Дріт? Кабель? Шнур?
«Дріт», «кабель», «шнур» – у повсякденному спілкуванні усі три поняття ми зазвичай вважаємо синонімами, не особливо заглиблюючись у те, якими є відмінності між цими виробами, та чи існують вони взагалі. У той самий час для професійних електриків різниця між ними є колосальною, й заміна одного поняття іншим при передачі інформації від спеціаліста до спеціаліста може стати причиною серйозної поломки. Далі ми розглянемо, у чому полягає відмінність між кабелями, дротами та шнурами, дізнаємося, у якому контексті така різниця розмивається, та спробуємо задати критерії, пам'ятаючи які, навіть звичайна людина не буде помилятися.
Основоположним фактором у об'єднанні смислів усіх категорій кабельно-провідникової продукції є загальна функція – передача електроенергії від однієї точки до іншої, від джерела (або будь-якого розподільного пристрою) до споживача. Шнур, кабель та дріт відрізняються від інших електротехнічних виробів тим, що чільну роль у них відіграє саме процес транспортування струму. На відміну від тих самих розеток, які просто забезпечують зручну комутацію, будучи малою за розміром проміжною ланкою, провідники становлять саму суть мережі електрокомунікацій. При цьому вони відрізняються й від кінцевих елементів електричних контурів – приладів та лампочок. Побутова техніка та освітлення можуть експлуатуватися лише час від часу, повністю відключатися від мережі, поки у них не виникне необхідність, виснажувати свій ресурс, виходити з ладу. Ті ж світлодіодні лампи – це просто витратний матеріал, якщо дивитися на питання з точки зору багаторічної експлуатації. Однак для кабелів, шнурів та дротів недоступна така розкіш, як поломка. Їхнє функціонування повинно бути завжди пов'язане тільки з найвищою надійністю, високою тривалістю нормальної роботи без нарікань. Безумовно, й провідникову продукцію періодично доводиться лагодити, але найважливіше тут те, що подібні випадки розглядаються як неординарні, надзвичайні, які трапляються настільки рідко, що за цей час у будинку може змінитися вже два-три ремонти й стільки ж поколінь люстр.
Шукаємо відмінності
У будь-якій галузі господарювання людини можна відшукати той чи інший вид провідникових виробів. Звичайно, можна сказати, що їх не знайдеш, наприклад, у сфері образотворчого мистецтва або написання музики, проте, якщо вдуматися, то відразу розумієш, що художнику потрібне світло – а воно виходить від світильників, які живляться струмом, що приходить по дротах. Ну, а сучасні композитори взагалі часто творять за допомогою комп'ютерних систем, тобто безпосередньо прив'язані до електрозалежної техніки. Насправді таких прикладів можна навести безліч, й у їхній основі буде лежати одна думка: провідники потрібні, щоб створювати замкнуті контури, за якими через кінцеві споживачі буде текти електрострум. При цьому, звісно, важливо знизити відсоток втрат та витоків – вкрай бажано, до нульового значення.
Разом з тим, кожна людина розуміє, що різні провідники можуть використовуватися у несхожих умовах. У житлових будинках, у промислових цехах, на вулиці, у комерційних приміщеннях, під землею, у воді, під променями сонця, у холоді, на спеці і т.д. Усе це різноманіття зовнішніх факторів зумовлює відмінність у призначеннях, а тому – у конструкціях та структурі виробів. Непоодинокі й випадки комбінацій дроту та кабелю або кабелю та шнура у одному контурі живлення – це буде залежати від того, яку технічну задачу необхідно вирішити у конкретній ситуації. Однак принципи підбору виробів для них усіх враховують будову провідників. Тому й ми хочемо детально проаналізувати кожен вид виробів.
Однак безпосередньо починати пропонуємо з того, щоб усвідомити для себе найбільш базову термінологію.
- У основі будь-якого кабельно-провідникового виробу лежать жили. Жилами називають металеві струмопровідні дротинки (одну або безліч сплетених воєдино), за якими струм йде всередині кабелю, дроту або шнура.
