избыточным давлением, создаваемым маслом, входящим в состав бумажной пропитанной изоляции, и предусмотренной компенсацией температурных изменений объёма масла.

Маслонаполненный кабель в трубопроводе — это маслонаполненный кабель с отдельно экранированными жилами, заключёнными в трубопровод, служащий оболочкой[22].

Развитие пожаров в кабельных помещениях с кабелями в маслонаполненных трубах при равных условиях газообмена происходит более интенсивно, чем по кабелям воздушной прокладки. Вызвано это тем, что масло в трубах находится при температуре 35-40 °C под избыточным давлением и при разгерметизации трубы растекается, увеличивая площадь горения[23].

В России выпускались кабели на напряжение 110—500 кВ с необходимой арматурой. С 2005 года сняты с производства, и в настоящее время существующие линии заменяются высоковольтными кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена.

## Пожарная безопасность кабелей Править

### Опасность коротких замыканий Править

Физическая модель загорания в металлическом коробе с крышкой:

* происходит короткое замыкание в одном из кабелей, выделяется значительное количества тепла, кабель нагревается до температуры 900—1000 °C и загорается;
* прогреваются близлежащие кабели до температур пиролиза 280—900 °C, это приводит к выделению теплоты и вовлечения в процесс горения близлежащих кабелей по мере их прогрева;
* выделяющиеся при пиролизе газы разогревают верхнюю крышку короба, и она под действием термических напряжений деформируется и смещается, давая доступ кислороду[24].

### Опасность длительных перегрузок Править

При воздействии тока перегрузки происходит разогрев токопроводящей жилы, изоляции, оболочки кабеля. При достижении предельной температуры начинаются химические реакции термического разложения и газификации материала изоляции и оболочки кабеля. Образующиеся при этом продукты термического разложения нагреваются и смешиваются с воздухом, происходит термическое окисление. При достижении критических значений концентрации продуктов термического разложения в воздухе и температуры газовой смеси происходит воспламенение[25].

### Распространение горения кабельными линиями и электропроводками Править

Многие кабели распространяли горение при групповой или одиночной прокладке, имея оболочки из обычного ПВХ-пластиката (АВВГ, ВВГ, КВВГ и т. п.) или даже из полиэтилена (ТПП)[26]. Кабели ВВГ и НРГ при их количестве в пучке пять или более в большинстве случаев распространяют горение при вертикальном расположении[27].

Низшая теплота сгорания изоляции кабелей, распространяющих горение, составляет от 16,9 до 19,2 МДж/кг, а для НГ и огнестойких от 22,5 до 25,2 и 32 МДж/кг, соответственно[28].

Распространение горения по кабельным линиям и электропроводкам зависит от отношения теплоты сгорания к объёму пучка кабелей и/или проводов (объем включает в себя воздушные зазоры между кабелями и проводами)[29].

Эксплуатация на электростанциях и других энерговооружённых предприятиях кабелей, которые удовлетворяют только требованиям по нераспространению горения для одиночного кабеля, была сопряжена со значительным числом пожаров, приводящих к большому ущербу. В 1984—1986 годах во ВНИИ кабельной промышленности были разработаны кабельные изделия массового применения, которые не распространяют горение при групповой прокладке. Первоначально такие кабели и провода применялись на атомных электростанциях, однако затем эти кабельные изделия были использованы и в других областях промышленности. В обозначения марок кабелей такого типа введён индекс «нг»[30]. Согласно статистике, с 1990 по 2008 год на АЭС горения кабелей типа «нг» не происходило[28].

### Выделение токсичных веществ при горении Править

В химическом составе оболочек кабелей с маркировкой «нг» присутствуют элементы галогенового ряда. Кабель имеет повышенную устойчивость к распространению горения и возгоранию от коротких замыканий. Однако горение его в условиях пожара, когда он сам подвергается воздействию пламени, может привести к повышению уровня токсичности продуктов горения. Поэтому их применение в метрополитенах Западной Европы было запрещено в конце 1970-х годов[31].

