Из чего делают провода

Из чего сделаны кабели, провода и шнуры

Провода, по которым передается электрический ток, — важнейшая часть энергосистем. Они пронизывают здания и механизмы, выполняя функции проводника энергии и информационных сигналов.

На сегодняшний день существует множество видов кабелей и проводов. В России их выпускается около 20 000 видов. Это и тончайшие проводки для электронных датчиков, и толстенные кабели (проводящие сотни тысяч вольт), которые не всегда можно обхватить рукой. Такой размах в размерах и области применения в быту, конечно, не нужен. Однако маркировку и свойства проводов следует изучить, чтобы не допустить досадных ошибок при работе, руководствуясь лишь принципом «провода все одинаковые, сойдет любой». Это глубоко ошибочное мнение. Необходимо знать, какие провода и кабели устанавливаются в том или ином случае.

Начать стоит с определения терминов «кабель», «провод», «шнур», «жила» и «изоляция». Они являются основополагающими, без их определения и характеристик нельзя как следует разобраться в проводниках и их свойствах.

Это металлическая проволока, сердечник любого электрического проводника. Жила бывает цельной монолитной либо в виде множества скрученных в жгут тонких проволочек. В первом случае она называется однопроволочной, во втором — многопроволочной, или гибкой. Форма сечения жилы может быть плоской или секторной, особенно это касается кабелей и проводов большого диаметра. Не следует путать многопроволочную жилу и многожильный кабель, это совершенно разные вещи.

Многожильный кабель с однопроволочными жилами

Жилы различаются по виду проводника. В домашних условиях используются изготовленные из алюминия, меди или алюмомеди, хотя в последнее время происходит замена алюминия на медь. В быту также можно встретить нихромовые проводники с повышенным сопротивлением сплава. Жилы нагреваются при эксплуатации подобно спирали в лампочке, но не так сильно. Они используются при изготовлении теплых полов.

Многопроволочная медная жила

Одной из главных характеристик жилы является площадь сечения. Производители проводов всегда ее указывают, но иногда появляется необходимость проверить площадь сечения самостоятельно. Сделать это можно при помощи обычной рулетки или штангенциркуля. Замерив диаметр жилы, можно легко вычислить ее площадь по формуле: S = πr2, где S — это площадь сечения (круга); число π = 3,141…; r — радиус. Сечение проволоки измеряется в квадратных миллиметрах.

Кабель с алюминиевыми жилами

С многопроволочной жилой дело обстоит сложнее, но можно вполне точно определить площадь ее сечения. Для этого необходимо намотать примерно 15 витков очищенной от изоляции жилы на толстый гвоздь или отвертку, плотно сжать их и замерить длину спирали обычной линейкой. Диаметр жилы будет равен этой длине, разделенной на количество витков. Другой способ — замерить отдельную проволочку, а затем умножить полученное число на их количество. Сечение жилы в ее диаметре измеряется по формуле: S = 0,785d2, где d — диаметр жилы.

Изоляция

Если говорить академическими терминами, изоляция — это материал, препятствующий распространению электрического тока. Сухо и не совсем понятно. Немного по-другому звучит следующее: изоляция — это вещество-диэлектрик, защитная «рубашка», которой покрываются жилы, передающие электрический ток. В качестве диэлектрика применяются стекло, керамика и различные полимеры, например поливинилхлорид или 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.

Проводом называется одна или несколько токопроводящих жил, свитых вместе, или каждая в своей оболочке, соединяющих источник электрического тока и потребителя. Провода бывают как голыми, так и изолированными, разными 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.

Голый неизолированный провод в домашних условиях практически не встречается, поскольку монтируется в недоступных для простого человека устройствах и соединениях. Например, в воздушных линиях. В быту его используют разве что в качестве хомута.

Изолированные провода широко применяются для распределения и передачи электроэнергии, причем не только в домашних сетях, но и в автомобилях. Марки ПВ, ПВ-3, АППВ и ППВ наиболее распространены. Они являются изолированными и незащищенными. В отдельной статье подробно рассмотрена маркировка проводов и описано, что она означает.

Кабель

В отличие от провода 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 виды редко можно увидеть при квартирных работах, но в частных домах при подземной прокладке их используют достаточно часто.

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 старых образцах внешняя оболочка выполнена из синтетических нитей.

Шнур и вилка с заземлением

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, обычно шнуры с количеством более двух жил. Это стиральные машины, пылесосы, чайники и электроинструменты. Две жилы используются там, где заземление необязательно. Это приборы освещения: бра, светильники и т. д.

