1 Предисловие. Кратко о статье

Вопросы контроля качества любой реализуемой кабельно-проводниковой продукции (КПП), безусловно требуют повышенного внимания, как со стороны компаний-производителей, несущих первоочередную ответственность за свой продукт, так и со стороны потребителей. Электрические кабели, провода и шнуры в силу своей эксплуатационной специфики обязаны полностью отвечать предъявляемым к ним нормативным требованиям, а их качество не должно вызывать малейших сомнений. Между тем, текущие реалии отечественного и зарубежного рынка кабельной продукции зачастую не обеспечивают нас необходимыми гарантиями, а выбор подходящего кабеля, провода или шнура, становится опасной лотереей. В нашем материале мы постараемся изучить одну из сторон данной проблемы, а именно несоблюдение технологических условий при производстве медных токопроводящих жил.

2 Роль сечения электрического проводника в функционировании кабеля

В первую очередь обратим ваше внимание на столь известный сегодня факт технологического мошенничества, как занижение номинального сечения или диаметра токопроводящих жил кабеля, провода или шнура со стороны недобросовестных производителей. Причина подобных махинаций очевидна и связана с желанием завода-изготовителя сэкономить на качестве товара, в пользу его пониженной себестоимости. Так, например, если производитель сделает токоведущую жилу сечением 2,5 мм² тоньше на (0,2-0,3) мм², то сможет выиграть до нескольких килограммов металла на один погонный километр. При промышленном производстве, а особенно в случаях кабелей больших сечений эти цифры возрастают на порядки, а денежная выгода достигает значительных величин.

Возможны и другие причины подобного брака, такие как некачественное производственное сырье, морально и физически устаревшее оборудование, отсутствие инновационных технологических решений, и даже некомпетентный персонал. Однако, вне зависимости от причин, последствия будут исключительно негативными.

Следствием такой «экономии», а точнее грубого нарушения требований нормативно-технических стандартов: ГОСТ, технических условий (ТУ), будет перегрев кабельного изделия. Уменьшение сечения проводника на (20-30) % повышает его сопротивляемость и способно приводить к повышению рабочей температуры электрического кабеля на величину, достигающую +(90-120) °С. При этом, со временем произойдёт практически гарантированное разрушение изоляции, внутренней и внешней оболочки, а также иных защитных покровов кабеля, вслед за которым может начаться пожар. Отметим, что при превышении значений пропускаемых токов даже качественный кабель, провод или шнур могут стать причиной возгорания. Однако, для них это скорее исключение, связанное с возможными последствиями короткого замыкания (КЗ) или перегрева в электрической сети.

Раз уж мы затронули вопрос нагрева токопроводящих жил и связанные с ним проблемы, рассмотрим почему это происходит. Для этого обратимся к школьному курсу физики, а именно закону Джоуля-Ленца:

Q = I² ✖ R ✖ t

«Количество теплоты (Q), выделяемое в единицу времени (t) в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы (I) тока на этом участке и сопротивления участка (R).»

Выделяемое в проводнике тепло помимо того, что нагревает все элементы кабеля или провода, постепенно рассеивается в окружающую атмосферу. Более того, чем горячее электропроводник, тем интенсивнее происходит рассеивание тепла. Спустя некоторое время между нагревом и рассеиванием (охлаждением) наступает равновесие, и больше температура расти не может. Возможны между тем такие ситуации, когда из-за высокой интенсивности выделения тепла или же хорошей теплоизоляции, например, при прокладке в замкнутых и компактных строительных конструкциях, температурная точка равновесия будет находится выше чем рабочая температура кабеля или провода. В результате, произойдёт оплавление изоляционных покрытий и оболочки, возгорание, пожар. Именно высокая интенсивность тепловыделения характерна для жил с заниженными сечениями и повышенным сопротивлением.

Обозначив важность проблемы несоответствия фактических и заявляемых производителем номинальных сечений токопроводящих жил, рассмотрим несколько простых способов, как это сечение измерить, применяя как специальный инструмент, так и подручные средства.

3 Как правильно измерять сечение токопроводящей жилы кабеля?

Несмотря на то, что ответственность за изготовление некачественного провода или кабеля полностью лежит на заводе-производителе, мы аналогичным образом обязаны проявлять бдительность при покупке КПП, и по возможности самостоятельно вести контроль за основными параметрами. Конечно, мы с вами не обладаем специализированным измерительным оборудованием, которым располагают современные испытательные центры и производства. Однако, измерить сечение купленного кабеля или провода нам вполне по силам, а это как минимум исключит один из наиболее опасных видов «технологического» мошенничества.

3.1 Применение микрометров и штангенциркулей

Первоначально нам необходимо точно определить диаметр токопроводящей жилы. В качестве инструмента лучше использовать механические или электронные микрометры и штангенциркули. В первом случае, для наиболее распространённых моделей микрометров минимальная цена деления будет равна 0,01 мм. Для штангенциркулей это значение будет изменяться от 0,1 мм до 0,05 мм.

/Фото 1,2,3,4/

Затем осуществим расчёт по следующей формуле:

/Фото 5/

Данный метод рекомендуется к применению при измерении малых диаметров, поскольку ошибка даже в несколько десятых долей миллиметра может изменить итоговое расчётное сопротивление на (10-20) %. Например, вводной в квартиру провод для трёхфазной сети имеет жилы сечением 4 мм², соответственно его диаметр будет примерно равен всего 2,26 мм.

