Провода и кабели являются путепроводами для транспортировки электричества. Это универсальные и важные компоненты, хорошо известные благодаря простой проводке, имеющейся в наших зданиях и автомобилях. Обычно мало кто подозревает, как сложно устроены силовые кабели.

Свойства проводов и кабелей так же разнообразны, как и целевые функции:
- электрические провода в зданиях и автомобилях легкие, производятся серийно, и дешевы, при этом они обладают хорошими электрическими и механическими эксплуатационными характеристиками и долговременной износостойкостью;
- у промышленных проводов должны быть специально предназначенные для этих применений свойства;
- силовые кабели являются продуктами высоких технологий.

Что представляют собой провода и кабели?
Структуры отдельных проводов и кабелей различны, и, кроме того, можно объединить несколько кабелей для создания одного провода или жгутов кабелей или полос. На рисунке 1 показан принцип устройства проводов низкого напряжения и два примера кабелей. На рисунке 2 показано принципиальное устройство кабельной полосы и кабельного жгута.

Рис. 1. Принцип устройства проводов и кабелей низкого напряжения. (Сonductor – проводник; insulation – изоляция; sheath – покрытие; jacket – оболочка; semiconducting shields – полупроводниковое экранирование; metalic shields – металлическое экранирование; conductive layers – проводящие слои).

Рис. 2. Примеры многожильного и многокабельного устройств.

Большое разнообразие структур и применений
Приведем некоторые примеры, демонстрирующие широкий диапазон представленных на рынке проводов и кабелей.

Провода и кабели питания:
- армированные и неармированные кабели с сухой изоляцией для передачи энергии и сетей распределения (для высокого и сверхвысокого напряжения, для среднего напряжения);
- кабели низкого напряжения, воздушные или подземные для распределительных сетей и соединений;
- домашние провода и кабели, а также шнуры для бытовых электроприборов для мобильных устройств с максимальным номинальным напряжением 750 В;
- промышленные кабели, с максимальным номинальным напряжением 1000 В. для промышленного оборудования и питания мобильных устройств.

Специальные кабели и провода для особых применений:
- провода и кабели, предназначенные для электрического оборудования, установленного в автомобилях, самолетах, лифтах, на судах, инструментах, железнодорожных материалах, шахтах, погрузочно-разгрузочных установках, объектах нефтехимии, на нефтедобывающем оборудовании, предприятиях черной металлургии и сталелитейной промышленности, сварочных объектах и т. д.;
- прецизионные и кабельные каналы для компьютерного оборудования, электроники, инструментов с автоматизированным управлением;
- нагревательные кабели.

Телекоммуникационные провода и кабели:
- кабели для воздушных и подземных линий средней и дальней протяженности;
- кабели для сетей телефонных станций, подземных и подвесных соединений, а также кабели абонентов;
- телефонные шнуры;
- кабели для частных установок.

Глубоководные и подводные кабели:
- кабели для передачи энергии;
- кабели для телекоммуникаций.

Комплектующие для подсоединения кабелей питания:
- низкое напряжение: соединение, разветвление;
- концевые контакты среднего напряжения;
- концевые штепсельные контакты среднего напряжения: отделяемые соединения, переходники...;
- соединения и разветвления среднего напряжения для кабелей с сухой изоляцией или кабелей с бумажной пропитанной изоляцией, установленной внахлестку, внедренной, дающей усадку при нагревании...;
- соединения среднего напряжения заводского изготовления для кабелей с сухой изоляцией;
- высокое и сверхвысокое напряжение: концевые контакты и соединения.

Доли рынка, занимаемые этими кабелями, оцениваются примерно следующим образом:
- 65% для кабелей питания (50% для низкого напряжения и 15% для среднего и высокого напряжения);
- 25% для телекоммуникаций;
- 10% для прочих кабелей.

