Кабельдік өнімдер және олардың жіктелуі

 

Кабельдік ө німдерді ә р тү рлі белгілері бойынша классификациялауғ а болады: қ олданылуы бойынша, электр оқ шауламалы материалдардың қ олданылуы бойынша, конструктивті орындалу ерекшеліктері бойынша жә не т.б.

Қ олданылуы бойынша кабельдік ө німдер келесі тү рге бө лінеді:

1. электрлендірілген кө лік жә не ә уе электр беріліс желілері ү шін оқ шауланбағ ан сымдар;

2. электр энергиясын стационарлық тұ тынушыларғ а, энергияның жылжымалы тұ тынушыларына жә не т.б. тұ тынушыларғ а беру ү шін кү штік кабельдер;

3. бақ ылау кабельдері;

4. монтаждық сымдар;

5. орамалық сымдар;

6. тұ рмыстық жә не орнатылатын сымдар;

7. байланыс кабельдері (қ алалық, қ алааралық, т.с.с.);

8. арнайы кабельдер.

Электрлендірілген кө ліктердің жә не ә уе электр беріліс желілерінің оқ шауланбағ ан сымдарын эксплуатациялау кезінде, оларғ а ә сер ететін механикалық жү ктемелер болады. Оқ шауланбағ ан сымдарғ а атмосфералық қ алдық тар, коррозияны болдыратын ауаның тотық тануы ә сер етеді.

Ә уе электр беріліс желілері ү шін болат алюминийлі жә не алюминий сымдарды қ олдану кең інен тарағ ан.

Алюминийдің механикалық беріктілігі аз болғ андық тан, алюминй сымдар электр беріліс желілерінде сирек қ олданылады. Оларды механикалық жү ктемелері ү лкен емес жерлерде, мысалы, қ осалқ ы стансаның ашық шиналарында қ олдану тиімді.

Болат алюминийлі сымдар жан-жағ ынан алюминий сымдармен оралғ ан ішкі болат ө зекшеден тұ рады. Алюминий сымдардың қ имасының болат ө зекшенің қ имасына қ атынасы сымдардың арасындағ ы кең істіктің коррозиялық тө зімділігін жоғ арылату ү шін 3–10 мм² аралығ ында болады.

Электр кө лігі ү шін тү йіспелі сымдардың фасонды қ имасын мыстан немесе оның қ оспасынан дайындайды, мыстың тапшылығ ына байланысты ә уе электрлік беріліс желілерінде мыс сымдарды қ олданбайды десе де болады.

Кү штік кабельдер энергияның стационарлық тұ тынушыларын қ оректендіру ү шін (2.17-сурет) жер асты траншеяларында, каналдарда, блоктарда, туннельдерде тө сеу ү шін арналғ ан. Ток ө ткізгіш талсымдары электр энергиясының қ орек кө зінен оның тұ тынушыларына ток ө ткізуді қ амтамасыз етеді. Берілген энергияның мө лшері ток ө ткізгіш талсымдардың кедергісімен жә не электрлі оқ шауламаның рауалы максималды жұ мыстық температурасымен анық талады.

 

 

2.17-сурет. Брондалғ ан кү штік кабель

 

2.17-суретте келесі белгіленулер кө рсетілген: 1 - ток ө ткізгіш талсым; 2 - талсымдардың оқ шауламасы; 3 - белдеулік оқ шаулама; 4 - мырыштық қ абат; 5 - қ орғ аныстық жабын.

 

Ток ө ткізгіш талсымдардың қ имасының пішіні дө ң гелек (2.18-сурет), сегментті жә не секторлы (2.19-сурет) болуы мү мкін. 10 кВ дейінгі кернеуде кабельдер секторлық талсымдардан, ал жоғ ары кернеулерде домалақ талсымдардан дайындалады.

Кабельдерді тасымалдау жә не монтаждау кезінде қ олайлы болу ү шін, олардың иілгіштігі жеткілікті тү рде болуы керек. Кабельдің ү лкен қ ималы ток ө ткізгіш талсымдарының сә йкесті иілгіштігін алу мақ сатында жеке сымдармен ширатылғ ан тү рін дайындайды.