- Дротина – загальна назва умовно тонкої металевої нитки, яка виготовляється методом протягання, й цілком може використовуватися у інших сферах, крім електромонтажу. Якщо ж її помістити у якусь оболонку або ізоляцію, вона починає тяжіти до поняття «жила», а за ним – і «дріт».
- Ізоляція являє собою певне покриття (здебільшого, з гуми або спеціальної пластмаси), яке забезпечує відсутність контакту з іншими струмопровідними елементами, предметами навколишнього світу або людиною.
- Оболонка – це спеціальний зовнішній покрив кабельно-провідникового виробу, який одночасно служить для його захисту від впливу пилу, вологи, хімікатів та їхніх випарів, механічних пошкоджень та ін. Оболонка, як і ізоляція, може бути з гуми або пластмас (у дротів, кабелів та шнурів), з інших металів (тільки у кабелів) або зовсім являти собою оплітку (у шнурів та кабелів). У свою чергу, оплітка найчастіше виконується з бавовняних тканин (з просоченням або без), з нетканих матеріалів, з різної волокнистої сировини природного та штучного походження або навіть з дротини.
- Трос є специфічним різновидом дротини, але при цьому не має смислових, структурних та експлуатаційних перетинів з кабельно-провідниковими виробами. Троси використовуються у проводці на правах окремого елемента, який допомагає зробити натяг провідників, прокласти трасу по повітрю або армувати існуючу лінію. Деякі троси натягаються самостійно, інші ж входять до складу кабелів. Незважаючи на те, що ці вироби практично завжди виконані зі струмопровідних металів, для них ніколи не передбачається вторинна функція, й вони несуть тільки задане фізичне навантаження. Напруги на них немає, а якщо вона з'являється, це свідчить про порушення технології та витік струму.
Дріт
Конструкція звичайного дроту включає до себе усього лише два базових елементи: металеву жилу, по якій піде струм, та шар ізоляції, покликаний захищати від небажаного витоку. При цьому цілком можливими є такі варіанти: дріт може мати декілька жил, відокремлених одна від одної, або усього одну. Якщо справедливим є останній варіант, оболонка може й зовсім бути відсутньою – як це буває з багатьма повітряними ЛЕП. У них ізоляційним шаром служить саме повітря. Важливо лише, щоб дріт при цьому не торкався інших об'єктів, а точки обов'язкового контакту з опорами мали діелектричні властивості. Як ми знаємо, з цим завданням відмінно справляються керамічні ізолятори.
Не тільки теоретично, але й практично основну частину дротів можна виготовляти з будь-якого металу, який добре проводить струм. Проте, баланс економічної та експлуатаційної характеристик призвів до того, що сьогодні для зазначених цілей масово застосовуються тільки мідь та алюміній. Вельми перспективним можна назвати й їхній композитний сплав – алюмомідь, але поки це занадто дорогий матеріал для заміни комунікацій на нові. У техніці ж успішно застосовуються провідники зі сплавів стали, ніхрому, срібла, золота, а іноді навіть платини та інших дорогоцінних металів з покриттями.
Якщо про поняття «дріт» кажуть фахівці-електрики, вони перш за все представляють одиничну жилу. Вона може бути створена як з одного цільного провідника необхідної довжини, так і складатися з чималої кількості окремих тонких дротинок, звитих у єдиний пучок. Найчастіше моножили застосовуються там, де силова лінія прокладається надовго, на десятиліття: між під'їзним щитком та квартирним розподільним щитом, у порожнині плити перекриття для живлення люстри, у трубі глибоко під землею на дачній ділянці. Однодротинкові жили є досить міцними, але не дуже гнучкими, через що їх має сенс використовувати тільки там, де не передбачається динамічне навантаження. Такі вироби трохи дешевші, оскільки простіші у виготовленні, вони добре передають постійні та низькочастотні струми. У свою чергу, гнучкі багатодротинкові жили зручніші у роботі,витримують більше згинань та відмінно себе проявляють, коли доводиться працювати на високій частоті.
