Кабели для нестационарной прокладки: конструктивные особенности и критерии выбора

Кабели для нестационарной прокладки (гибкие кабели) находят широкое применение там, где требуется подключение передвижных механизмов к электрическим сетям. Они востребованы в машиностроении, робототехнике, грузоподъёмном оборудовании, временных электроустановках и других сферах, где кабель подвергается изгибам. Рассмотрим основные конструктивные особенности таких кабелей и ключевые критерии их выбора.

Многопроволочные токопроводящие жилы

Согласно ГОСТ 22483-2021 токопроводящие жилы классифицируют по классам гибкости с первого по шестой. Чем больше проволок в жиле и чем меньше их диаметр, тем выше класс гибкости жилы.

Рис. 1 Отличия токопроводящих жил разного класса гибкости

Основное отличие гибких кабелей от кабелей для стационарной прокладки — использование многопроволочных жил класса 3-6 согласно ГОСТ 22483-2021.

Токопроводящее жилы класса 3 и 4 обычно используют в кабельных изделиях, где гибкость необходима для обеспечения удобства прокладки с небольшим радиусом изгиба, например, 7-8 D, где D – диаметр кабеля (провода). Среди продукции ООО «ОКП «ЭЛКА-Кабель», это линейка инструментальных кабелей ELKAKIP.

Для электроснабжения грузоподъемного и кранового оборудования, а также множества других целей, где во время работы оборудования предполагается периодическое изгибание кабеля на радиус до 6 D, рекомендуется использовать кабель с жилами 5 класса. Для этих целей мы предлагаем использовать кабели ELKAFLEX в различных вариантах исполнения.

Токопроводящие жилы класса 6 используются в изделиях, работающих на постоянный изгиб при радиусе до 5 D. Такие условия эксплуатации часто встречаются при работе бурового оборудования, робототехники, промышленных станков. Для таких областей промышленности были специально разработаны кабели ELKAFLEX SERVO и ELKAFLEX CLASSIC.

Материал токопроводящих жил: медь или сплавы алюминия

Традиционно, для изготовления гибких многопроволочных токопроводящих жил использовалась электротехническая медь. Обладая высокой пластичностью, электропроводностью и термической стойкостью, медные токопроводящие жилы являются основой для изготовления большинства гибких кабелей, в том числе кабелей линейки ELKAFLEX SERVO и ELKAFLEX CRANE, предназначенных для работы в составе самых ответственных узлов бурового и грузоподъемного оборудования.

Рис. 2 Гибкий кабель с медными токопроводящими жилами

В недалеком прошлом, алюминий использовался при изготовлении токопроводящих жил и защитных оболочек кабелей, предназначенных для стационарной прокладки. Ограничения в условиях эксплуатации обуславливались меньшей механической прочностью и пластичностью, по отношению к меди, а также затруднениями на этапе изготовления многопроволочной гибкой токопроводящей жилы – попытки волочения алюминиевой катанки до проволоки диаметром менее 0,5мм приводили к обрывам заготовки. Развитие металлургии привело к созданию сплавов на основе алюминия, например, сплавов 8030 и 8176 производства АО «РУСАЛ». Благодаря изменениям в составе кристаллической решетки металла, происходит улучшение его механических характеристик: атомы железа укрепляют кристаллическую решетку, снижая склонность алюминия к текучести и повышая термическую стойкость, а добавка меди служит для повышения пластичности.

Рис. 3 Изменения в составе кристаллической решетки алюминия

Появление специальных алюминиевых сплавов позволило запустить в серийное производство линейку гибких кабелей ELKAFLEX АсКГ с многопроволочными токопроводящими жилами класса гибкости 5 по ГОСТ 22483-2021. Такие кабели обладают рядом преимуществ перед кабелями с медными жилами: они значительно легче и дешевле. Кроме этого, немаловажным является отсутствие к ним интереса у расхитителей цветных металлов.  При выборе таких кабелей следует учитывать разницу в проводимости меди и ал. сплава, что может потребовать увеличения сечения проводника для обеспечения аналогичных токовых нагрузок.

Рис. 4 Гибкий кабель с токопроводящими жилами из алюминиевого сплава 

Таким образом, кабели с токопроводящими жилами из алюминиевого сплава представляют собой удачный компромисс между стоимостью, гибкостью и электропроводностью. Такие кабели прекрасно подходят для обеспечения электроснабжения временных электроустановок, подключения сварочного оборудовании, обвязки нефтегазовых месторождений.

Выбор материала изоляции

Изоляционный слой обеспечивает необходимую электрическую прочность, предотвращая проводники от короткого замыкания и токов утечки. Использование различных материалов изоляции позволяет изготовить кабель с заданными характеристиками по температурному диапазону эксплуатации, стойкости к агрессивным средам, требованиями по нераспространению горения, механической стойкости.

Среди материалов изоляции, используемых при изготовлении гибких кабелей, наиболее распространены следующие: резина, теплостойкий эластомер, ПВХ, полиэтилен (ПЭ). Свойства этих материалов определяют эксплуатационные характеристики кабеля.