 

2.18-сурет. Жеке мырышталғ ан домалақ талсымдары бар кү штік кабель

 

2.18-суретте келесі белгіленулер кө рсетілген: 1 - ток ө ткізгіш талсым; 2 - жартылай ө ткізетін қ ағ аздан жасалғ ан экран; 3 - қ ағ аз-майлы оқ шаулама; 4 -жартылай ө ткізетін қ ағ аздан жасалғ ан экран; 5 - мырыштық қ абат; 6 -сің дірілген кабельдік жіптермен толық тыру; 7 - сымды брон; 8 - қ орғ аныс қ абаты.

 

 

2.19-сурет. 10 кВ кернеудегі секторлы талсымды жә не белдеулік оқ шауламалы ү ш фазалы кабель

 

2.19-суретте келесі белгіленулер келтірілген: 1 – ток ө ткізгіш талсым; 2 – фазалық оқ шаулама; 3 - белдеулік оқ шауламалы; 4 - толық тыру; 5 –мырышты немесе алюмини қ абық ша; 6 - бронның астындағ ы жастық; 7 - екі болат таспадан тұ ратын брон; 8 - сыртқ ы коррозияғ а қ арсы жабын.

 

Ток ө ткізгіш талсымдардың материалы ретінде мыс жә не алюминий қ олданылады. Кабельдің мыс талсымдарының меншікті кедергісі 0, 01793 мкОм·м аспауы керек. Алюминийдің меншікті кедергісі 0, 0294 мкОм·м, яғ ни 1, 64 есе мыстың меншікті кедергісінен ү лкен.

Мыстың механикалық беріктілігі ө те жоғ ары жә не иілуге ү лкен тө зімділігі болады. Алайда, мыстың тапшылығ ы жә не алюминиймен салыстырғ анда бағ асы қ ымбат болғ андық тан, алюминийді қ олдану кең қ олдау тауып отыр.

Сонымен қ атар кү штік кабельдерде талсымдарды дайындау ү шін таза натрий де қ олданылуы мү мкін. Натрийдің меншікті кедергісі 0, 046 мкОм·м жуық, яғ ни мыстың меншікті кедергісінен 2, 58 есе ү лкен болады. Натрийлі талсымның массасы мыс талсымдардың массасымен салыстырғ анда 3, 5 есе аз, бағ асы 24 есе, ал қ имасы 2, 6 есе ү лкен болады.

Натрийдің сызық тық кең ейту коэффициенті 7-10^-5°С тең болады, бұ л кабельді қ ыздыру жә не салқ ындату кезінде полиэтиленді оқ шауламаның механикалық кернеудің азаюына ә келіп соқ тырады.

Натрийдің жылу сыйымдылығ ы жә не балқ ыту кезінде қ ызуы жоғ ары болғ анда, оның балқ ыту температурасының (97°С) тө мен болуы, қ ысқ а тұ йық талу тогына кабель тө зімділігінің жоғ арылауын жабдық тайды.

Натрийдің кемшілігіне оның химиялық активтілігінің жоғ арылығ ы жатады, бұ л оның герметизациясына қ ойылатын талапты жоғ арылатып, кабельдің бө лінуін қ иындатады.

Ток ө ткізгіш талсымдарда энергия шығ ындарын азайту жә не кабельдің жү ктемелік тогын жоғ арылату мақ сатында криогенді кабельдерді жасап шығ ару мү мкіндігі туындады.

Криогенді кабельдер криоө ткізгішті жә не асқ ын ө ткізгішті болып бө лінеді. Криоө ткізгішті кабельдер 22-77 К дейінгі температура кезінде жұ мыс жасайды. Криоө ткізгішті кабельдердің ток ө ткізгіш талсымдары таза мыстан немесе таза алюминийден жасалады.

30 К температурада бұ л материалдардың меншікті кедергісі 0, 0001 мкОм·м қ ұ райды, бұ л қ алыпты температура кезіндегі меншікті кедергіден 170-290 есе аз.