Ключовою особливістю дроту як типу кабельно-провідникової продукції можна назвати його певну «самостійність». Його часто прокладають поодинці, без паралельної лінії. До того ж, якщо дріт позбавлений ізоляції, його розміщують так, щоб ймовірність контакту людини або тварини з ним була мінімальною. Але навіть у електричній ізоляції дріт нерідко не має зовнішніх оболонок, які забезпечують достатній механічний захист, що накладає обмеження на області застосування.
Кабель
У свою чергу, у кабелю сама конструкція схильна до того, щоб протистояти руйнівній дії явищ навколишнього середовища. Кількість жил у виробі може бути найрізноманітнішою, й визначається вона виключно передбачуваною сферою експлуатації. Між жилами кабелю знаходиться шар заповнювача з діелектричними властивостями, метою якого є запобігання контакту між близько розташованими одиничними провідниками.
Окрім таких базових структурних елементів як металева жила, електрична ізоляція та захисна зовнішня оболонка, яка об'єднує певну кількість жил, кабель може мати й інші. Наприклад, взаємна ізоляція з полімеру може доповнюватися насипним або гелеподібним заповнювачем, у центрі симетрії виробу може бути присутнім армуючий сердечник, а весь кабель бути додатково захищеним від електромагнітних наведень та перешкод за допомогою особливого екрану. Не рідкістю є й бронювання кабелю – пластиковою або дротинковою оболонкою, або ж тонкою сталевою пластиною.
У середовищі майстрів кабелі вважаються набагато більш високорівневими виробами, аніж дроти. Їх ділять майже на три десятки груп за різними принципами класифікації, але для електриків усе це можна зібрати у шість категорій:
- силові кабелі – працюють у електроустановках менше 1000 В та понад 1000 В;
- контрольні кабелі – використовуються у системах автоматизації та управління, здійснюють передачу інформаційних сигналів між різними компонентами;
- кабелі управління – застосовуються у тих самих системах, що й вище, для передачі керуючого впливу, який йде як від оператора-людини, так і від автоматики;
- кабелі зв'язку – здійснюють безпосередній зв'язок між низкою компонентів різних систем, допомагаючи їм обмінюватися сигналами різної частоти;
- випромінюючі кабелі – допомагають складним системам та установкам випускати радіосигнали високої частоти;
- гріючі кабелі – при проходженні струму нагріваються та виділяють тепло.
При цьому жили кабелів не особливо відрізняються від жил дротів – вони точно так само можуть формуватися з одного або декількох металів, бути сплавними або композитними, складатися з однієї жили або цілого набору. Зате для них діє менш відносна та більш точна система розбивки на групи за ступенем гнучкості. Моножилу, яку найскладніше зігнути, відносять до категорії № 1, а найбільш гнучкою є багатодротинкова жила категорії № 7. Багатожильні провідники повинні бути підключені до усього обладнання та електрофурнітури за допомогою спеціальних окінцювачів (простих штиркових наконечників або петльових клем). Завдяки тому, що моножила при затисканні у контактному гнізді не здатна розпастися на окремі дротинки, для неї жодні наконечники не потрібні.
Через те, що кабелі можуть експлуатуватися у набагато складніших умовах, оболонки, які їх покривають, повинні бути здатні одночасно виконувати декілька функцій: захищати від механічних пошкоджень, герметизувати провідники, не пропускаючи всередину них вологу, виключати вплив хімікатів та випарів. Тому, у залежності від конкретної марки, кабелі можуть містити армуючі та екрануючі шари. У якості матеріалу таких оболонок виступають:
- велика група різних полімерів – перш за все, це пластмаси різного класу;
- тканини високої щільності та зі спеціальними просоченнями (у тому числі такими, що відштовхують воду та жир, а також нерідко протидіють поширенню полум'я при пожежі та знижують рівень диму);
- деякі сорти гуми та каучуку, які мають необхідний баланс міцності та еластичності;
- листові металеві оболонки.
