Изоляция. Если использовать академические термины, изоляция – это материал, препятствующий распространению электрического тока. Сухо и не совсем понятно. Немного по-другому звучит так: изоляция – это вещество-диэлектрик, своеобразная защитная рубашка, которой покрываются жилы, передающие электрический ток. В качестве диэлектрика применяются стекло, керамика и различные полимеры, например поливинилхлорид и целлулоид. В последнее время применяются изоляционные полимеры, которые не только защищают человека от поражения током и жилы от соприкосновения друг с другом, что может привести к печальным последствиям, но и обладают рядом других свойств. Например, защищают жилы от механического воздействия, температуры и влажности – в общем, от разрушающего влияния внешней среды.
Провод. Проводом называется одна или несколько токопроводящих жил (ТПЖ), свитых вместе или каждая в своей оболочке и соединяющих источник электрического тока с потребителем. Провода бывают изолированными и неизолированными и различаются по виду жил. Поверх изоляции жил провода покрываются дополнительно еще одной оболочкой, служащей для защиты от влажности, механических повреждений, света, агрессивных сред и т. д. В этом случае провод называется защищенным. Например, АПРН и ПРВД. Такой провод легко спутать с кабелем, и, в сущности, они не слишком отличаются. Во всяком случае, для домашнего умельца не будет серьезной ошибкой, если он назовет кабель проводом или наоборот. Неизолированный провод в домашних условиях практически не встречается, поскольку монтируется в недоступных для простого человека устройствах и соединениях, например в воздушных линиях. Изолированные провода широко применяются для распределения и передачи электроэнергии, причем не только в домашних сетях, но и в автомобилях. Наиболее распространены провода марок ПВ, ПВ-3, АППВ и ППВ. Они являются изолированными и незащищенными.
Кабель. В отличие от провода, кабель имеет одну или несколько жил, каждая из которых заключена в изоляцию и покрыта сверху защитной оболочкой из полимерных пластмасс, резины или металла. Помимо внешней изоляции, называемой иногда кембриком, в кабелях используются различного вида наполнители, служащие в роли дополнительной защиты от внешнего воздействия. Некоторые виды защищены еще и свитыми в спираль металлическими лентами. В этом случае кабель называется бронированным. Такие кабели редко используются в бытовых условиях, но в частных домах при подземной прокладке их используют достаточно часто.
Шнур. Часто можно услышать словосочетание "электрический шнур", хотя чем он отличается от кабеля или провода, не всегда понятно. Шнур – это провод, состоящий из двух или более многопроволочных гибких жил, каждая из которых заключена в изоляцию, покрытых сверху защитной оболочкой из мягкого пластика или резины. В шнурах старых образцов внешняя оболочка изготавливалась из синтетических нитей. Шнуры используют в бытовой технике, поскольку они имеют повышенную мягкость и гибкость по сравнению с кабелем или обычным проводом. Шнур можно крутить и сгибать без риска повредить жилы и изоляцию. У приборов, которые используют при работе заземление (стиральные машины, пылесосы, чайники и т. д.), в шнурах более двух жил. Две жилы используются там, где заземление необязательно. Это приборы освещения: бра, светильники и т. д.
Материал жилы
В обычных бытовых условиях чаще всего используются алюминий, медь и алюмомедь. С первыми двумя все более-менее понятно, но вот что такое алюмомедь? Это не сплав, как можно подумать сначала, поскольку тяжелый и легкий металлы соединяются плохо, а композитный материал, представляющий собой алюминиевый сердечник, покрытый слоем меди. Зачем соединять эти два материала, станет понятно после рассмотрения их свойств.
Алюминий. Алюминий – прекрасный материал: легкий, дешевый, обладает вполне приличной электропроводимостью, хорошо отдает тепло, химически стоек. Однако есть несколько "но", существенно ограничивающих применение алюминиевых проводников.
1. Алюминиевый провод не может быть гибким. Вспомните, как хорошо переламывается проволока из этого металла, если перегнуть ее несколько раз. Вывод простой – такие провода можно использовать только в стационарных установках и там, где кабель не испытывает больших перегибов при прокладке.
2. Алюминий окисляется на воздухе. Оксид алюминия – тугоплавкая пленка серого цвета, образующаяся на поверхности металла и являющаяся диэлектриком. В местах контакта может серьезно препятствовать течению электрического тока. Отсюда и излишний перегрев, и риск потерять контакт в местах соединения.
3. Алюминий – прекрасный проводник, но только в случае, если не содержит примесей, чего добиться очень трудно. По сравнению с медью этот металл обладает проводимостью, меньшей в полтора раза.
