ГЛАВА 8. КАБЕЛИ И ПРОВОДА В ТЕХНИКЕ

ИТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ

8.1.Общие принципы классификации кабельных изделий

Кабельное изделие — электрическое изделие, предназначенное для

передачи по нему электрической энергии, сигналов информации или служащее для изготовления обмоток электрических устройств, отличающееся гибкостью. Вся кабельная продукция с точки зрения конструктивных элементов делится на кабели, провода и шнуры. Эта классификация является достаточно условной, так как в соответствии со сложившейся многолетней практикой в ряде случаев эти термины используются произвольно. Достаточно отметить, что одножильные кабели с пластмассовой изоляцией и авиационные провода больших сечений конструктивно выглядят практически одинаково. Тем не ме­ нее в соответствии с действующей стандартизированной терминоло­ гией понятия кабель, провод и шнур могут быть определены следую­ щим образом:

• Кабель — кабельное изделие, содержащее одну или более изоли­

рованных жил (проводников), заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может иметься соответс­ твующий защитный покров, в который могут входить броня и пригодное защитное покрытие, в частности, для прокладки в земле и под водой;

• Провод — кабельное изделие, содержащее одну или несколько

скрученных проволок или одну или более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплу­ атации могут иметься легкая металлическая оболочка, обмотка и (или) оплетка из волокнистых материалов или проволоки, и непредназначенное, как правило, для прокладки в земле;

• Шнур — провод с изолированными жилами повышенной гиб­

кости, служащий для соединения с подвижными устройст­ вами.

Кабельные изделия можно классифицировать по различным при­ знакам:

—По группам однородной продукции;

—Составу конструктивных элементов;

—Материалу изоляции;

—Назначению;

—Области применения.

По группам однородной продукции,стандартизуются кабельные из­ делия в целом. Таких групп однородной кабельной продукции по ка­ бельной промышленности СНГ было принято 21 в конце 80-х годов [34], а в настоящее время [90]:

1.Провода неизолированные для воздушных линий электропере­

дачи;

2.Провода самонесущие изолированные;

3.Провода неизолированные контактные;

4.Провода неизолированные гибкие;

5.Кабели силовые для стационарной прокладки на напряжение менее 1кВ;

6.Кабели силовые для стационарной прокладки на напряжение 1 кВ и выше;

7.Кабели силовые для нестационарной прокладки на напряжение

1кВ (в том числе для погружных электронасосов);

8.Провода силовые для электрических установок;

9.Провода силовые бытового назначения;

10.Провода автотракторные;

11.Провода и шнуры осветительные;

12.Провода для выводов обмоток электрических машин;

13.Провода силового общего назначения;

14.Провода для взрывных работ;

15.Провода и кабели нагревательные;

16.Провода и кабели подвижного состава;

17.Кабели управления;

18.Кабели контрольные;

19.Кабели сигнально-блокировочные;

20.Кабели и провода термоэлектродные;

21.Кабели с минеральной изоляцией;

22.Кабели дальней связи;

23.Кабели связи телефонные;

24.Кабели зоновой связи;

25.Кабели связи стационарные и распределительные;

26.Провода связи телефонные распределительные и радиотранс

ляционные; 27. Провода и кабели связи полевые;

28.Шнуры слаботочные;

29.Кабели для конструирования систем (LAN-кабели);

30.Провода и кабели монтажные;

31.Провода и кабели бытовые;

32.Кабели и провода для геофизических работ;

33.Кабели судовые;

34.Кабели волоконно-оптические;

35.Кабели радиочастотные;

36.Провода обмоточные с эмалевой изоляцией;

37.Провода обмоточные с волокнистой и другими видами изоля­

ции; 38. Прокат цветной.

По составу конструктивных элементов кабельные изделия можно подразделить на следующие большие группы: электрические кабели, электрические провода, и электрические шнуры.

По материалу изоляции все кабельные изделия кабельные изделия

!можно подразделить на следующие группы:

—неизолированные провода;

—кабели и провода с бумажной (пропитанной и непропитанной) изоляцией;

—кабели, провода и шнуры с пластмассовой изоляцией;

—кабели, провода и шнуры с резиновой изоляцией;

—эмалированные провода;

—провода и кабели с волокнистой и комбинированной изоляцией.

Классификация по этому признаку важна при рассмотрении воп­ росов, связанных с Технологией производства кабельных изделий, в соответствии с которой производится специализация кабельных це­ хов и заводов. Однако приведенные три варианта классификации не отражают главного в кабельном изделии — его назначения.