Асқ ын ө ткізгішті кабельдер шамамен 4 К температурада жұ мыс істейді. Ток ө ткізгіш талсымның материалы ретінде ниобий жә не оның кейбір қ оспалары мен қ осылыстары (NbsSn, Nb^Ga жә не т.б.) қ олданылуы мү мкін. Асқ ын ө ткізгішті кабельдерді жасау кезінде біршама конструктивті мә селелерді шешу мә селесі алғ а қ ойылады.

Кү штік кабельдің электрлік оқ шауламасы ток ө ткізгіш талсымдарын басқ а фаза мен басқ а кернеулердің талсымдарынан жә не кабельдің жерлендірілген қ абық шаларынан оқ шаулау ү шін қ ызмет етеді. Жоғ ары вольтті кабельдердің радиалды мө лшерлері оқ шауламаның қ алың дығ ымен анық талады.

Кабельдердің габаритті мө лшерін жә не бағ асын тө мендету мақ сатында электрлік оқ шауламада ө рістің жұ мыстық кернеулігін жоғ ары етіп таң дайды. Кү штік кабельдерде қ ағ аз-майлы оқ шаулама мен полиэтиленнен жасалғ ан поливинилхлоридті пластикат жә не резиналы оқ шауламалар кең інен таралғ ан.

Газбен толтырылғ ан кабельдің элегазды конструкциясы жасалуда. Криогенді кабельдерде оқ шаулама ретінде вакуум, сұ йық сутегі, азот жә не фторопласт-4 қ олданылады.

Кабельдерде қ ағ аз-майлы оқ шаулама барлық кернеуде қ олданылады. Қ ағ аз-майлы оқ шауламаның маң ызды ерекшеліктеріне оның бағ асының қ ымбат еместігін жә не ұ зақ пайдаланылатындығ ын жатқ ызуғ а болады. Кемшілігіне: tgδ жоғ арылығ ы, кабельді дайындауда сапалылығ ына қ ойылатын талаптың жоғ арылығ ы, герметикалық металлдық қ орғ аныс қ абық шасының болуы жатады. Соң ғ ысы – оның ерекшелігімен ө теледі.

tgδ жоғ ары мә ні 500 кВ жә не одан жоғ ары кернеуде кабельдерді еселеп салқ ындату талап етіледі. tgδ тө мендету мақ сатында кабельдерде полярлық емес полимерлі пленканы пайдалану жұ мыстары жү ргізілуде.

Кабельдерде полимерлі материалдарды қ олдану кең інен тарап отыр. Ток ө ткізгіш талсымның полимерлі оқ шауламасы қ ымбат мырыш немесе алюминийлі қ абық шалардың болуын талап етпейді. Жоғ ары вольтті кабельдерде полиэтиленді қ олдану кең інен тарағ ан.

Полиэтиленнің tgδ жә не салыстырмалы диэлектрлік ө тімділігі тө мен. Қ ысқ а мерзімдік электрлік беріктілігі аз мө лшерлі қ алың дық та 300-500 МВ/м қ ұ райды. Бірақ та кернеуді ұ зақ уақ ыт ұ стап тұ рғ анда полиэтиленде оқ шауламаның тесілуін болдыратын дендриттер пайда болады.

Дендриттер полиэтиленнің біртексіздігінен жә не оның ластануынан туындайды. Сол себепті кабель оқ шауламасының ұ зақ уақ ыт қ ызмет жасауы ү шін полиэтиленді тазартып отырады. Полиэтиленнің жоғ ары температуралық сызық тық кең ейту коэффициенті (0, 00015—0, 00018 ⁰С) онда температураның ө згеруіне байланысты жоғ ары механикалық кернеуді туындатады. Бұ л оқ шауламаның қ ызмет ету мерзімін қ ысқ артады.

Қ азіргі кезде полиэтилен 110 кВ кернеудегі кабельдерде қ олданылады. Кейбір елдерде 220 кВ кернеуде полиэтиленді оқ шауламалы кабельдер жасалуда жә не қ ажетке қ олдану барысында сынақ тан ө туде.