Виды проводов

Провод — это изделие радиотехнической промышленности, состоящей из проводящей жилы и изоляции. Жила может быть сделана из меди, алюминия и других металлов, а изоляция из диэлектрических материалов.

Для начала давайте разберемся, почему провода бывают толстыми и тонкими?

Вы никогда не замечали, что у утюга и электрочайника диаметр провода больше, чем у зарядки для сотового телефона? Виноват во всем закон Джоуля-Ленца. Все электронные потребители «кушают» силу тока.

Из статьи работа и мощность тока мы с вами знаем, что мощность — это произведение силы тока на напряжение, то есть P=IхU . Следовательно, чтобы узнать силу тока, надо мощность разделить на напряжение в розетке. Если мой утюг обладает мощность в 1400 Ватт, значит I=P/U=1400/220=6.36 Ампер будет кушать мой утюг.

Провод — это как шланг.

Шланг выдерживает только определенный напор воды. Если мы сделаем очень большой напор воды, то шланг разнесет на кусочки! Чтобы этого не происходило, надо взять шланг бОльшего диаметра. С проводами дела обстоят точно также. Чем больше силы тока течет по проводу, тем он должен быть толще. Вот почему у нас утюг и электрочайник имеют толстые провода. По этим проводам будет течь большой ток, а по проводам зарядки — слабенький ток. Поэтому, с целью экономии дорогой меди, провода для зарядки мобильных телефонов делают тоньше.

Вот небольшая табличка, показывающая какую силу тока можно пропускать через медный провод в течение длительного времени:

Виды проводов

Провода бывают также одножильными

Здесь все просто. Одножильные провода используются в неподвижных частях радиоэлектронных устройств. Это может быть проводка в вашем доме или какие-либо перемычки внутри вашей радиоаппаратуры.

Многожильные провода используются там, где они чаще всего гнуться. Здесь правило простое — чем больше и чаще будет гнуться такой кабель, тем больше он имеет жил. В основном такие провода используют для ЧПУ станков, у которых имеются подвижные части, а также используются для питания всей переносной электроники.

Что же такое кабель и чем он отличается от провода? Кабель — это два и более провода, соединенных в один пучок. Внизу на фото всем вам знакомый кабель — витая пара.

Он часто используется в охранных пожарных системах, а также в интернет-провайдинге.

А это уже силовой кабель, который служит для передачи очень большого напряжения и силы тока на большие расстояния. Такой кабель чаще всего можно увидеть в промышленности.

В основном провода и кабели делают из алюминия или меди. Алюминий легче и дешевле меди, поэтому его используют для передачи электрического тока от подстанций к потребителям. Потребителями могут быть заводы, крупные предприятия и, конечно же, мы с вами. Провода из алюминия меньше провисают, благодаря своему маленькому весу.

Минус алюминия в том, что его проводимость хуже, чем проводимость меди, и он сильно окисляется на воздухе. В остальном, где требуется хорошая проводимость и качество сигнала, используют медные провода.

У нас есть прикольная статья про протоны. Глянь.

Из чего сделан кабель?

Физически электрический кабель представляет собой сборку, состоящую из одного или нескольких проводников с их собственной изоляцией, дополнительными экранами, защитой сборки и общим защитным покрытием. Проводник (жила) – материал, который может пропускать через себя электричество. Наиболее часто используемыми проводниками в кабелях являются медь и алюминий. Эти металлы отличаются хорошей электропроводимостью и длительным сроком эксплуатации. Еще один плюс данных проводников в том, что они подлежат вторичной переработке. Поэтому сегодня так популярен запрос, куда сдать кабель на лом в Москве. Отслужившие свой срок электрокабели и провода могут принести материальный доход тому, кто их собирает и сдает, а также снизить расходы на потребление энергии при производстве первичных проводниковых металлов.

Вид кабеля	Цена за кг, руб.
Медный кабель 1,5-4 квадрат	70-150 по брутто или до 320 за содерж.
Медный кабель от 6 квадрат	300-330 по выходу меди
Интернет кабель (витая пара,utp), телефонный в пластике	80-140 по брутто или до 320 за содерж.
Каоксиальный кабель (гофрированный фидерный, тонкие не принимаем)	300-360 по выходу меди
Силовой кабель (контактный)	305-370 по выходу меди
Медный кабель со свинцовой оболочкой	120-160 по брутто
Алюминиевый кабель со свинцовой оболочкой	45-55 по брутто
Алюминиевый кабель (силовой)	60-80 по выходу алюминия