По назначению кабельные изделия можно подразделить на следую­ щие группы:

—кабели и провода высокого напряжения;

—кабели, провода и шнуры низкого напряжения;

—кабели связи;

—радиочастотные кабели;

—обмоточные провода.

Кабели и проводе) высокого напряжения характеризуются высоким

(свыше 1000 В) значением рабочего напряжения. К ним относятся

заданного рабочего напряжения, и значения допустимого рабочего тока.

Классификация кабельных изделий по назначению выполняется в зависимости от значения трех основных «электрических» параметров

— напряжения, тока и частоты, которыми и определяются особеннос­ ти конструирования и расчета перечисленных групп кабельных изде­ лий. Для кабельных изделий высокого напряжения расчет толщины изоляции проводится исходя из ее электрической прочности, а пло­ щадь сечения токопроводящих жил определяет допустимый рабочий ток кабеля. По кабелям низкого напряжения толщина изоляции вы­ бирается исходя из технологических соображений или необходимос­ ти обеспечения достаточной механической прочности.

По кабельным изделиям высокого и низкого напряжения могут передаваться как значительные, так и незначительные токи. В первом случае площадь сечения токопроводящих жил выбирается исходя из нагревостойкости изоляции, т. е. требования обеспечения длительно допустимой температуры жилы (из теплового расчета). В случае не­ больших токов площадь сечения жил выбирается исходя из допусти­ мого значения падения напряжения по длине кабельного изделия или же из соображений обеспечения достаточной механической прочнос­ ти жилы. Вид напряжения (переменное, постоянное) и частота тока также оказывают решающее влияние на принципы конструирования кабельных изделий.

По области применения все кабельные изделия условно можно под­

разделить на две большие группы — изделия общего и специального применения.

Кабельные изделия общего применения используются для обеспе­ чения энергоснабжения промышленных предприятий, гражданских сооружений и электрифицированного транспорта, всех видов мест­ ной и дальней связи, а также для обеспечения бытовых нужд населе­ ния. К кабельным изделиям общего применения можно отнести:

•силовые кабели с пропитанной бумажной, пластмассовой и рези­ новой изоляцией;

•силовые кабели с пластмассовой изоляцией для сельского хо­ зяйства;

•провода с пластмассовой и резиновой изоляцией для распределе­ ния электрической энергии и выводов обмоток электрических машин

иаппаратов;

•кабели контрольные, управления, сигнализации и блокировки-

•монтажные провода и кабели;

•силовые кабели с пластмассовой изоляцией для сельского хо­ зяйства;

•провода с пластмассовой и резиновой изоляцией для распределе­ ния электрической энергии и выводов обмоток электрических машин

иаппаратов;

•кабели контрольные, управления, сигнализации и блокировки;

•монтажные провода и кабели;

•гибкие кабели, провода и шнуры для присоединения к передвиж­ ным или переносным электроустановкам и бытовой электро— и ра­ диоэлектронной аппаратуры;

•кабели и провода для электрифицированного транспорта;

•кабели местной и дальней связи;

•радиочастотные кабели.

Кабельные изделия специального применения отличаются от со­ ответствующих изделий общего применения наличием предъявляе­ мых к ним особых требований, вызванных спецификой их исполь­ зования в различных отраслях или в условиях особых климатических воздействий. Изделия специального применения можно подразделить на следующие основные группы:

•кабели для питания передвижных механизмов, используемых для землеройных и открытых горных работ;

•шахтные кабели и провода;

•кабели для нефтегазовой промышленности;

•кабели и провода для геофизических работ;

•кабели и провода для авиационной и космической техники;

•судовые кабели и провода;

•подводные кабели;

•кабели для систем кабельного телевидения;

•нагревательные кабели, провода и шнуры;

•специальные кабели и провода для различных областей техники. Кабели для питания передвижных механизмов работают в условиях

перемещения по поверхности земли, т. е. при наличии неровностей почвы, а, следовательно, они должны обладать повышенной гибкос­ тью, стойкостью к механическим растягивающим, ударным и истира­ ющим нагрузкам, а также высокими влагостойкостью и химическом стойкостью. В случае питания мощных энергоемких механизмов эти

кабели должны быть высоковольтными (до 35 кВ) и иметь вспомога­ тельные жилы для обеспечения заземления корпуса механизма вусло­ виях его перемещения.

