Изучение ассортимента и показателей качества проводниковых и электроустановочных изделий

Цель работы: выработать умения определять вид, материал, конструкцию проводниковых и электроустановочных изделий, научиться расшифровывать марку товара, составлять рекомендации по применению и взаимозаменяемости товаров данной группы.

Материальное обеспечение

Объекты: наборы образцов, стенды проводниковых и электроустановочных изделий.

Оборудование: лупы, микрометры, штангенциркули.

Литература: 5, 6, 8, 11, 14, 27, 29, 31, 32; ГОСТы на методы испытаний продукции.

Вопросы и задания для проверки знаний

• 1. Какие металлы применяют для токоведущих жил в проводниковых материалах?
• 2. Какие диэлектрики используют в проводах и установочных изделиях?
• 3. Какова функция УЗО и предохранительных устройств защищающих электросеть от “повреждений”?
• 4. Какими символами маркируют установочные изделия?
• 5. Какова зависимость сечения проводника от потребляемой мощности?
• 6. Как обеспечивается электробезопасность в бытовых жилищах?

Теоретический аспект занятия

Провод — соединительный проводник, служащий проводящим соединением между источником тока и потребителем, а также между компонентами.

Провода классифицируются по проводимости, площади поперечного сечения, материалу проводника, типу изоляции, гибкости, теплостойкости и т. п.

Типы проводов: обмоточные провода, медные (ПЭВ, ПЭЛ), высокого сопротивления (константановые, манганиновые, них- ромовые), монтажные провода (МГТФ, МГТФЭ).

Кабель (от нидерл. kabel) — конструкция из одного или нескольких изолированных друг от друга проводников (жил), или оптических волокон, заключенных в оболочку. Кроме собственно жил и изоляции может содержать экран, силовые элементы и другие конструктивные элементы.

Проводники в кабелях изготавливаются из следующих материалов:

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

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 слоев, в качестве этих слоев 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 пленки с тонким металлическим покрытием.

В условиях устойчивого дефицита кабельной продукции, который имел место в бывшем Советском Союзе, потребители не предъявляли к нему особых противопожарных требований. Многие кабели обладали “хорошей” горючестью, имея оболочки из обычного ПВХ пластиката (АВВГ, ВВГ, КВВГ и т. п.) или даже из полиэтилена (ТПП)[1].

Поливинилхлоридные (ПВХ) пластикаты

Твердый поливинилхлорид имеет высокое содержание хлора (около 57%) и воспламеняется с трудом. При воздействии пламени происходят следующие процессы:

• • 80 °С — начинается размягчение материала;
• • 100 °С — начинается образование хлороводорода;
• • 160 °С — около 50% хлороводорода выделяется в виде газа;
• • 210 °С — поливинилхлорид плавится;
• • 300 °С — около 85% хлороводорода выделяется в виде газа;
• • 350—400 °С — загорается “углеродный остов” молекулы поливинилхлорида.

Один килограмм твердого поливинилхлорида выделяет 350 литров газообразного хлороводорода, который при растворении может дать более двух 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 °С и загораются.

Содержание хлора уменьшается примерно до 35%, и его не хватает, чтобы препятствовать распространению огня. Однако при сильном выделении хлороводорода твердый поливинилхлорид, удаленный 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.

В начале 1980-х гг. 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, изготовленные из пластикатов марок 0-40, ГОСТ 5960-72 (кабели ВВГ, АВВ ); образец пластиката 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 достается из пламени и должен потухнуть за время не более 30 с (НГП 30-32, НГП 40-32).

Эксплуатация на электростанциях и других энерговооруженных 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 гг. 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 введен индекс “НГ”.

Действующий в настоящее время ГОСТ 5960-72 “Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей” был разработан и введен в действие с 1 января 1974 г., имеет девять изменений. С 1991 г. работы по внесению технических изменений в ГОСТ 5960-72 были прекращены.

Дальнейшие разработки и модификации существующих марок ПВХ пластикатов оформлялись в виде технических условий [8]. С 1 июля 2010 г. 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”.