Свойства электропроводников

Электрические проводники обладают подвижными электрически заряженными частицами, которые в металлах называются «электронами». В момент, когда электрический заряд взаимодействует с металлом, его электроны начинают двигаться и пропускать электричество. Металлы с высокой подвижностью электронов являются хорошими проводниками, а металлы с низкой подвижностью электронов используются в качестве изоляторов. В электропроводке и при изготовлении электрокабелей используют различные проводники, но самыми распространенными продолжают оставаться медь и алюминий. Из них могут производиться:

• Одножильные кабели, которые, как следует из названия, имеют один проводник или жилу, проводящую электрический ток, а также изолирующий слой, защищающий от короткого замыкания и ударов тока.
• Многожильные – это комбинация нескольких одножильных электрических проводов, имеющих один изолирующий и защитный слой.

Медные проводники: медь является одним из древнейших металлов, освоенных человечеством. Именно медь использовали Бен Франклин и Майкл Фарадей в своих экспериментах с электричеством, и именно она впервые использовалась в таких изобретениях, как телеграф, телефон и электродвигатель.

За исключением серебра медь считается самым распространенным токопроводящим металлом и стала международным стандартом, который приняли в 13 году прошлого столетия. Международный стандарт создан с целью сравнения других проводников с медью. Согласно ему, отожженная чистая медь имеет 101% проводимости IАСS.

В дополнение к отличной проводимости, данный металл обладает такими характеристиками, как прочность на разрыв, теплопроводность и отсутствие теплового расширения. Преимущества медных кабелей:

• Низкое сопротивление.
• Превосходная пластичность – удлинение молярного сплава от 20 до 40%.
• Высокая прочность при высокотемпературных напряжениях.
• Гибкость меди в 1,8 раз выше алюминия – это говорит о том, что кабели с медным сердечником являются более устойчивыми на изгиб.
• Хорошая стабильность и коррозионная стойкость.
• Высокая пропускная способность по току: из-за низкого удельного сопротивления медный кабель с поперечным сечением примерно на 30% превышает допустимую пропускную способность алюминиевого кабеля.
• Низкие потери напряжения.
• Низкое энергопотребление: поскольку сопротивление медного кабеля ниже алюминиевого, его потери мощности также являются более низкими.
• Сопротивление к ползучести – деформации металла под воздействием изменяющейся нагрузки. Медь устойчива к расширению и сужению, поэтому ее соединения не ослабевают, соответственно не перегреваются и не искрят.

Кабели с алюминиевой жилой

Несмотря на то, что медь отличается высокой пропускной способностью, гибкостью, низким сопротивлением к ползучести, алюминий имеет некоторые важные преимущества. Данный металл имеет 61 % проводимости меди, при этом он легче своего конкурента на 30%, – это означает, что оголенный алюминиевый провод будет иметь вдвое меньший вес, чем медный с подобным электрическим сопротивлением. Алюминий – более дешевый проводник, чем медь, при использовании алюминиевых кабелей нет колебаний тока, которые обычно возникают из-за сопротивления проводника. Благодаря небольшому весу алюминиевые провода часто используются при установке воздушных линий электропередач высокого напряжения, так как требуют меньшего количества опорных башен.

Помимо вышеперечисленных проводников при производстве кабелей могут использоваться другие металлы, такие как золото, серебро, вольфрам и сплавы. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки и используется в зависимости от предназначения кабеля.

Изоляторы

Изоляторы – синтетические материалы, которые используются для изоляции электрических проводов, и выполняют следующие защитные функции:

• от поражения электрическим током;
• от механических повреждений;
• от влаги;
• против вредного воздействия различных веществ.

Изоляция в кабелях имеет собственную маркировку, благодаря которой можно сразу определить, с каким типом материала мы имеем дело. Чаще всего для изоляции используются:

• обычная резина G;
• силиконовая камедь Gs;
• не содержащий галогенов материал N или H;
• сшитый полиэтилен XS;
• фторорганический пластик Zb;
• поливитаминное покрытие Y;
• термостойкое поливиниловое покрытие Yc.

Кабели, подверженные высоким механическим нагрузкам, которые могут разрушить изоляцию, дополнительно защищаются и укрепляются металлической броней. Броня может быть изготовлена из оцинкованной стали, бронзы или алюминия. Применяется как для экрана (изоляция сигналов силовых кабелей), так и для внутренней или внешней изоляции.

