Основная структура силовых кабелей в первую очередь состоит из проводника (жилы), изоляционного слоя, экранирующего слоя и защитного слоя (оболочки). В зависимости от номинального напряжения, области применения и условий окружающей среды структура может варьироваться. Ниже приведена подробная слоистая структура типичного силового кабеля:

1.Проводник (жила)

- Материал: обычно медь или алюминий, выбранные за их отличную электропроводность и умеренные механические свойства.

- Структура:

- Одножильный кабель: один проводник с круглым или веерообразным поперечным сечением.

- Многожильный кабель: состоит из нескольких скрученных между собой проводников (например, 3-жильный, 4-жильный), как правило, с круглым поперечным сечением; скручивание повышает гибкость.

- Характеристики поперечного сечения: рассчитываются в соответствии с требованиями к токонесущей способности, например 1,5 мм², 240 мм² и т. д.

2.Экранирующий слой проводника (присутствует в кабелях среднего и высокого напряжения)

- Функция: равномерно распределяет электрическое поле по поверхности проводника для предотвращения частичных разрядов.

- Материал: полупроводниковый материал (например, смесь сшитого полиэтилена и сажи).

3.Изоляционный слой

- Функция: изолирует проводник, выдерживает напряжение и предотвращает утечку или пробой.

- Материалы:

- Низковольтные кабели: поливинилхлорид (ПВХ), сшитый полиэтилен (XLPE).

- Средне- и высоковольтные кабели: XLPE (высокая термостойкость, отличные диэлектрические свойства) или этиленпропиленовый каучук (EPR).

- Толщина: увеличивается с ростом номинального напряжения (например, примерно 3–5 мм для изоляции кабеля 10 кВ).

4.Изолирующий экранирующий слой (присутствует в кабелях среднего и высокого напряжения)

- Функция: работает совместно с экранирующим слоем проводника для дальнейшего выравнивания электрического поля.

- Материал: полупроводниковый слой, структурно схожий с экранирующим слоем проводника.

5.Металлический экранирующий слой

- Функция:

- Проводит токи короткого замыкания (например, при замыкании на землю).

- Обеспечивает электромагнитное экранирование для уменьшения внешних помех.

- Материал: медная лента, медная оплетка или алюминиево-пластиковая композитная лента.

6.Заполняющий слой (многожильный кабель)

- Функция: заполняет промежутки между проводниками, сохраняет круглость кабеля, повышает механическую прочность.

- Материал: негигроскопичные материалы (например, полипропиленовый шнур, резиновые заполняющие полоски).

7.Внутренняя оболочка (вкладыш)

- Функция: защищает изоляцию и экранирующие слои, предотвращая появление царапин на изоляции от металлических экранов.

- Материалы: ПВХ, полиэтилен (ПЭ) или безгалогенные, малодымные, огнестойкие материалы (например, для экологически чувствительных применений).

8.Бронированный слой (опционально)

- Функция: усиливает механическую защиту от сжатия, растяжения и повреждений грызунами.

- Типы:

- Стальная лента: двухслойная обмотка из оцинкованной стальной ленты для обеспечения сопротивления сжатию (например, для кабелей, прокладываемых непосредственно в земле).

- Стальная проволочная броня: грубая или тонкая стальная проволочная оплетка для обеспечения прочности на растяжение (например, для подводных кабелей).

9.Наружная оболочка (наружный покровный слой)

- Функция: защищает кабель от внешних повреждений, таких как влага, химическая коррозия и ультрафиолетовое излучение.

- Материалы:

- Общего назначения: ПВХ (низкая стоимость), ПЭ (хорошая атмосферостойкость).

- Специального назначения: безгалогенные материалы (огнестойкие, с низким уровнем дымообразования), фторопласты (высокая термостойкость).

Специальные конструкции

- Огнестойкие/пожаробезопасные кабели: содержат огнестойкие вещества или слюдяную ленту (например, пожаробезопасные кабели).

- Водонепроницаемые кабели: имеют металлическую оболочку (например, свинцовую оболочку) или водонепроницаемое гелевое наполнение.

- Волоконно-оптические композитные кабели: содержат оптические волокна в структуре для мониторинга связи.

При проектировании силовых кабелей необходимо всесторонне учитывать электрические характеристики, механическую прочность и адаптируемость к окружающей среде. Конструкции дополнительно оптимизируются для конкретных сценариев применения, таких как подземная прокладка, горнодобывающая промышленность и морские суда.

Примеры типичных конструкций кабелей

- Низковольтный кабель (0,6/1 кВ): проводник → ПВХ-изоляция → наполнитель → ПВХ-оболочка.

- Кабель среднего напряжения (8,7/15 кВ): проводник → экран проводника → изоляция из сшитого полиэтилена → экран изоляции → экран из медной ленты → оболочка из ПВХ.

- Бронированный кабель: ... → внутренняя оболочка → бронирование стальной лентой → внешняя оболочка из ПВХ.