Свойства полимеров
Как мы можно видеть на рисунках 1 и 2, все слои оплетки кабеля не изолированы, но некоторые из них являются полупроводящими или проводящими для создания экранирования от радиопомех.
В таблице 1 показаны некоторые свойства, которые необходимы используемым полимерам. Некоторые из них стоит рассмотреть более подробно:
Электрические свойства: помимо электрического удельного сопротивления или проводимости, диэлектрическая устойчивость, например, существенна для того, чтобы избегать рисков поломок, а диэлектрическая постоянная (см. таблицу 2) контролирует скорость распространения и время распространения радиоволны в коаксиальном кабеле (см. рис. 3 и 4).
Механические свойства: как правило, необходима эластичность с хорошими механическими эксплуатационными характеристиками. Для внешнего слоя покрытия могут быть указаны специальные параметры, такие как: высокие механические рабочие характеристики, устойчивость к воздействию света и/или озона для промышленного использования и применения на открытом воздухе, устойчивость к истиранию и износостойкость для промышленности…
Износостойкость: долговременное старение требуется почти всегда, а часто имеются и другие требования к покрывающему слою, касающиеся ультрафиолетового воздействия или озонного старения, воздействия влажности или погружения в воду для глубоководных кабелей, устойчивости к воздействию смазок для промышленного применения…
Огнеупорные свойства: возгорание, дымы (непрозрачность, токсичность и подверженность коррозии).
Затраты: в зависимости от применений.

Таблица 1. Эксплуатационные характеристики полимеров.

Таблица 2. Примеры диэлектрических постоянных различных полимеров.

На рисунках 3 и 4 даны примеры изменения скорости и времени распространения радиоволны в коаксиальном кабеле длиной в несколько сотен метров относительно диэлектрической постоянной.

Рис. 3. Зависимость скорости радиоволны от диэлектрической постоянной.

Рис. 4. Зависимость времени распространения радио волны в коаксиальном кабеле от диэлектрической постоянной.

Экономическая действительность
Рынок проводов и кабелей Западной Европы оценивается примерно в 18 млрд. евро. В год.
Как показано на рисунке 5, полиэтилен (PE) является наиболее широко применяемым полимером (около 60%) в термопластическом и термоотверждающемся состояниях (PEX), а также вспененный полиэтилен (foamed PE) (около 2%). ПВХ (PVC) занимает второе место (примерно 30%). Остальные это каучуки, полипропилен, термопластичные полиолефины, полиамид, полиуретан, силоксан, фторполимеры….

Рис. 5. Провода и кабели: доли рынка полимеров.

В таблице 3 показаны доли сектора проводов и кабелей в общем объеме потребления по каждому семейству полимеров.

Таблица 3. Доля сектора проводов и кабелей в общем объеме потребления по каждому семейству полимеров.

Наряду с ПВХ, полиэтиленом и его сополимерами для специальных применений, оправдывая их высокую стоимость, используются также и другие полимеры. Сюда, например, входят:
- каучуки;
- фторполимеры для обеспечения устойчивости к воздействию высоких температур и/или химических веществ;
- термопластичные полиолефины: на рынке представлены специальные марки, сшитые после экструзии;
- специальные полиуретановые эластомеры для изоляции телефонных проводов;
- силиконовые кабели для внешних излучателей, освещения улиц, сушильных печей, радиаторов отопления, электрического отопления...

Пластмассы являются основным изолирующим материалом, используемым для электрического и электронного сектора. Для выполнения некоторых функций они незаменимы, а их универсальность, и их ни с чем не сравнимый баланс свойств, в сочетании со свободой проектирования и обработки, часто позволяют вырабатывать экономические и инновационные решения, которые оправдывают их высокую стоимость на этом рынке.
Провода и кабели являются универсальными и важными компонентами, на первый взгляд, простыми, но на самом деле сложными со свойствами столь же разнообразными, сколь и их целевые функции:
- электрические провода в зданиях и автомобилях легкие, производятся серийно, и дешевы. При этом они обладают хорошими электрическими и механическими эксплуатационными характеристиками и долговременной износостойкостью. Затраты являются постоянной проблемой, и обработка должна быть быстрой, надежной в эксплуатации и прочной;
- у промышленных проводов должны быть специально предназначенные для определенных применений свойства; силовые кабели являются продуктами высоких технологий, для которых потребляются конструкционные пластмассы (полиамид, например), каучуки (сополимеры этилена, пропилена и диена, полиуретан…), термопластичные полиолефины (специальные разновидности) и высокотехнологичные полимеры, такие как фторполимеры для обеспечения устойчивости к воздействию высоких температур и/или химических веществ, и силоксаны для наружных применений, с их теплостойкостью и эластичностью при низкой температуре.

http://www.omnexus.com