Шахтные кабели и провода используются для питания угольных

комбайнов и другой специальной техники, а также для освещения, управления и сигнализации, монтажа различной электроаппаратуры

иорганизации местной связи. Эти кабельные изделия работают в ус­ ловиях ограниченного свободного пространства. При перемещении по штрекам колесного транспорта существует вероятность наезда на проложенный кабель или повреждения его в случае локальных обва­ лов пород. Учитывая наличие в шахтах взрывоопасных газов, необхо­ димо исключить возможность короткого замыкания при поврежде­ нии кабелей, т.е. шахтные кабели должны обладать высокой гибкос­ тью, повышенной механической прочностью (стойкостью к ударам

ираздавливанию), быть негорючими, пожаробезопасными. По этой причине в конструкции ряда кабелей предусматривается применение специальных упрочняющих профильных сердечников между изоли­ рованными жилами, а также специальных конструктивных элементов (экранов, дополнительных жил) для создания систем опережающе­ го отключения, которые обесточивают кабель до момента замыкания жил при его механическом повреждении. В качестве материалов для шахтных кабелей используются резины, не распространяющие горе­ ние, и поливинилхлоридные (ПВХ) пластикаты.

Кабели для нефтегазовой промышленности обеспечивают питание

электродвигателей погружных насосов, применяемых для добычи не­ фти, и нефтебуров, используемых при бурении нефтяных скважин. Эти кабели должны обладать повышенной гибкостью, радиальной герметичностью, стойкостью к агрессивным средам, способностью работать при повышенном гидростатическом давлении в условиях вибраций, динамических нагрузок и частых спусков в скважины.

Кабели и провода для геофизических работ применяются при ис­

следовании скважин, бурящихся на нефть, газ, уголь, руду и другие ископаемые, а также при проведении полевых геофизических работ различными методами. Их можно подразделить на две группы: кабели грузонесущие для работы в глубоких скважинах и кабели и провода для полевых геофизических работ.

Особенностью грузонесущих кабелей является их работа в сква­ жинах на значительной глубине в различных буровых растворах при

повышенных температурах и давлениях, которые к тому же растут по мере углубления скважины. Эти кабели должны выдерживать зна­ чительные разрывные нагрузки под действием собственной массы и массы приборов, подвешиваемых на их конце, а также резких толч­ ков и других механических воздействий, возникающих при спуске и подъеме кабеля. Механическую прочность таким кабелям придают использованием брони в виде двух повивов высокопрочной стальной оцинкованной проволоки диаметром 0,8—1,3 мм, а также использова­ нием сталемедных токопроводящих жил. В зависимости от требуемой нагревостойкости в качестве материалов для изоляции используются резины, полиэтилен или плавкие фторопласты, а для оболочки — не­ фтемаслостойкие и теплостойкие резины или нагревостойкие пласт­ массы, например плавкие фторопласты. Особенностями этих кабелей является также то, что они должны выпускаться большой строитель­ ной длиной, соответствующей глубине скважин, и обладать способ­ ностью передавать информационные сигналы от аппаратуры в сква­ жине, что определяет специальные требования по высокочастотным свойствам к жилам и изоляции.

Кабели и провода для геофизических исследований вполевыхусло­ виях работают при температурах окружающей среды от -50 до +50 °С, их токопроводящие жилы выполняются из сталемедной проволоки или из стальных и медных проволок, изоляция — из полиэтилена, оболочка — из ПВХ пластиката.

Кабели и провода для авиационной и космической техники обеспе­

чивают монтаж бортовой сети, различной радиоэлектронной аппа­ ратуры и приборов, а также систем зажигания и запуска самолетов, ракет и космических аппаратов. Основными специальными требо­ ваниями к этим кабельным изделиям являются малая масса, него­ рючесть, стойкость к воздействию глубокого вакуума, циклическим изменениям температуры, ионизирующим излучениям, вибраци­ ям, ударам, а также высокие нагревостойкость, морозостойкость и повышенная надежность. Миниатюризация конструкций кабелей и проводов, т. е. уменьшение их размеров (и, прежде всего, площа­ ди сечения токопроводящих жил), неизбежно вызывает требование обеспечения повышенной нагревостойкости изоляции, поэтому в этих изделиях широко применяются различные фторопласты и теплостойкие резины (на основе кремнийорганических каучуков и фторкаучуков). Также используются жилы упрочненные и имеющие

защитные покрытия (луженые или посеребренные, никелирован­ ные).