Поливинилхлоридті пластикаттың tgδ жоғ ары болады, бұ л жоғ ары кернеуде кабельдердің жылуғ а тө зімсіздігіне байланысты диэлектрлік шығ ындардың жоғ арылауын болдыратындық тан, оны қ олдануды шектейді. Сондық тан поливинилхлоридті пластикаттан жасалынғ ан кабельдерді 10 кВ дейінгі кернеуде қ олданады. Шет елдерде 66 кВ дейінгі кернеуде поливинилхлоридті пластикатты кабельдер жасалынып жатыр деген мә лімет бар.

Резиналы оқ шауламалы кабельдер 35 кВ дейінгі кернеулерде қ олданылады. Резиналы оқ шауламалардың негізгі кемшілігіне каучук қ ұ рылымын қ айтадан қ ұ руы жә не кабельдің істен шығ уын болдыратын оның тез тозуы жатады. Кабельдер ү шін резиналар кө бінесе каучуктың табиғ и жә не синтетикалық қ оспаларынан дайындалады.

Жартылай ө ткізгішті экрандар оқ шаулама мен ток ө ткізгіш талсымдардың арасындағ ы газдық қ осылысты шунттау ү шін жә не талсымның тегіс еместігінен пайда болатын ө рістің біртекті еместігін жою ү шін арналғ ан.

Жартылай ө ткізгішті экрандар оқ шауламалардың материалдарын қ ұ райтын кү йемен толтырылғ ан қ ұ рылымдар: жартылай ө ткізгішті қ ағ аздар, полиэтилендер, резиналар жә не т.б. қ ызмет атқ арады. Жартылай ө ткізгішті экрандар бө ліктік разрядтар пайда болу қ ауіпі болатын жоғ ары вольтті кабельдерде қ олданылады.

Кабельдің қ орғ аныс қ абық шалары оқ шауламаны атмосфералық ә серлерден: дымқ ылдың болуынан, агрессивтік орталардан, ластанудан сақ тайды. Қ ағ аз-майлы оқ шауламаларда қ орғ аныс қ абық шалары қ ағ азды сің діргіш қ ұ рамының ағ ып кетпеуін қ амтамасыз етеді. Қ ағ аз-майлы оқ шауламалы кабельдерде қ орғ аныс қ абық шаларын дайындау ү шін қ орғ асын мен алюминийді пайдаланады. Қ орғ асын сің дірілген оқ шауламаның ү стіне тегіс қ ұ быр тү рінде салынады. Қ орғ асынның ө те жоғ ары икемділігі кабельдің қ ажетті иілгіштігін жабдық тайды. Алюминий қ атаң дау металл болғ андық тан кабельдің жоғ ары иілгіштігін алу ү шін кейбір жағ дайда қ абық шаларды жиырылмалы етіп жасайды.

Полимерлі оқ шауламалы кабельдерде қ орғ аныс қ абық шаларының материалдары ретінде қ оршағ ан ортағ а тө зімді поливинилхлорид қ олданылады. Резиналы оқ шауламалы кабельдердің механикалық беріктілігі жоғ ары жә не атмосфералық ә серлерге тө зімді арнайы қ ұ рамды резиналы қ абық шалары болады.

Жылжымалы тұ тынушыларды (экскаваторларды, тау-кен ө ндірісінің кешендерін жә не т.б.) энергиямен қ оректендіру ү шін қ олданылатын кү штік кабельдер ауыр жағ дайларда жұ мыс істейді.

Бұ л кабельдердің жоғ ары иілгіштігі жә не жеткілікті механикалық беріктілігі болуы керек. Жылжымалы тұ тынушыларды энергиямен қ оректендіру ү шін қ олданылатын кү штік кабельдер иілгіштігі жоғ ары домалақ мыс талсымдардан, резиналы оқ шауламадан жә не резиналы қ абық шалардан тұ рады. Жоғ ары вольтті кабельдердің ток ө ткізгіш талсымдарының жә не

Энергияның терең дікке батырылатын тұ тынушылары ү шін арналғ ан кабельдер бұ рғ ылауғ а (скважинағ а) немесе суғ а батырылатын шарттарында жұ мыс жасайды. Бұ л кезде кабельге сыртқ ы жоғ ары қ ысым, керілу кү ші ә сер етеді. Бұ рғ ылауғ а батырылатын кабельдерді жоғ ары температураның ә серіне сынақ тан ө ткізеді. Кабельдер бір-, екі-, ү ш- жә не кө п талсымды болып келеді.