Медь. Наряду с многочисленными плюсами обладает не меньшим количеством минусов. Достоинства: проводимость выше, чем у алюминия, гибкость, не образует оксидной пленки. От гибкости зависит толщина жилы. Алюминиевые проводники не могут иметь площадь сечения менее 2,5 мм, а из меди можно изготавливать жилы с площадью сечения 0,3 мм. Недостатки: дороговизна, высокая плотность, следовательно, и вес, невозможность прямого соединения с алюминиевыми жилами. При контакте эти два металла образуют гальваническую пару, и возникающие токи разрушают контакт, поэтому при необходимости соединения используют специальные клеммные колодки.
Алюмомедь. Механический композит, состоящий из алюминиевого сердечника и медной рубашки, которая занимает 10 % от объема жилы. Сочетает в себе положительные качества алюминия и меди. Минусы: по всем показателям уступает проводникам из отдельных металлов. Плюс: низкая стоимость.
Материал изоляции
Именно изоляция придает кабелю или проводу те или иные качества. Проводники могут быть бронированными, термостойкими, водонепроницаемыми, защищенными от давления и другими – все это изоляция. Электрический ток может быть опасен для жизни, и изоляционные материалы необходимы для защиты человека. Однако это не единственная функция изоляции. Сам металлический проводник также нуждается в защите; особенно это касается многожильных кабелей. Так что основными задачами изоляции становятся такие:
• защита от утечки и поражения электрическим током;
• механическая и термическая защита кабеля;
• индикация проводников.
Видов изоляции, как и материалов, из которых она изготавливается, великое множество. Нет смысла рассматривать их все. Достаточно описать только те, которые используются в домашних условиях, а их не слишком много.
Основной характеристикой материала изоляции является электрическая прочность. Это такое значение силы тока, при котором заряд пробивает слой изоляционного материала толщиной 1 мм. Все кабели, которые используются в быту, имеют многократную электрическую прочность. Пробо́й в такой изоляции возможен лишь в случае механического повреждения или после длительной службы провода.
Вторая характеристика – устойчивость к нагреванию. Это просто: чем выше показатель, тем более высокую температуру может выдержать изоляция без потери своих качеств. К этому показателю добавляются морозостойкость и механическая прочность. Чем прочнее и устойчивее на разрыв и изгиб материал изолятора, тем лучше. С понятием механической прочности связан термин "опрессовка кабеля". Когда в процессе изготовления кабеля внешняя оболочка надевается на изоляцию ТПЖ, кабель опрессовывается, приобретая плотность и определенную форму – плоскую или круглую. Покупая кабель или провод, необходимо убедиться, что проводники опрессованы с надлежащей тщательностью.
Поливинилхлорид (ПВХ) – наиболее распространенный изоляционный материал. Это полимер белого цвета, обладающий высокой устойчивостью к кислотам и щелочам. Практически не горюч. Достаточно мягкий и гибкий материал, он тем не менее имеет несколько существенных недостатков, а именно:
• низкую морозоустойчивость (до –20 °C), хотя в последнее время созданы и холодоустойчивые модификации;
• при нагревании начинает выделять хлороводород и диоксины (хлороводород при контакте с водой, например на слизистых оболочках, образует соляную кислоту).
Резина – отличный изолятор, изготавливаемый из искусственных или природных каучуков. Применяется, когда необходимы повышенная гибкость и морозоустойчивость кабеля.
Полиэтилен – изолятор с хорошими показателями морозостойкости, весьма устойчивый к агрессивным веществам.
Силиконовая резина – эластичный термостойкий изолятор, при сгорании образует диэлектрическую защитную пленку.
Пропитанная бумага имеет отличные токоизолирующие свойства, но хорошо горит и требует дополнительных материалов для термоизоляции.
Карболит – пластический материал, используемый для производства розеточных колодок и оболочек кабельных сжимов, термостойкий, но хрупкий.
И еще несколько необходимых элементов проводов и кабелей.
Экран обычно используется в информационных кабелях. Изготавливается из металлической фольги и выполняет функции отражателя посторонних электромагнитных сигналов, а также выравнивания электрического поля внутри самого себя.
Защитный покров. В силовых кабелях высокого напряжения, используемых для прокладки подземных линий, для защиты от механического воздействия применяются металлические оплетки, называемые броней. Под броней и над ней стоят защитные подушки. Они предохраняют нижележащую изоляцию от металла брони и последнюю от внешнего воздействия.