В химическом составе оболочек кабелей в 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 гг. В соответствии с современными требованиями безопасности в зданиях и сооружениях, в которых присутствуют люди, требуется применять кабели с маркировкой “нг-LS”, “нг-HF”.

Согласно статистике с 1990 по 2008 г. на АЭС возгорание кабелей типа “нг” не происходило.

Пропитанная бумажная изоляция

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 небеленой сульфатной целлюлозы для многослойной кабельной бумаги. Кабельная бумага по ГОСТ 645-89 для изоляции кабелей на напряжение от 110 до 500 кВ изготавливается из специальной сульфатной небеленой целлюлозы, бумага марок КВМ (многослойная) и КВМС (многослойная стабилизированная) выпускается машинной гладкости, а бумага марки КВМСУ (многослойная стабилизированная уплотненная) — каландрированной.

Полиэтиленовая изоляция

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 объемной 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, также происходило горение других кабелей, которые не были защищены огнезащитными составами.

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, надежность и долговечность кабелей.

Маслонаполненный кабель

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

Маслонаполненный кабель в трубопроводе — это маслонаполненный кабель с отдельно экранированными жилами, заключенными в трубопровод, служащий оболочкой.

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 °С под избыточным давлением и при разгерметизации трубы растекается, увеличивая площадь горения.

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

Другие типы изоляции

Также в качестве изоляции может применяться прессованный оксид магния, изоляционные лаки, шелк натуральный и синтетический, хлопчатобумажная пряжа, полистирольная и триацетатная лента.

Классификация кабелей

На сегодняшний день в России выпускается более 20 тысяч типоразмеров кабеля.

По области применения их можно условно разделить на несколько групп:

• • для передачи электрической энергии (силовые кабели);
• • для проводной связи и сигнализации (кабели связи);
• • для управления (кабели управления);
• • для передачи энергии и сигналов:
• — на радиочастотах (радиочастотные кабели);
• — в оптическом диапазоне (оптические кабели).

Также кабели разделяют:

• • по типу и наличию изоляции;
• • типу и наличию экрана;
• • количеству жил;
• • материалу, из которого изготовлены провода;
• • гибкости:
• — для подвижного соединения;
• — для неподвижного соединения.

Стандарт ISO 11801 2002 детально описывает классификацию кабелей.

Маркировка кабеля—нанесение на кабель цветовой разметки, условных знаков (надписей), бирок и этикеток, а также специальных электронных маркеров. Маркировка сообщает о свойствах данного кабеля, позволяет однозначно идентифицировать его среди других кабелей или обнаружить место его залегания.

Разновидности маркировки

• • заводская маркировка — цветовая, буквенная или другая маркировка, наносимая на заводе-изготовителе;
• • маркировка кабельных окончаний — маркировка, наносимая на окончания кабельных линий, в виде условных знаков (надписей), бирок и этикеток в процессе прокладки или подключения кабелей, например, к кроссу (в телефонии);
• • электронный маркер -— используется для обозначения трасс инженерных коммуникаций (телекоммуникационных или силовых кабелей, трубопроводов и т. п.).

Заводская маркировка

Заводская маркировка — самый известный тип маркировки, позволяющий отличать кабели различных видов внутри семейств (например, различные типы силовых или телекоммуникационных кабелей).

Силовой кабель

Цветовая маркировка оболочек проводов в силовом кабеле: “земля” — желто-зеленый провод, “ноль” — синий провод, “фаза” — коричневый, белый, черный, бело-черный, зеленый, серый провод.

Буквенное обозначение: L1 — фаза 1 (коричневый), L2 — фаза 2 (черный), L3 — фаза 3 (серый), N — ноль (синий).

Многожильный силовой кабель

Многожильный кабель имеют цветовую кодировку жил:

• • желто-зеленый —- нулевой заземляющий проводник РЕ (земля);
• • синий — нулевой рабочий проводник N (ноль);
• • черный (коричневый) — фазный проводник L (фаза).