Батырылатын кабельдердің талсымдары мыс сымнан жасалғ ан кө п сымдардан тұ рады. Оқ шаулама ретінде резина, полиэтилен, фторопласт-4 қ олданылады. Қ орғ аныстық қ абат ретінде резинаны, полиэтиленді, поливинилхлоридті пайдаланады.

Бақ ылау кабельдері басқ ару, бақ ылау жә не автоматтандырылғ ан тізбектері ү шін арналғ ан. Бұ л кабельдерді ә детте кө п талсымды етіп дайындайды. Стационарлық тө сеу кезінде талсымдарды мыстан немесе алюминийден жасайды. Жылжымалы объектілерді басқ ару тізбек-терінде кө п сымды, аса иілгіш немесе иілгіш мыс талсымдар қ олданылады.

Монтаждық сымдар радиоаппараттураларда, есептеу техникалардың аппараттарында, сондай-ақ автоматика жә не телемеханиканы монтаждау ү шін қ олданылады. Монтаждық сымдар бір талсымды, бір- жә не кө п сымды тү рде жасалады. Талсымның материалы ретінде жұ мсақ мыс сым қ олданылады. Монтаждық сымдар қ олданылатын сымның оқ шауламасының тү ріне қ арай талшық ты жә не пленкалы оқ шаулама, пластмассалы жә не резиналы оқ шаулама деп бө лінеді.

Талшық ты материалдар ретінде этилцеллюлозді лакпен жабылғ ан капрон жә не лавсан қ олданылады. Жоғ ары қ ызуғ а тө зімді сымдар ү шін шыны талшығ ымен оралғ ан кремний органикалық лақ пен сің дірілген фторопласты таспадан жасалғ ан оқ шаулама қ олданылады.

Резиналы оқ шауламалы монтаждық сымдарды парафинмен немесе лакпен сің дірілген мақ та қ ағ азды жабыннан жасайды. Сымдардың пластмассалы оқ шауламасы поливинилхлоридтен жә не полиэтиленнен жасалады.

Орамалық сымдар электр қ озғ алтқ ыштардың, трансформатор-лардың орамаларын, ә ртү рлі жерлерде қ олданылатын орауыштарды дайындау ү шін арналғ ан. Орамалық сымдар жұ мсақ мыс немесе домалақ, тікбұ рышты немесе фасонды қ ималы алюминий сымдардан тұ рады.

Тұ рмыстық жә не орнатылатын сымдар кү штік жә не жарық -тандыру қ ондырғ ыларда электр энергиясын тарату ү шін жә не тұ рмыс-тық қ ұ ралдарды жалғ ау ү шін қ олданылады. Бұ л сымдарды поли-винилхлоридті немесе резиналы оқ шауламалы бір немесе екі талсымды тү рде жасайды.

Байланыс кабельдері қ олдану аймағ ына қ арай магистралды, облыс ішілік жә не қ ала аралық, су астылық деп бө лінеді.

Берілетін жиіліктің спектрі бойынша кабельдер тө менгі жә не жоғ ары жиілікті (12 кГц жоғ ары) болып бө лінеді. Конструктивті орындалуы бойынша кабельдер симметриялық жә не коаксиалды болып бө лінеді. Байланыс кабелі аз бұ рмаланғ ан сигналдарды жә не ү лкен қ ашық тық тарда ө шетін сигналдарды беру ү шін қ олданылады.

Арнайы кабельдер, жару жұ мыстарына арналғ ан кабельдер мен импулсьтік кабельдер жә не дала байланысына арналғ ан кабельдер жә не т.б. болып бө лінеді.