Все ТПЖ заключены в оболочки различных цветов, так что не приходится гадать, какая жила выходит с разных сторон кабеля. Кроме того, цветовая маркировка несет информационную нагрузку. В разных видах кабеля жилы имеют различную окраску.
Как правило, в трехжильном они белого, желтого и красного цветов. Проводник с белой изоляцией принимается за фазовый, с красной – за нулевой, с желтой или желто-зеленой обычно служит заземлением. При другой гамме устойчивым цветом привязки считается желто-зеленая ТПЖ, а другие цвета, как правило, распределяются по вкусу монтирующего цепь. Главное при этом – запомнить или записать, какой цвет к чему относится, чтобы не ошибиться впоследствии.
Внутри самого кабеля, под внешней оболочкой, изолированные жилы посыпаются мелом для улучшения их скольжения и предотвращения слипания.
Маркировка кабелей и проводов
На первый взгляд буквенно-цифровое обозначение кабеля напоминает секретный код, который невозможно разгадать. На самом деле каждый символ несет в себе информацию, обладая которой можно легко понять, какого типа кабель перед вами и каковы его основные характеристики. Буквами, расположенными в определенной последовательности, обозначаются материал изоляции и жилы, область применения провода, особенности конструкции, а цифрами – количество жил и их сечение. Буквенная часть кода обычно состоит из четырех символов (иногда букв больше, но длинные последовательности, как правило, используются для маркировки специальных кабелей).
Первая буква обозначает материал, из которого изготовлена жила. А – алюминий; если это медь, то буквы нет. Например, ВВГ и АВВГ. Первый кабель медный, второй – алюминиевый.
Вторая буква – это область применения провода: К – контрольный, М – монтажный, П(У) или Ш – установочный, МГ – гибкий монтажный кабель. Если буквы нет, значит, это силовой провод.
Третья буква – это тип изоляции ТПЖ. Здесь много обозначений: В или ВР – поливинилхлорид, Д – двойная обмотка, К – капрон, П – полиэтилен, Р – резина, НР или Н – негорючая резина, С – стекловолокно, Ш – полиамидный шелк, Э – экранированный.
Четвертая буква обозначает особенности конструкции кабеля: Б – бронированный лентами, Г – гибкий, Т – для прокладки в трубах, К – бронирован круглой проволокой, О – в оплетке.
Помимо перечисленных обозначений, есть дополнительные, которые пишутся не прописными буквами, а строчными и ставятся после всех остальных. Например, ВВГнг – негорючий ВВГ, ВВГз – заполненный ВВГ. С цифрами все гораздо проще: первая обозначает количество жил, вторая – сечение жилы. Например, ПВС 3 × 6 обозначает, что провод имеет три жилы, площадь сечения каждой из которых 6 мм.
Впрочем, иногда встречаются кабели с более сложной цифровой маркировкой, например силовой кабель КГ 3 × 6 + 1 × 4. Это означает, что, кроме трех основных жил сечением 6 мм, у него есть еще одна сечением поменьше – 4 мм, которая служит для заземления.
У кабелей иностранного производства система маркировки совершенно другая. Как правило, силовые кабели и провода стран бывшего СССР намного дешевле, нежели заграничная продукция. Объясняется это просто – основное сырье для них (медь, алюминий и полимеры) производят и добывают именно в странах бывшего СССР. Так что если вы увидите кабель иностранного производства, то вполне возможно, что он изготовлен из сырья, экспортируемого из нашей страны. Большее распространение получили на наших рынках импортные информационные кабели для компьютерной техники.
Силовые кабели
Основные виды кабелей и проводов, используемые при монтаже в условиях квартиры или частного дома, необходимо рассмотреть более подробно. При покупке, установке, эксплуатации и ремонте необходимы подробные сведения о них.
Среди наиболее популярных в последнее время видов кабельной продукции можно назвать кабель ВВГ и его модификации.
ВВГ обозначается силовой кабель с изоляцией ТПЖ из ПВХ, оболочкой (кембриком) из ПВХ и медной жилой, не имеющий внешней защиты. Используется для передачи и распределения электрического тока, рабочее напряжение – 660–1000 В, частота – 50 Гц. Количество жил может варьироваться от 1 до 5. Сечение – от 1,5 до 240 мм. В бытовых условиях используется кабель сечением 1,5–6 мм, при строительстве частных домов – до 16 мм. Жилы могут быть как одно-, так и многопроволочными. Никаких ограничений на увеличение сечения нет – можно и в квартире положить кабель сечением 10 мм.
