Анатомія силового кабелю: конструкція кабелю шар за шаром — від жили до зовнішньої оболонки

Кожен тендер вимагає «кабель», але жодні два тендери не вимагають однакового. Напруга, жила, екран, броня, оболонка та стандарт щоразу поєднуються по-різному. Щоб проєктувати швидко й правильно, корисно бачити силовий кабель таким, яким він є: набором концентричних шарів, кожен із яких має свою функцію й залежить від шарів під ним.

Ця стаття розглядає типовий силовий кабель з екструдованою ізоляцією від центру назовні: для чого потрібен кожен шар, що визначає його конструкцію і де зазвичай виникають помилки.

1. Жила

Жила проводить струм навантаження. Основні варіанти — матеріал (мідь або алюміній), клас (однодротова, багатодротова або гнучка) і форма (кругла, ущільнена, секторна або, для дуже великих перерізів ВН, сегментна). Переріз визначають три різні вимоги — тривалий струм, струм короткого замикання та втрата напруги, — і розуміння того, яка з них домінує, показує, де шукати оптимізацію. Детальніше — у статті IEC 60228: пояснення.

2. Екран по жилі (СН і вище)

Починаючи із середньої напруги, напівпровідний шар поверх жили згладжує електричне поле навколо окремих дротів. Без нього піки поля на поверхні дротів спричиняли б часткові розряди й старіння ізоляції зсередини.

3. Ізоляція

Ізоляція утримує напругу. PVC домінує там, де важливі низька вартість і низька напруга; XLPE — вибір за замовчуванням для більшості сучасних силових кабелів, бо витримує вищі робочі температури й температури короткого замикання; EPR додає гнучкості; безгалогенні компаунди застосовують у будівлях, тунелях і на транспорті. На низькій напрузі товщина ізоляції — переважно механічне питання. На середній і високій напрузі її визначає електрична напруженість — саме тому перехід на один клас напруги вище змінює весь кабель. Детальніше — у статті PVC, XLPE, EPR чи LSZH.

4. Екран по ізоляції (СН і вище)

Другий напівпровідний шар поверх ізоляції забезпечує розташування ізоляції між двома гладкими еквіпотенціальними поверхнями. Зчеплений чи знімний? Звучить як дрібниця, але це впливає на технологію монтажу муфт і кабельну арматуру, тому енергокомпанії часто це визначають.

5. Металевий екран або оболонка

Металевий екран обмежує електричне поле, проводить ємнісний струм і — головний чинник проєктування — струм замикання на землю. Мідні дроти, мідні стрічки, свинцеві оболонки, металеві ламінати та алюмінієві оболонки існують із різних причин: стійкість до струму КЗ, радіальна водонепроникність, маса, вартість. Вищий рівень струму КЗ означає більше металу в екрані, а в одножильних лініях це може означати більші втрати й менший допустимий струм.

6. Заповнювачі, скріпні стрічки та внутрішня оболонка (багатожильні кабелі)

Заповнювачі та скріпні стрічки надають скрученим жилам круглої форми, щоб наступний шар лягав на циліндричну поверхню. Внутрішня оболонка або подушка захищає жили від броні. Ці «невидимі» шари однаково витрачають матеріал і збільшують діаметр.

7. Броня

Броня забезпечує механічний захист, а іноді й шлях для струму замикання на землю. Сталевий дріт — стандартний вибір для багатожильних кабелів, що прокладаються в ґрунті; алюмінієвий дріт застосовують в одножильних кабелях змінного струму, де магнітна сталь спричиняла б значні втрати; сталева стрічка забезпечує стійкість до роздавлювання; оплітки підходять для гнучких і суднових кабелів. Розміри броні вибирають за діаметром під нею, тож зміна в нижніх шарах може непомітно перевести конструкцію на інший розмір броні.

8. Зовнішня оболонка

Зовнішня оболонка захищає все, що під нею, від вологи, стирання, хімічних речовин, сонячного світла, а на деяких ринках — від термітів і гризунів. PVC, поліетилен і безгалогенні компаунди мають кожен своє місце. Як і для броні, товщина оболонки зазвичай залежить від діаметра під нею.

Ключовий висновок: кабель — це ланцюг залежностей

1. Переріз жили визначає діаметр жили.
2. Напруга (а на НН — і переріз жили) визначає ізоляцію.
3. Діаметр по ізоляції визначає екран і діаметр скрутки.
4. Діаметр під бронею визначає вибір броні.
5. Діаметр під оболонкою визначає оболонку.
6. Усе разом дає зовнішній діаметр, масу, радіус згину, будівельну довжину на барабані та специфікацію матеріалів.

Змініть один вхідний параметр — більший переріз жили, вищу напругу, ще одну жилу — і зміщується кожен шар вище.

Де на практиці виникають помилки

• Конструкції «скопіювати й відредагувати». «Схожий» кабель копіюють в електронній таблиці й змінюють кілька клітинок. Броня чи оболонка, правильна для старого діаметра, тепер непомітно стає неправильною.
• Змішування правил для одножильних і багатожильних кабелів, наприклад сталева броня в одножильних лініях змінного струму.
• Ігнорування екрана в розрахунку допустимого струму. Розміри екрана, визначені струмом КЗ, змінюють втрати й допустимий струм в одножильних лініях.
• Розбіжність технічних паспортів і конструкцій. Технічний паспорт редагують вручну, і він уже не відповідає тому, що виготовлятиме завод.

Проєктування за стандартом — щоразу

Стандарти визначають більшість цих правил. Якщо закодувати їх один раз і застосовувати до кожної нової конструкції, проєктування кабелю перетворюється з ручної роботи, схильної до помилок, на відтворюваний процес.

Саме це робить CablePLM. Кожен пакет стандартів кодує правила свого стандарту як версійовану методику розрахунку. Введіть напругу, жилу, екран, оболонку та стандарт — і отримаєте повну конструкцію шар за шаром, специфікацію матеріалів, технічний паспорт і допустимі струми за IEC 60287, причому кожне значення позначене як дані стандарту або оцінка.

Далі: IEC 60502-1 для силових кабелів низької напруги.

Хочете побачити, як буде побудовано ваш власний асортимент кабелів? Замовте демо.