Переработка после эксплуатации

Несмотря на длительный срок службы кабелей (от 15 до 30 лет), все они нуждаются в замене после истечения данного срока. После этого кабеля должны быть утилизированы и переработаны. Поиск проводов и их сдача на пункты приема металлолома позволяет частично решить проблему получения первичного сырья. Пункты приема принимают лом:

Как делают кабель

Оглянитесь вокруг. Где бы вы сейчас не находились: дома, на улице, в офисе, вас окружают провода и кабели. От тончайших проводков в электронных устройствах до толстенных силовых кабелей в стенах и под землёй. И это настолько обыденные и привычные спутники современной жизни, что мы их практически не замечаем. А ведь сегодня без кабельной продукции невозможно представить ни дом, ни квартиру, ни технику, ни электронику, да вообще ничего. А между тем, большинство из нас даже в общих чертах не представляет как их производят. Поэтому приглашаю вас восполнить этот пробел и прогуляться по цеху современного кабельного завода «РТ-кабель» в Воронеже.

02. Начнем с того, что в России выпускается около 20000 разновидностей кабелей и проводов. Что у них всех общего? Правильно! Токопроводящая жила (или несколько) и изоляция, которая тоже может быть в несколько слоёв. Жила бывает монолитной, либо в виде множества скрученных в жгут тонких проволочек. Материал, как правило, медь или алюминий, но бывает, что даже серебро и золото. А изоляция — это материал, препятствующий распространению электрического тока. То есть диэлектрик. Это может быть стекло, керамика, бумага, различные полимеры (поливинилхлорид и т.п.), а так же различные их комбинации. Кроме того, кабель, в зависимости от предназначения, может содержать экран, сердечник, заполнитель-гидрофоб, стальную или проволочную броню, скрепляющую нить и так далее. Думаю, понятно, что каждый конструктивный элемент нужен для работоспособности кабеля в определённых условиях среды.

03. Соответственно, исходя из технического задания, полученного от заказчика, на сырьевом складе завода «РТ-кабель» можно увидеть разноцветные катушки полиамидной нити, рулоны полиэтиленовой пленки и алюминиевой ленты, тубусы с кабельной бумагой, мешки с полимерами для изоляции и, конечно, огромные бухты медной проволоки-катанки. Особо отмечу тот факт, что мне не удалось найти здесь ни одного иностранного поставщика. Всё сырье завод получает от других российских производителей из Смоленска, Курска, Владимира, Старого Оскола, Перми и т.д. И меня это обстоятельство очень радует. Значит что-то в этой стране еще производится, значит что-то мы еще можем, значит не Китаем единым=)

04. Прежде чем мы погрузимся в технологический процесс, расскажу пару слов собственно о заводе. Как значится на официальном сайте «РТ-кабель» — это новое имя завода "Воронежтелекабель". Который, в свою очередь, был основан в далеком 1994 году ОАО «Связьстрой-1» и НИИ Кабельной промышленности. В настоящее время «РТ-кабель» занимается производством следующих типов кабеля:
1. Кабели сигнально-блокировочные
2. Кабели местной и дальней связи высокочастотные
3. LAN-кабели
4. Кабели и провода телефонные
5. Кабели силовые
6. Кабели контрольные
7. Электропровода.
В общей сложности завод выпускает порядка 9000 (!) номенклатурных позиций кабельной продукции. В числе основных потребителей продукции завода: ОАО "РЖД", Билайн, МТС, Московский метрополитен и др. На фото общий вид заводского цеха, а точнее участка скрутки, состоящего из трех линий производства Nextrom (Финляндия). Суммарная же площадь производственных мощностей «РТ-кабель» более 12000 кв.м.

05. А начинается всё на участке грубого волочения. Здесь из бухты медной катанки большого диаметра, полученной от поставщика, делают медную проволоку меньшего диаметра, которая в дальнейшем будет использоваться как жила будущего кабеля. Для этого применяют машины многократного мокрого волочения. Основной рабочий инструмент волочильного стана так и называется — волока. У неё имеется волочильный глазок, представляющий собой рабочее отверстие постепенно уменьшающегося сечения, через которое протягивается катанка. Для грубого волочения обычно используют стальные волоки, толстое и среднее волочение проводят через твёрдосплавные, тонкое и тончайшее — уже через алмазные волоки. В качестве смазки при волочении проволоки используют эмульсию.

06-07. Для того, чтобы понять как работает волочильный станок, откроем на минутку защитный кожух. Зрелище, скажу вам, завораживающее.