Для решения проблем, связанных с выделением  и задымлением, был создан класс кабельных материалов, не содержащих галогены, то есть не выделяющих коррозионно-активных газов и имеющих существенно более низкий уровень выделения дыма — так называемых композиций. Безгалогенные кабельные композиции разрабатываются из необходимости увеличения их кислородного индекса до величин порядка 35…40. Это достигается за счет введения в исходный полимер антипиренов-гидроокисей. В промышленных масштабах используются гидроокиси алюминия Al(OH)3 и магния Mg(OH)2 синтетического и природного происхождения. Механизм антипиренного действия гидроокисей заключается в поглощении большого количества тепла за счет выделения воды при повышении температуры. Базовыми полимерами для промышленных безгалогенных композиций являются, в основном, сополимеры этилена: этиленвинилацетат (EVA), этилен-акрилатные полимеры (EMA, EEA, EBA), металлоценовые этилен-октен сополимеры (mULDPE) и этилен-пропиленовые сополимеры (EPR/EPDM)[32].

Испытания огнепреграждающих конструкций в кабельном канале

## Устойчивость к нагреву Править

Подробнее по этой теме см. Нагревостойкость и огнестойкость кабеля.

Нагревостойкость диэлектрика — способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств. Синонимами являются термины: температуростойкость, термостойкость, термическая устойчивость, термостабильность[33].

Огнестойкость — параметр, характеризующий работоспособность кабельного изделия, то есть способность кабельного изделия продолжать выполнять заданные функции при воздействии и после воздействия источником пламени в течение заданного периода времени[34].

## Разделка оконцовок кабелей Править

Оконцовки кабельной продукции, как правило, нуждаются в подготовке перед монтажом. Процесс подготовки кабеля к подключению называют разделкой кабеля. Чаще всего подразумевается удаление изоляции на требуемую длину, монтаж разъемов или кабельных наконечников, маркировка проводов, электро- и гидроизоляция оконцовок.

Опрессовка применяется при оконцевании и соединении алюминиевых (медных) жил кабелей, в основу которой положен принцип местного вдавливания трубчатой части металлического наконечника (по ГОСТ 9581-68 или ГОСТ 7368-70) или соединительной гильзы в жилу кабеля. При этом происходит уплотнение проволок жилы и образуется надёжный электрический контакт. Применяемый инструмент — кримпер. Допускаемой для опрессовки сечение жил кабелей от 4 до 240 мм². Перед опрессовкой секторных жил они могут быть предварительно сформованы (округлены). Указания по области применения опрессовки приведены в «Инструкции по оконцеванию и соединению алюминиевых и медных жил изолированных кабелей» МН139-67 ММСС СССС и в дополнениях к ней.

В качестве альтернативы применяется:

* пайка многопроволочных медных жил припоем ПОС-30 методом повива с применением флюса (канифоль, паяльный жир, стеарин) и последующим наплавлением припоя непосредственно в форму или наконечник; пайка алюминиевых жил производится с предварительным облуживанием жил припоем А;
* термитная сварка (для соединения и оконцевания алюминиевых жил с сечением от 16 до 800 мм²), которая осуществляется при помощи термитных патронов за счёт выделяемого при их сгорании тепла. Сечение жилы кабеля напряжением до 35 кВ, оконцовываемого при помощи термитной сварки от 300 до 800 мм².

## Защита от попадания влаги Править

Попадание в кабель влаги вредит как электрическим (из-за уменьшения сопротивления изоляции, вплоть до пробоя, коррозии токопроводящих жил), так и оптическим (за счёт помутнения оптического волокна) кабелям. Чтобы защитить кабели связи от влаги, используется гидрофобный заполнитель, а также компрессорно-сигнальные установки, подающие в кабель осушенный воздух повышенного давления. Концы кабеля после обрезки необходимо закапировать. Также для обнаружения повреждений кабеля, связанных с нарушением герметичности его оболочки, в кабель может подаваться индикаторный газ, место утечки которого можно с высокой точностью обнаружить с помощью течеискателей[35].