Таблица 1 Характеристики изоляционных материалов, используемых при изготовлении гибких кабелей

Анализируя данные таблицы можно сделать вывод, что изоляция, выполненная из теплостойкого эластомера, сочетает в себе высокую гибкость, стойкость к агрессивным средам и механическую прочность в широком диапазоне рабочих температур. При этом, определенные виды эластомеров могут обеспечить изделию выполнение требований по нераспространению горения как при одиночной, так и при групповой прокладке. По этой причине, изоляция большинства кабелей линейки ELKAFLEX выполнена именно из теплостойкого эластомера, а не из традиционных резиновых смесей.

Благодаря высокой химической стойкости, относительно низкой стоимости, а также способностью к самозатуханию, ПВХ – пластикат востребован при изготовлении кабелей, к которым не предъявляются требования к износостойкости и способности работать подвижно в широком диапазоне температур. Этот материал изоляции является основой при изготовлении гибких кабелей линейки ELKAFLEX CLASSIC.

Выбор материала наружной оболочки

Наружная оболочка служит защитой кабеля от механических повреждений, проникновения влаги и других химических соединений. При этом, наружная оболочка гибких кабелей должна обладать достаточной пластичностью в широком диапазоне температур, обеспечивать требования по стойкости к агрессивным средам и (при необходимости) требования по нераспространению горения. Среди основных материалов, используемых для изготовления наружной оболочки гибких кабелей – резина, полиуретан, термоэластопласт (ТЭП). Свойства материалов сведены в таблицу 2.

Таблица 2 Характеристики материалов, используемых при изготовлении оболочки гибких кабелей

Использование полиуретана в качестве материала наружной оболочки позволяет придать кабелю высокую износостойкость, в сочетании с требованиями по нераспространению горения, гибкости и холодостойкости. По этой причине именно этот материал оболочки используют при изготовлении кабелей для подключения грузоподъемного, бурового и шахтного оборудования. Примеры из линейки продукции ОКП «ЭЛКА-Кабель» - кабель ELKAFLEX КГН-ХЛ, ELKAPOWER КГТЭ-FC, вся линейка ELKAFLEX SERVO.

Наружная оболочка из термоэластопласта позволяет существенно снизить стоимость конечного изделия. Этот материал обладает схожими с резиной характеристиками износостойкости и стойкости к агрессивным средам. Однако, в отличие от традиционных резиновых смесей, работает в более широком температурном диапазоне и менее подвержен старению. Среди продукции ОКП «ЭЛКА-Кабель» этот материал применяется в кабелях ELKAFLEX КГм-ХЛ, ELKAFLEX АсКГм-ХЛ, линейке ELKAFLEX SERVO и ELKAKIP RE.

Дополнительные конструктивные элементы

Кабели для нестационарной прокладки могут включать в себя следующие дополнительные элементы конструкции: внутренняя оболочка (заполнение), экран, силовые элементы.

Внутренняя оболочка служит для заполнения межфазного пространства и придания кабелю правильной круглой формы. Также её необходимость возникает при наличии в кабеле экрана – разделительный слой исключает возможность повреждения изолированных жил проволоками экрана. Кроме этого, внутренняя оболочка предотвращает скручивание и изгибы кабеля сверх допустимых значений. Материалы, используемые для изготовления внутренней оболочки схожи по характеристикам с материалами, используемыми для изготовления наружной оболочки.

Экранирование кабеля выполняют для защиты сигнала от внешних электромагнитных воздействий, а также для того, чтобы электромагнитное поле кабеля не выходило за его пределы. Зачастую, экранирование гибких кабелей выполняют в виде оплетки из медных луженых проволок между внутренней и внешней оболочками. ОКП «ЭЛКА-Кабель» предлагает экранированные кабели в нескольких линейках гибких кабелей. В качестве наиболее популярных - ELKAFLEX КГНЭ, ELKAPOWER КГТЭо-FC.

Рис. 5 Гибкий кабель с внутренней оболочкой и экраном в виде оплетки

Силовые элементы в гибком кабеле необходимы для того, чтобы снизить возможную растягивающую нагрузку, переложив её на отдельные элементы и тем самым, продлить срок службы кабеля. В качестве силовых элементов зачастую выступают стальные гибкие тросы. Пример такого кабеля приведен на рисунке 6.

Рис. 6 Кабель с дополнительными силовыми элементами

Такие кабели часто востребованы в грузоподъемном оборудовании. Используются для подключения пультов управления подвижного крана. В линейке продуктов ОКП «ЭЛКА-Кабель» имеют обозначение ELKAFLEX CRANE + 2St.

Заключение

Выбор кабеля для нестационарной прокладки зависит от условий эксплуатации, требуемой гибкости, механических и электрических характеристик, требований к нераспространению горения, электромагнитной защищенности, наличию растягивающих нагрузок.  При выборе кабеля важно правильно выбрать класс гибкости жил и их материал, характеристики изоляции и оболочки, наличие экрана и силовых элементов. Правильно подобранный кабель обеспечит долгий срок службы и надежность работы оборудования в динамичных условиях. Если вам необходима помощь в подборе конкретной марки – обратитесь к специалистам ООО ОКП «ЭЛКА-Кабель»!

Шишкин Дмитрий Андреевич;

Тел.: +7 (342) 273-77-50 доб. 2091

Моб.: +7 (922) 387-77-04

E-mail: sda@okp-perm.ru