Ә р тү рлі жағ дайларда жұ мыс шарттарына байланысты кабельдік конструкцияларды есептеудің ө зінің арнайы ерекшеліктері болады. Кейбір жағ дайларда кабель ө німінің мө лшері технологиялық мү мкіндіктерге байланысты анық талады. Кабель ө німдеріне тө мендегідей реттілікпен есептеу жү ргізіледі: электрлік есептеу; жылулық есептеу; кабельдің қ ызмет ету мерзімін есептеу.

Ү лкен механикалық жү ктемелі кейбір кабель ө німдері ү шін механикалық есептеулер де жү ргізіледі.

Электрлік есептеу жү ргізгенде оқ шауламаның ток ө ткізгіш талсымдарының қ имасын жә не оның қ алың дығ ын анық тайды.

Жылулық есептеу жү ргізгенде оқ шауламаның температурасы анық талады жә не кабельдің қ имасы немесе оның жү ктемелік (ток бойынша) қ абілеттілігі тексеріледі.

Қ ызмет ету мерзімін есептеу кезінде электрлік есептеуде қ абылданғ ан коэффициенттерді тексеріп анық тайды жә не белгілі ық тималдық та кабельдің істен шық пай жұ мыс істеуі, оның істен шығ у уақ ытының мә нін береді.

Қ ұ рамы бойынша кабельдердің жіктелуі. Кабель ө німдерінің ток ө ткізгіш талсымдарының материалдары ретінде электр ө ткізгіштігі жоғ ары металлдар: мыс жә не алюмен жатады. Осы мақ сатта, сонымен бірге тү йіспелі элементтерде, ұ штамаларда басқ а металлдардың қ оспасы, мысалы қ ола жә не латунь қ оспалары қ олданылады.

Мыс – тү сі қ ызыл, электр ө ткізгіштігі жағ ынан кү містен кейінгі металл. Бағ асының қ ымбаттылығ ы себепті, мыстың қ олдану диапазоны мен кө лемі шектеулі.

Алюмен – мыстан ү ш есе жең іл, кү міс сияқ ты ақ тү сті металл. Оның электр ө ткізгіштігі мысқ а қ арағ анда 1, 5 есе тө мен. Алюмен мыстан біршама арзан болғ андық тан кең қ олдау тауып отыр.

Қ орғ асын қ орғ аныстық герметикалық қ абық ша ретінде пайдаланылады.

Болат алюмен сымдарды таспа, сым жә не жиырылғ ан қ абық ша тү рінде кабельдің болат қ орғ аныс қ абық шаларын дайындау ү шін қ олданылады. Бұ лардан басқ а электр қ ондырғ ылардың, троллейлердің жерлендіргіш қ ұ рылғ ылары ү шін қ олданылатын жолақ тар мен бұ рыштарды жасайды.

Жоғ ары электрлік кедергісі бар сымдар мен таспаларды дайындау ү шін ә ртү рлі металдардың қ оспалары: алюмель, константан, копель, манга­нин, нейзильбер, нихромдар қ олданылады.

Алюмель – никельдің (негізі болып саналады) алюменнен, марганецпен, кремниймен (6%) қ оспасы.

Константан – мыстың (негізі болып саналады) никельмен (40% дейін) жә не марганецпен (1, 5% дейін) қ оспасы.

Копель - мыстың (негізі болып саналады) никельмен (43% дейін) жә не марганецпен (0, 5 % дейін) қ оспасы.

Манганин - мыстың (негізі болып саналады) марганец (11-13%) пен никельдің (2, 5...3, 5%) қ оспасы.

Нейзильбер - мыстың (негізі болып саналады) никель (5...35%) мен мырыштың (13...45%) қ оспасы.

Нихром - никельдің (негізі болып саналады) хроммен (15...30%), кремниймен (1, 5% дейін), алюминиймен (3, 5% дейін) қ оспасы. Нихром ыстық қ а жоғ ары тө зімділігімен (1200 °С дейін) айрық шаланады.

Қ алайы мен оның қ оспасы сымдар мен кабельдердің металл талсымдарын ойық тау жә не дә некерлеу ү шін қ олданылады.