Электрический прибор может работать только от источника питания. От цокольной лампы к розетке тянется электрический провод, разводка квартиры или офиса подпитана к силовому кабелю и так далее до самой электростанции. В общем электрификация всей страны невозможна без силового кабеля.
Объемы потребления электроэнергии среднестатистическим жителем земли удваивается каждые 20 лет. Уже сейчас мировой ежегодный расход энергии в мире составляет 2 ТераВатт. Для сравнения, такую же мощность могут выдать 33 миллиарда одновременно работающих легковых автомобиля. Сотни электростанций по всему миру производят электроэнергию, миллиарды километров электрических кабелей подводят электрический ток к конечным потребителям — электроприборам. Современная наука предлагает с десяток методов получения электричества, но вариант получения электроэнергии на расстояния по сути один — по металлическому проводу. Причем замена простому электрокабелю в ближайшие 100-150 лет не предвидится. Почему кабель не имеет альтернативы? Как он устроен и как его производят?
Самая простая физическая модель кабеля состоит из двух компонентов — проводника и изолятора. Проводник — металлическая проволока. Из курса физики мы знаем что в металлах существуют свободные носители тока — электроны. До создания квантовой теории считалось, что электроны под действием электрического поля движутся в металле как свободный газ, но согласно теории квантовой проводимости электроны движутся сквозь кристаллическую решетку волнами. Волна электронов может свободно обтекать узлы кристаллической решетки и распространяться на большие расстояния. В твердых телах электроны принимают только определенные значения энергии. Каждое такое значение представляется горизонтальной прямой — энергетическим уровнем. Уровни формируются в так называемые зоны, в металлах под воздействием электрического тока электроны переходят с одного уровня на другой. Легкий переход с одного уровня на другой, из одной зоны на другую означает свободное перемещение электрона. В изоляторах между зонами существует так называемая энергетическая щель, когда промежуток непреодолим для электронов при любых условиях. По этой причине в изоляторах электрический ток невозможен.
Кабель электрический силовой все его компоненты выполнены из металла или пластика. Металл — медь или алюминий, эти материалы обладают наименьшим электрическим сопротивлением, если конечно не брать в расчет золото, серебро и платину. Но драг металлы по понятным причинам на производстве почти не используются. Сопротивление проводника пропорционально удельному сопротивлению, которое в свою очередь зависит от чистоты металла. Ток передается по токопроводящим жилам, в зависимости от чистоты материала, так передается сигнал, то есть могут быть тепловые потери и чем больше сопротивление жилы и примесей, тем больше потерь электроэнергии при передачи.
На добросовестном кабельном производстве применяются специальная медь, её чистота 99,99%. В качестве изоляционных материалов используют пластмассу. Она может быть на основе ПВХ, пластмасса на основе ПВХ низкого газо- дымовыделения и бесгалогенные композиции в полиэтилене. Электрический кабель это комбинация жил, жила это одна или несколько скрученных проволок, изоляция и оболочка. Собранные вместе жилы формируют кабель, пространство между жилами заполнено внутренней оболочкой, для защиты от внешних воздействий кабеля, иногда применяется армирующая металлическая сетка. Многожильным кабель делает не потому что множество тонких проводков лучше проводят электрический ток, чем один провод большего сечения, а потому что при прокладке, зачастую кабель надо сгибать, а если жила будет одна и большого сечения, то возникнут трудности в прокладке. То есть, есть понятие гибкости жилы. В соответствии с назначением кабеля рассчитывается площадь сечения проводника, понятно что при чрезмерной силе тока, кабель просто напросто сгорит. Сечение 1,5 мм пропускает 15 А (ампер), 2,5 сечения — 20 А, то есть есть такая градация и на основании этого уже в технологии производства закладывается материал, который обеспечит эти параметры.
На кабельный завод медь поступает в виде проволоки или как её называют специалисты — катанка, диаметров 8 мм. Катанка поступает в волочильную машину, ны вызоде получается тонкая диаметром 0,8 проволока. Волочильный агрегат сжимает медь, также как ребенок мнет кусок пластилина. От сюда и терминология проволоки — то есть проволоченная. Волочильный аппарат делает сразу несколько проволок, все они наматываются на барабаны, после чего тонкие проволочки сматываются на специальном устройстве в один жгут. После этого на проводник необходимо нанести слой изоляции. Проволочный жгут поступает на экструзионную линию, под пресс поступает проволока и пластик в нем пластик плавится при температуре 200-250 градусов Цельсия. В жидком виде он наносится на медную проволоку. Следующий этап, охлаждение и намотки на барабан. Но перед намоткой жилу проверяют на геометрические параметры — диаметр и толщину изоляции, качество и однородность изолятора. Для изоляции кабеля применяются различные типы пластика. Задача изоляции не только защитить проводник от возможных потерь электричества, но и обеспечить его бесперебойную работу в тяжелых условиях, например при прямом воздействии огня. Норма функционирования в пламени у огнестойких кабелей составляет 180 минут. Итак, жила получена, теперь из нескольких жил нужно собрать кабель. За дело применяется крутильная машина, её задача скрутить из разноцветных жил один кабель. Жилы собираются в единый жгут простым вращением. Следующий этап упаковка разноцветного жгута в наружную оболочку. Кабель почти готов, осталось его защитить от внешних воздействий. От механических повреждений чаще всего используют наложенное бронирование для прокладки в земле, (накладывается на кабель оцинкованная оболочка 0,30 мм), если кабель необходимо проложить в помещении, то используется проволочная броня, в конструкции используется стальная оцинкованная проволока 0,30 мм под оболочкой. Весь цикл простого многожильного силового кабеля занимает 25 минут. Сложные кабели предназначенные для ответственных производств, например атомных станций, собирают за 50-60 рабочих смен.
После всех вышеописанных действий, кабель проходит испытание электрическим током на пригодность.
