Классификация и конструктивные элементы электрических кабелей

Кабелем связи называется электротехническое изделие, содержащее изолированные проводники, объединенные в единую конструкцию и заключенные в общую металлическую или пластмассовую оболочку и защитные покровы.

Электрические кабели классифицируют по следующим признакам: область применения, спектр передаваемых частот, конструкция, условия прокладки и эксплуатации.

1. В соответствии c построением сети связи, в зависимости от области применения, кабели связи подразделяют на магистральные, зоновые (внутриобластные), местные (городские и сельские), станционные (внутриобъектные).

2. По спектру передаваемых частот кабели делят на низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (свыше 10 кГц).

З. В зависимости от условий прокладки и эксплуатации кабели подразделяют на воздушные (подвесные), подземные (для пpoкладки в грунте), подводные и кабели для прокладки в канализации.

4. По конструкции и взаимному расположению проводников цепи электрические кабели бывают симметричные и коаксиальные. Симметричная цепь (пapa) состоит из двух изолированных проводников c одинаковыми конструктивными и электрическими свойствами. У коаксиальной цепи внутренний проводник концентрически расположен внутри внешнего проводника, имеющего форму полого цилиндра (рис. 2.1, ж). Внутренний проводник изолирован от внешнего различными изоляционными прокладками (шайбами, баллонами, корделями и т.д.).

Конструктивные элементы электрических кабелей. B конструктивном отношении кабель состоит из сердечника и защитных покровов. Сердечник - это скрученные в определенном порядке изолированные проводники, образующие электрические цепи.  Защитные покровы − это влагонепроницаемая оболочка (металл, пластмасса и металлопластмасса) и наружные покровы (джут, броня, шланг).

Сердечник содержит следующие конструктивные элементы:

1. Токопроводящие жилы − изготавливают из меди, алюминия или алюминия и меди (биметалла). Медь, как правило, используют отожженную, мягкую марки ММ c удельным сопротивлением ρ = 0,01754 Ом•мм²/м и температурным коэффициентом сопротивления постоянному току а_r0 = 0,004 (1/град).

Для ВЧ кабелей связи чаще всего применяют медные жилы диаметрами 0,9 и 1,2 мм, a также алюмомедные жилы (на алюминиевую жилу наносят тонкий слой меди). B подводник и радиочастотных кабелях используют многопроволочную жилу, состоящую из скрученных проволок разного сечения.

Для городских кабелей применяют медные жилы диаметром 0,32; 0,4; 0,5 и 0,7 мм. B коаксиальных кабелях в качестве внешнего проводника служат цилиндрические медные трубки c продольным швом, гофрированные или оплеточные, а также алюминиевые трубки.

2. Изоляция токопроводящих жил. Для изоляции жил кабелей связи наряду c бумагой используют полимеризационные пластмассы − полистирол (стирофлекс), полиэтилен, фторопласт. При конструировании кабельной изоляции стремятся сделать так, чтобы количество твердого диэлектрика было минимальным, обеспечивающим устойчивость изоляции и жесткость конструкции кабеля, а количество воздуха, как наилучшего диэлектрика.

Известны следующие конструкции сплошной и воздушной комбинированной изоляции в кабелях связи:

· трубчатая − выполняется в виде бумажной или пластмассовой ленты, наложенной в виде трубки (рис. 2.1, а);

· кордельная − состоит из корделя, накладываемого на проводник по спирали, из тонкой ленты, наложенной поверх корделя (рис. 2.1, б);

· сплошная − выполняется из сплошного слоя пластмассы (рис. 2.1, в);

· пopистая − образуется из слоя пенопластa (рис. 2.1, г);

· баллонная − представляет собой тонкостенную пластмассовую трубку, внутри которой свободно располагается проводник. Трубка периодически в точках или по спирали обжимается горячим инструментом и надёжно удерживает после затвердевания жилу в центре изоляции (рис. 2.1, д, е);

· шайбовая − выполняется в виде шайб из твердого диэлектрика, насаживаемых на проводник через определенное расстояние (рис. 2.1, ж).

Рисунок 2.1 − Основные типы изоляции токопроводящих жил

Наибольшее применение находят следующие виды изоляции:

- для кабелей ГТС и СТС трубчатая бумажная, сплошная полиэтиленовая, пористая бумажная и полиэтиленовая;

- для симметричных ВЧ кабелей кордельно-бумажная, кордельно-полистирольная, сплошная и пористо-полиэтиленовая.

Изолированные жилы, скрученные определенным образом, образуют элемнтрные группы. Жилы скручивают для защиты от взаимных электромагнитных влияний.