ВВГ применяется при широком диапазоне температур: от –50 до +50 °C. Выдерживает влажность до 98 % при температуре до 40 °C. Кабель достаточно прочен на разрыв и изгиб, стоек к агрессивным химическим веществам.
При монтаже следует помнить, что каждый кабель или провод имеет определенный радиус изгиба. Так, для поворота на 90° при использовании кабеля ВВГ радиус изгиба должен быть не меньше 10 диаметров сечения кабеля. В случае с плоским кабелем или проводом считается ширина плоскости.
Внешняя оболочка, как правило, черного цвета, хотя иногда можно встретить и белого. Не распространяет горение. Изоляция ТПЖ маркирована различными цветами: голубым, желто-зеленым, коричневым, белым с синей полоской, красным и черным. Кабель упакован в бухты по 100 и 200 м; другие размеры встречаются сравнительно редко.
Существует несколько разновидностей кабеля ВВГ:
АВВГ – те же характеристики изоляции, но вместо медных жил используются алюминиевые;
ВВГнг – кембрик с пониженной горючестью;
ВВГп – наиболее часто встречающаяся разновидность, сечение кабеля не круглое, а плоское;
ВВГз – пространство между изоляцией ТПЖ и кембриком заполнено жгутами из ПВХ или резиновой смесью.
NYM не имеет расшифровки буквенного обозначения. Это медный силовой кабель с ПВХ-изоляцией ТПЖ; внешняя оболочка из негорючего ПВХ. Между слоями изоляции находится наполнитель в виде мелованной резины, что придает кабелю повышенную прочность и термостойкость. Жилы многопроволочные, всегда медные.
Количество жил – от 2 до 5, сечение – от 1,5 до 16 мм. Предназначен для проведения осветительных и силовых сетей с напряжением 660 В. Обладает высокой влаго-и термостойкостью. Может применяться для прокладки на открытом воздухе. Диапазон рабочих температур – от –40 до +70 °C. Недостаток: изоляция чувствительна к воздействию солнечного света, поэтому кабель необходимо укрывать. По сравнению с ВВГ любого вида более стоек и удобен в работе, однако бывает только круглого сечения (не всегда удобно закладывать в штукатурку или бетон) и существенно дороже ВВГ. Радиус изгиба – 4 диаметра сечения кабеля.
КГ расшифровывается очень просто – кабель гибкий (рис. 4.4). Это кабель с рабочим переменным напряжением до 660 В, частотой до 400 Гц или постоянным напряжением до 1000 В. Жилы медные, гибкие или повышенной гибкости. Их количество варьируется от 1 до 6. Изоляция ТПЖ – резина, внешняя оболочка из того же материала. Диапазон рабочих температур – от –60 до +50 °C. Кабель применяется в основном для подсоединения различных переносных устройств. Чаще всего это сварочные аппараты, генераторы, тепловые пушки и т. п. КГ прекрасно зарекомендовал себя именно в качестве кабеля, работающего практически при любых условиях на открытом воздухе. На стройке для протяжки силовых линий он просто незаменим. Хотя некоторые оригинальные люди, привлеченные гибкостью и надежностью КГ, монтируют его в качестве домашней проводки. Есть разновидность КГнг с негорючей изоляцией.
Рис. 4.4. Кабель КГ:
1 – резиновый сердечник; 2 – оболочка; 3 – изоляция
ВББШв – бронированный силовой кабель с медными жилами. Последние бывают как однопроволочными, так и многопроволочными. Количество жил – от 1 до 5. Сечение – от 1,5 мм до 240 мм. Изоляция ТПЖ, внешняя оболочка, пространство между изоляцией и кембриком – из ПВХ. Затем идет броня из двух лент, накрученных таким образом, что внешняя перекрывает стыки витков нижней. Поверх брони кабель заключен в защитный шланг из ПВХ, а в модификации ВББШвнг использован ПВХ пониженной горючести. ВББШв предназначен для переменного номинального напряжения 660 и 1000 В. Одножильные модификации применяются для проведения постоянного тока. Прокладывается в трубах, земле и на открытом воздухе с защитой от солнца. Диапазон рабочих температур – от –50 до +50 °C. Влагоустойчив; при температуре 35 °C выдерживает влажность 98 %. Применяется для подведения электроэнергии к стационарным установкам. Радиус изгиба – не менее 10 диаметров сечения кабеля. ВББШв прекрасно подойдет для подземного подведения электричества к отдельно стоящему строению.
Модификации:
АВББШв – кабель с алюминиевой жилой;
ВББШвнг – негорючий кабель;
ВББШвнг-LS – негорючий кабель с низким газо-и дымовыделением при повышенных температурах.