08. И вот мы получили медную проволоку необходимого диаметра. Но волочение не прошло бесследно. В процессе холодной деформации металла происходит так называемая нагартовка. Это явление так же называют наклёп, а означает оно упрочнение структуры металла и соответствующее уменьшение пластичности. Что, в случае с проволокой, как вы понимаете, совершенно нежелательно. Она должна быть гибкой и не ломаться как можно дольше.

09. Что же делать? А вот что. Проволоку нужно нагреть до определенной температуры, а потом медленно остудить. То есть, говоря техническим языком, произвести отжиг. Этот процесс происходит на специальном станке немецкой фирмы Maschinenfabrik Niehoff GmbH&Co. При этом проволока не только отжигается, но и проходит этап среднего волочения. То есть, она становится еще тоньше.

10. Далее приходит черёд нанесения изоляции. Для этого нам понадобится устройство, которое называется экструдер. Звучит зловеще, но работает довольно просто. Гранулы ПВХ пластиката засыпаются в приемный бункер, где расплавляются под воздействием температуры до однородной массы. Далее эта масса под давлением подается в головку экструдера, где проходя через зазор между дорном и матрицей уже в виде изоляционной оболочки накладывается на нашу медную проволоку. На фото хорошо видно, что после головки экструдера у проволоки появилась ПВХ-изоляция красного цвета. Правда, она еще очень горячая и как следует не затвердела. Поэтому машина по ходу движения погружает изолированную жилу в стальную ванну с холодной водой длиной в несколько метров (далее на фото вы увидите аналогичные). После чего приёмное устройство наматывает полученную изолированную жилу на бобины.

11-12. Далее нам необходимо соединить изолированные жилы различных цветов с бобин в одну скрутку.

13. После чего полученная скрутка фиксируется прочной нитью.

14-15. Готовый результат на бобине и крупным планом. Можно приступать к нанесению изоляции. Или экранированию. Или бронированию. Всё в зависимости от типа и марки кабеля.

16. Но в некоторых случаях этих изолированных жил всё же маловато. Поэтому бобины развешивают на еще одном станке и собирают скрутки вместе.

17. Далее на полученный пучок жил (так называемый кабельный сердечник), протягивая вдоль технологической линии, с помощью специальных машин, напоминающих ракеты, наносят поясную изоляцию. Это может быть лента ПЭТ-Э, стеклолента и т.п. В итоге, упрощая, выглядит это будто пучок жил обмотали прозрачным скотчем.

18-19. Далее, если кабель не надо экранировать, добавлять броню и так далее, снова в дело вступает экструдер, нанося слой уже финишной наружней изоляции. После чего в обязательном порядке охлаждают кабель, протаскивая через длинную водяную ванну.

20-21. Рассмотрим и более сложные случаи. На фото ниже вы можете наблюдать линию, на которой сердечник не только обматывают лентой ПЭТ-Э для поясной изоляции, но еще и добавляют экран из алюминиевой ленты и броню из стальной проволоки. Кроме того, для некоторых типов кабелей предусмотрена возможность добавления гидрофоба. На фото вы можете увидеть желтую субстанцию. Это он и есть. В качестве гидрофобного заполнителя используются специальные гелеобразные компаунды (гидрофобные гели) и вазелин. Его нагревают и он заполняет пространство между жилами. Такие кабели получают всё большее распространение. Дело в том, что гидрофобный заполнитель предотвращает продольное распространение влаги в случае нарушения целостности оболочки кабеля, что позволяет менять лишь небольшой его участок при ремонте.

22. Далее, после сборки всех элементов кабеля, как вы уже наверняка догадались, нам необходимо нанести защитный ПВХ-шланг. Снова в работу вступает экструдер. Он практически идентичный тому, что изображен на фото 18, и расположен там, где на снимке ниже стоит пара сотрудников завода. Далее синяя охлаждающая ванна с проточной водой, и потом аппарат, который наносит необходимую маркировку на кабель через заданное расстояние.

23. Всё, кабель готов и сматывается на бобину.

24-25. Но теперь его необходимо испытать на кучу параметров. Для этого оба конца кабеля подключают к специальному блоку высоковольтных испытаний, который, в свою очередь, подключен к компьютеру. По итогам испытаний из принтера вылезает листок А4 с подробными данными, на который ответственное лицо ставит подпись и клеймо ОТК.

26. После этого новенький кабель упаковывается и отправляется на склад готовой продукции. За год на заводе «РТ-кабель» производят более 120 000 километров кабеля. Если их все соединить в один мегакабель, им можно было бы обмотать нашу планету 3 раза! =) На этом всё. Надеюсь, было интересно!