3.2 Метод линейки и карандаша

К сожалению, под рукой не всегда может оказаться необходимый инструмент, а его приобретение может быть нецелесообразным, если в нем возникла разовая потребность. В этом случае можно прибегнуть к простому и проверенному «дедовскому» способу.

Нам потребуется небольшой отрезок токопроводящей жилы, очищенной от изоляции, линейка и карандаш желательно с круглым сечением. В принципе, нам подойдёт любой предмет цилиндрической формы, а не только карандаш. Плотно навиваем жилу на карандаш таким образом, чтобы между витками не было зазоров. Отметим, что чем больше витков вы сделаете, тем точнее будет результат определения диаметра. Минимальное число витков принято считать равным 15. Далее берём линейку и измеряем вдоль карандаша длину намотанного электрического проводника, а затем делим на количество отдельных витков.

/Фото 6/

В результате мы получаем искомый диаметр, а после применяем стандартную формулу для расчёта сечения, что и в предыдущем пункте:

/Фото 5/

К недостаткам этого способа можно отнести невозможность определения диаметра толстых электропроводов и жил, поскольку их навивка будет весьма затруднительна в силу жёсткости и невысокой гибкости.

4 Влияние качества медного сырья. Медная катанка

И так, мы с вами провели необходимые измерения сечений и убедились, что все соответствует заявленным размерам. Даёт ли это нам полную уверенность в качестве токопроводящей жилы кабеля? К сожалению, нет, поскольку даже в этом случае у заводов-производителей остаются дополнительные «лазейки» как сэкономить на материалах, тем самым подвергнув потребителя опасности. Но прежде чем перейти к рассмотрению различных технологических нюансов, снова ненадолго вернёмся к школьному курсу физики.

Для того чтобы рассчитать сопротивление любого электропроводника, изготовленного из меди, алюминия, стали, серебра и т. п. нам необходимо воспользоваться следующей формулой:

R = ρ ✖ (l / S)

Здесь символ (R) означает полное электрическое сопротивление проводника протяжённостью (l), с поперечным сечением (S) и показателем удельного сопротивления равного (ρ) – величиной характеризующей способность материала препятствовать протеканию электрического тока сквозь него. Ясно, что чем длиннее кабель или провод, тем выше его результирующее сопротивление, в то время как увеличение сечения наоборот понижает этот показатель. Сопротивление (R) – это основная техническая характеристика кабеля, которая регламентируется государственным стандартом ГОСТ 22483-2012 (IEC 60228:2004), и именно оно является нормативным показателем, а не сечение. Если быть более точным, то в стандарте сказано следующее:

«Для каждого конкретного размера жилы установлено требование по максимальному значению электрического сопротивления. Фактическое сечение жил может отличаться от номинального при соответствии электрического сопротивления требованиям настоящего стандарта.»

Тем не менее здесь кроется потенциальная опасность – «нюанс», о котором мы говорили выше. Так, в зависимости от технологии получения меди, применяемой в токопроводящей жиле, ее исходное удельное сопротивление (ρ) может заметно изменяться. В результате чего купленный вами кабель, фактическое сечение которого соответствует заявленному номинальному, может обладать сопротивлением, превышающим нормативные требования. Пропустив по нему некоторое значение расчётного тока при заданной мощности, мы столкнёмся с аналогичной проблемой перегрева и опасностью возгорания.

Сегодня в производстве медного силового кабеля и проводов применяется медная катанка, изготовленная по технологиям непрерывного литья или непрерывного литья и прокатки (НЛП). Готовая катанка, характеризуется процентным содержанием примесей, наличие которых в свою очередь зависит от изначального качества медных катодов, полученных выплавкой медного сырья. Однако, сырье может быть вторичным, а именно представлять рафинированные отходы и медный лом, в количестве до 30 % от общего объёма переплавляемого материала. Это заметно понижает стоимость готовой продукции, но сказывается на ее физических свойствах, и в том числе на электрическом сопротивлении.

На данный момент нормативным документом, определяющим марки медной катанки, является ГОСТ 53803-2010, который включает: КМ – катанка медная; КМб – катанка медная бескислородная; КМор – катанка медная, полученная из отходов и лома. Очевидно, что удельное сопротивление марки КМор будет уступать аналогичному показателю КМ и КМб, поскольку качество электролитической меди выше чем у меди полученной с применением вторсырья.

Отметим, что добросовестные заводы-изготовители и компании комплектуют свои лаборатории входного контроля специальными измерительными приборами, такими как микроомметры, кабельные измерители сопротивления (КИС) и т. п. Это позволяет проводить необходимые испытания и ещё на раннем этапе отсеивать некачественные медные заготовки, не допуская их в производство.

Соответствие внутренним требованиям, межгосударственным стандартам и иной нормативной документации, безусловно должно быть краеугольным камнем, лежащим в основе качественного регулирования процессов производства КПП. Фокусируясь на критериях надёжности кабельных изделий отечественный рынок обязан в первую очередь стремиться к повышению эксплуатационной безопасности. Вас, наши читатели, также призываем быть крайне внимательными по отношению к покупаемым кабелям, провода, шнурам и т. п. В первую очередь отдавая предпочтение надёжным производителям и проверенным маркам. Со своей же стороны мы надеемся, что изложенный материал оказался для вас полезным и помог вам лучше сориентироваться при выборе качественного безопасного изделия.