При цьому виробники вже не один десяток років борються за те, щоб один і той самий матеріал дозволяв втілити відразу декілька надзвичайно необхідних властивостей. Наприклад, усі матеріали, окрім металу, мають певну пластичність, що дозволяє їм одночасно виконувати три задачі. Перша – формувати зовнішній ізоляційний шар провідника, що має високі діелектричні властивості, та захищає людину від впливу електроструму. Друга – утворювати герметичний канал, процеси у якому жодним чином не залежать від усього того, що відбувається «зовні». Третя – виступати електромагнітним екраном, який оберігає від можливих перешкод інші системи (у тому числі, й за рахунок самих провідникових або напівпровідникових властивостей оболонки).
Наприклад, спеціальний кабельний папір, який має особливе хімічне просочення, може застосовуватися у високовольтних виробах аж до 35 кВ. У свою чергу, зшитий поліетилен, який використовується з метою захисту від ураження струмом, здатен ефективно функціонувати навіть в установках, вольтаж яких доходить до 500 кВ, зберігаючи при цьому цілісність, а тому – необхідну надійність та довговічність. Нарешті, ще не так давно у лініях до 500 кВ активно застосовувалися маслонаповнені вироби. Усередині них розташовувалися індивідуально екрановані жили, які поміщали до своєрідної капсули з маслом. Сьогодні ж така продукція просто втратила актуальність з огляду на те, що зшитий поліетилен виходить дешевшим, простішим у виробництві, зручнішим у роботі для майстрів, та й просто ефективнішим за комплексом характеристик.
З певною натяжкою можна казати, що кабель являє собою декілька дротів, пов'язаних разом. Тому усі ті вимоги та критерії експлуатації, які пред'являють до однієї групи виробів, справедливі й для іншої. З точки зору подальшого функціонування, найважливіше перевірити кабельно-провідникову продукцію на поведінку при короткому замиканні, на здатність витримувати тривалі перевантаження, на природу поширення полум'я та на токсичність при горінні. Розглянемо ці деталі докладніше, адже у тому числі тут криється справжня, експлуатаційна різниця між кабельно-провідниковими виробами.
У момент короткого замикання, яке відбувається між двома жилами, що є сусідніми у одному кабелі, формується осередок тепла, температура якого легко може досягати 1000 °С. Звичайно, таке явище здатне спровокувати горіння, особливо якщо захисна автоматика не встигає спрацювати вчасно й нагрів відбувається більш тривало. Зазвичай у процесі горіння беруть участь усі жили у кабелі, хоча саме замикання було спровоковано контактом усього двох. Гази, які виділяються при цьому, створюють високий тиск, що буквально спучує декілька шарів ізоляції та усе еластичні захисні оболонки. У результаті відбувається розгерметизація внутрішнього простору кабелю, а це означає приплив кисню до вогнища, тобто, посилення горіння. Чим вищою є якість виробу, тим довше його оболонки зможуть протистояти натиску суміші газів зсередини. Відповідно, шанси на те, що вогонь погасне сам по собі за той самий проміжок часу вищі. Броньовані оболонки допомагають стримувати лопання внутрішніх шарів ізоляції й не так скоро випускають полум'я назовні.
Опір потужнісним перевантаженням – ще один екстремальний режим для перевірки кабельної продукції. Струми, які перевершують нормальні у декілька разів, точно так само, як і КЗ, розігрівають металеву основу провідника до дуже високих температур. За цим усе так само слідує прогрів ізоляцій та оболонок, а на певній стадії – хімічне розкладання матеріалу ізоляції з виділенням парів та газів. У нормальних умовах на такі сили струмів повинні реагувати автоматичні вимикачі, але, якщо вони несправні або розраховані та встановлені невірно, процес перевантаження продовжиться, гази вийдуть назовні та запаляться. Якісний кабель спокійно повинен витримувати 1,1 свого номіналу будь-яку кількість часу, 1,5 номіналу – від 10 хвилин до години, а усе, що вище цього значення, вже більше лежить у площині коректної роботи захисної автоматики.