B симметричных кабелях применяют следующие наиболее распространенные способы скрутки изолированных проводников в группы (рис. 2.2):

- парная скрутка (П) − два изолированных проводника скручиваются c шагом до 300 мм, обозначается 1x2 (одна пара);

- звездная скрутка (3) − четыре изолированные жилы, расположенные по углам квадрата, скручивают c шагом 150...300 мм, обозначается 1х4 (одна четверка);

- двойная парная скрутка (ДП)  − две предварительно свитые пары скручивают между собой в четверку c шагом 150...300 мм;

Рисунок 2.2 − Типы скрутки жил в группы: а − парная скрутка; б − звездная скрутка; в − двойная парная скрутка; г − двойная звездная скрутка

Скрученные в группы изолированные жилы систематизируют по определенному закону и объединяют в общий кабельный сердечник. Различают сердечники c однородной (одинаковая структура элементарных групп − четверки, пары) и неоднородной (разнородные по структуре и диаметру элементарные группы) скрутками. В зависимости от характера образования сердечника различают повивную и пучковую скрутки (рис. 2.3).

B повивной скрутке элементарные группы располагают последовательными концентрическими слоями (повивами) вокруг центрального повива, состоящего из 1...5 групп (рис. 2.3, a, б). Смежные повивы скручивают в противоположные стороны для уменьшения взаимного влияния и придания кабельному сердечнику большей механической прочности.

Рисунок 2.3 − Виды скрутки кабельного сердечника: а − повивная однородная система скрутки групп кабельных жил в сердечнике; б − повивная неоднородная система скрутки групп кабельных жил в сердечнике; в − пучковая система скрутки групп кабельных жил в сердечнике

При пучковой скрутке группы сначала объединяют в пучки (50 или 100 групп), a затем, пучки скручивают вместе, образуя сердечник кабеля (рис. 2.3, в). Пучковую скрутку применяют лишь для НЧ кабелей ГТС. Также применяется разнонаправленный способ скрутки кабелей ГТС, заключающийся в том, что отдельные отрезки кабеля имеют попеременно то правую, то левую скрутку (SZ-скрутка).

Защитные покровы. Сердечник кабеля покрывают поясной изоляцией из полиэтиленовой или бумажной ленты и заключают в герметичную оболочку для защиты жил от влаги, света и других атмосферных факторов, а также механических и электромагнитных воздействий. Оболочки бывают металлические (свинцовые, алюминиевые, стальные, гофрированные), пластмассовые (полиэтиленовые) и металлопластмассовые.

K металлическим оболочкам относятся главным образом свинцовые, алюминиевые и стальные. Свинцовые оболочки накладываются на сердечник методом опрессовывания в горячем виде. Чтобы свинцовая оболочка имела большую твердость и вибростойкость, ее изготавливают из легированного свинца c присадкой 0,4...0,8% сурьмы. Алюминиевые оболочки выпрессовывают в горячем виде или изготавливают из ленты со сварным продольным швом при помощи аргонно-дуговой сварки или сварки токами высокой частоты. Алюминиевые оболочки более предпочтительны, так как они легкие, дешевые и обладают высокими экранирующими свойствами. Однако они сильно подвержены электрохимической коррозии, поэтому их надежно защищают полиэтиленовым шлангом c предварительно наложенным слоем битума. Стальные оболочки изготавливают путем сварки. Для повышения гибкостью их гофрируют, a c целью защиты от коррозии покрывают полиэтиленовым шлангом.

Из пластмассовых оболочек наибольшее применение получили полиэтиленовые и поливинилхлоридные. Пластмассовые оболочки сочетают влагостойкость, стойкость против коррозии, придают кабелю гибкость, легкость и вибростойкость. Однако через пластмассу постепенно диффундируют водяные пары, что приводит к снижению сопротивления изоляции кабеля. Поэтому полиэтиленовые оболочки используются в кабелях c полиэтиленовой изоляцией жил. Поливинилхлоридные оболочки по причине низкой влагостойкости применяются в основном в станционных кабелях. Достоинством поливинилхлоридных оболочек является большая огнестойкость. Из металлопластмассовых оболочек в кабельной технике находит применение алюмополиэтиленовая оболочка, представляющая собой полиэтиленовую трубку, металлизированную внутри слоем алюминиевой фольги.

Металлические оболочки не только защищают сердечник кабеля от механических воздействий, но и выполняют функцию экрана, т.е. защищают электрические цепи от электромагнитных воздействий. При прокладке кабелей непосредственно в земле или в воде они обязательно снабжаются дополнительной защитой. Защита включает подушку, броневой покров и наружный покров. Подушка бронированных кабелей обычно состоит из последовательно наложенных слоев битумного состава и пропитанной кабельной пряжи (джута). Броневой покров (броня) выполняется из стальных лент, плоской или круглой стальной проволоки. Поверх брони на кабель накладывается наружный покров, состоящий из пропитанной битумом кабельной пряжи. B кабелях c алюминиевыми и стальными оболочками и бронепокровами, которые сильно подвержены коррозии, применяются усиленные защитные покровы из вязкого подклеиваемого битумного слоя и стирофлексного шланга.