Судовые кабели и провода предназначены для цепей силового пи­

тания, контроля, освещения, сигнализации и связи на судах морско­ го и речного флота, а также на береговых и плавучих сооружениях. К ним предъявляются особые требования, вызванные спецификой их работы: прокладка в ограниченном пространстве, в пучках, часто проходящих через водонепроницаемые перегородки, разделяющие отсеки в трюмах. По этой причине от них требуются повышенная нагревостойкость, негорючесть, стойкость к действию морской воды, нефти, различных масел, радиальная и продольная герметичность, пожаростойкость и повышенная надежность. Для таких кабельных изделий используются различные резины, облученный полиэтилен, специальные ПВХ пластиката, минеральная изоляция, адля продоль­ ной герметизации применяются термопластичные и термореактив­ ные эластомеры.

Подводные кабели предназначены для сооружения магистральных

линий связи, пересекающих большие водные пространства. Эти ка­ бели должны обладать высокой прочностью к растягивающим нагруз­ кам, возникающим под действием собственной массы при прокладке ихс кабелеукладочного судна, стойкостью к морской воде, способнос­ тью работать при высоком гидростатическом давлении (до 70 МПа на глубинах 6—7 км). Кроме того, подводные кабели должны выпускать­ ся большой строительной длины и иметь встроенные промежуточные усилители. Ранее для этих целей использовались коаксиальные кабели большого размера со сплошной полиэтиленовой изоляцией и броней из круглых проволок, наложенных поверх наружного проводника, или со стальным тросом внутри трубчатого внутреннего проводни­ ка для обеспечения необходимой разрывной прочности. В последнее время широко используются оптические кабели связи для подводной прокладки, которые имеют значительно большие пропускную спо­ собность и расстояние между встроенными регенераторами.

Кабели для систем кабельного телевидения обеспечивают переда­

чу телевизионного сигнала от передающего центра непосредственно до телевизионного приемника по материальной среде двухпроводной (коаксиальной) цепи. По конструкции это коаксиальные радиочас­ тотные кабели, но условия их работы отличаются от обычных для этих кабелей. Во-первых, длина их может достигать сотен и тысяч метров,

что отвечает особенностям использования кабелей дальней связи. Вовторых, они прокладываются в телефонной кабельной канализации как и городские телефонные кабели, а по диапазону частот (сотни ме­ гагерц) соответствуют обычным радиочастотным кабелям.

Нагревательные кабели, провода и шнуры используются для обог­

рева производственных, сельскохозяйственных, жилых помещений, гражданских объектов (крыш и карнизов зданий, тротуаров и т.п.), промышленных объектов (трубопроводов), а также для нагрева раз­ личных промышленных агрегатов и в бытовых нагревательных уст­ ройствах. Они представляют собой распределенные по длине нагре­ ватели, которые могут быть проложены под полами, внутри стен, чехлов и т.п. Особенностью этих кабельных изделий является схема включения, в которой обычно начало и конец одной токопроводящей жилы подключается к питающему напряжению и ток определяется сопротивлением этой жилы. Длина таких кабелей может быть от од­ ного до сотен метров, токопроводящие жилы могут быть медными, стальными или из сплавов с высоким сопротивлением, а изоляция

— обычной теплостойкости (полиэтилен) или нагревостойкой (фто­ ропласты, кремнийорганические резины или неорганические мине­ ральные материалы).

Перечисленные группы кабельных изделий не охватывают все разнообразие выпускаемой кабельной продукции. Ввиду ограничен­ ности объема данной книги не представляется возможным рассмот­ реть особенности многих других типов кабелей и проводов, поэтому можно объединить их все в одну общую группу — специальные кабе­ ли и провода для различных отраслей техники. Сюда можно отнести кабели рентгеновские для электронных микроскопов, излучающие радиочастотные, аэродромные и прожекторные, для электросварки, питания осветительных приборов студий телецентров, а также протя­ женные кабели —датчики температуры для использования всистемах противопожарной сигнализации, термопарные кабели, медицинские кабели и провода, в том числе вживляемые в человеческий организм, и др.

Кабели и провода специального и общего применения, исполь­ зуемые в технике и технологии добычи нефти, при выполнении гео­ физических работ подробно рассмотрены в ряде публикаций [90,99]. Ввиду ограниченности объема справочника, в данной главе и в целом по публикации рассматриваются специальные кабели и провода, экс­