Маркировка изоляционных материалов на проводе (кабеле)

производится в буквенном выражении:

• • Р — резина, изготовленная на основе натуральных и синтетических каучуков;
• • В — ПВХП (поливинилхлоридный пластик);
• • П — полиэтилен.

Маркировка европейских кабелей (произведенных по европейским лицензиям):

• • har (harmonized) — продукция стандартизирована;
• • цифры 03,05 или 07 — рабочее напряжение, соответственно 300/300,300/500 или 450/750;
• • буквы v или г — тип изоляции, соответственно ПВХ или резина;
• • буквы U, R, К, F — тип проводника, соответственно цельный, многопроволочный, гибкий для стационарной проводки, гибкий.

Телекоммуникационный кабель

В зависимости от области применения кабелей (телефония, сети передачи данных, электронно-вычислительная аппаратура) цветовая маркировка кабелей, использующихся для одних и тех же целей (например, вторичное электропитание), может отличаться.

Буквенная маркировка телекоммуникационных кабелей производится только на внешней оболочке многожильных кабелей (и то не всегда).

Маркировка кабельных окончаний

Кабели, применяемые сегодня в сфере телекоммуникаций и связи, обычно имеют большое число жил: до 200 и более. Быстро обнаружить нужную жилу (кабельное окончание) позволяет маркировка, которая наносится на этапе закладки кабеля или при его подключении к кроссу (расшивочным колодкам, распределительным щитам и панелям, разъемам аппаратуры и т. п.).

Маркировка кабеля (кросса) используется для идентификации кабеля (в пучке однотипных кабелей) или каждой жилы (внутри одного кабеля). Маркировка производится с двух сторон на окончаниях кабельных линий.

В телефонной связи кабельные окончания обычно маркируют цифрами: 125, 234,... и т. п.

Характеристики маркировки

Современные решения для маркировки кабельных окончаний позволяют сегодня получать различные виды маркировки, отличающиеся:

• • сроком эксплуатации;
• • материалом (бумага, пластик, фольга);
• • характеристиками (стойкость к различным воздействиям окружающей среды, таким как низкие температуры, высокая влажность и т. п.);
• • способами крепления (бирка, клипса, трубка, вставка, клей).

American Wire Gauge, AWG — американский калибр проводов. Чем меньше номер, тем толще провод.

Подобное “перевернутое” обозначение диаметра осталось из истории. Проволоку изготавливают волочением, и номер (калибр) обозначает количество проходов через уменьшающиеся отверстия в волоке, прежде чем получался нужный диаметр. Например, толстая (больше 8 мм) проволока AWG 0 только после 24 протягиваний превращалась в AWG 24 диаметром около 0,5 мм (табл. 33)

Таблица 33— Переводы номеров AWG в дюймы и миллиметры

Задание 39. Изучение ассортимента и показателей качества проводниковых изделий

Используя товарные образцы, НД, изучите ассортимент проводов и шнуров, особенности их применения. Отчет оформите в виде табл. 34, норма — 10 образцов.

Таблица 34 — Характеристика ассортимента проводниковых

изделий

Изучите НД на проводниковые изделия, выпишите основные показатели качества. Укажите особенности маркировки проводов и шнуров с учетом сечения токоведущей жилы и потребляемой мощности.

Задание 40. Изучение ассортимента и показателей качества электроустановочных изделий

Используя образцы, НД, изучите ассортимент электроустановочных изделий. Отчет оформите в виде табл. 35, норма — 10 образцов.

Таблица 35 — Характеристика ассортимента электроустановочных изделий

Изучив НД на электроустановочные изделия, выпишите основные требования к качеству (общие и специфические), требования безопасности.

В заключение задания дать два примера по использованию традиционных средств защиты электроприборов и сети от перегрузок и замыканий, а также от утечки тока (УЗО). Укажите потребляемую мощность и электротехнические характеристики предохранительных устройств.