Поширення горіння для кожної з марок кабелю розглядається не тільки у розрізі самої пожежної безпеки, але й з точки зору потенційних масштабів збитку при поширенні полум'я всередині приміщення. Типові оболонки, виконані з полівінілхлоридних пластикатів, а також деяких сортів поліетилену, досить непогано поширюють горіння, особливо у тому випадку, коли точка займання знаходиться на вертикальній ділянці проводки. У зв'язку з цим усю кабельно-провідникову продукцію ділять на чотири типи:
- звичайна – добре або помірно горюча у певних обставинах;
- негорюча при одиночній прокладці – умовно майже не поширює горіння за наявності одного кабелю, який розташований не тільки горизонтально, але й вертикально;
- негорюча при груповій прокладці – умовно майже не поширює горіння у разі паралельного або близького розміщення деякої кількості кабелів, які можуть бути розташовані не тільки горизонтально, але й вертикально;
- вогнестійкі – вироби, оболонки яких виготовляються з сировинних матеріалів, які неспроможні горіти (проте деякі з них усе ж можуть довго повільно тліти, не збільшуючи осередок, або плавитися).
Рівень вогнестійкості зазвичай оцінюється експериментальним шляхом, за підсумком серії дослідів, які полягають у цілеспрямованому підпалюванні кабелів. Кількісним показником процесу при цьому виступають питома теплота згоряння проводки та швидкість руху полум'я уздовж лінії.
Нарешті, ступінь токсичності виробів оцінюється за процесом та результатом імітованої пожежі. Розглядаються як ситуації, коли вогонь прийшов ззовні, так і ті, у яких він почався у самому кабелі. Важливо розуміти, що деякі типи ізоляції, які фактично не підтримують та не поширюють вогонь, при цьому можуть виділяти токсичні пари. Такі вироби повинні бути заборонені до використання у місцях, де очікуються великі скупчення публіки (зали ресторанів та кінотеатрів, станції метро, торговельні та розважальні центри).
Окрім того, кожна одиниця провідникової продукції, яка бажає надалі завжди класифікуватися як «кабель», повинна пройти ряд ГОСТових тестів. Серед них є максимально схожі на вже згадані (протипожежна стійкість, стійкість до зовнішнього нагрівання, рівень захищеності від попадання вологи всередину) та принципово інші (спосіб разделки, еластичність та зручність у роботі, принципи окінцювання жил). Експерти перевіряють кожен критерій, оцінюють за кількісною або якісною шкалою, а потім результати оцінки укладають у стандартний діапазон для кабелю певної категорії.
Шнур
До певної міри шнури займають проміжне положення між звичайним кабелем та якимось багатожильним дротом, поміщеним до ізоляції. Можна казати, що найважливішою з відмінних характеристик шнура є його гнучкість, іноді навіть – помірна еластичність при розтягуванні. Усе це необхідно безпосередньо для того, щоб забезпечити базову сутність експлуатації шнурів – їхні постійні стиснення та натягування, вигини, регулярні перемотування та складання.
З точки зору сфери застосування усе ще простіше – шнурами з'єднують мобільні, переносні та рухомі прилади або пристрої з живлячою електромережею. Легко помітити, що ніхто ніколи не скаже, що між двома опорами ЛЕП розташовуються шнури: для усіх, а не тільки для фахівців там можуть бути лише дроти, у крайньому випадку – кабелі. Уся техніка, яка є у наших будинках та квартирах, оснащена саме шнурами: телевізори, пилососи, електрочайники, праски, настільні лампи, зарядні пристрої для гаджетів, монітори комп'ютерів та їхні системні блоки, мультиварки, пральні машини, перфоратори та дрилі, радіоприймачі, паяльники, фени, міксери та ін. Окрім того, буде правильним зазначити, що, кажучи про шнурі, ми завжди маємо на увазі, що на кінці виробу обов'язково знаходиться штепсельна вилка або технологічний роз'єм для підключення, а не просто зачищені кінці жил. Таким чином, з суто споживчого боку шнур – це найбільш «готовий до вживання» вид кабельно-провідникової продукції серед усіх можливих.
Разом з тим, необхідно відзначити області перекриття значень та допустимих замін. Як зрозуміло зі сказаного вище, називати дріт шнуром – невірно, а ось шнур дротом – просто не дуже логічно, адже це буде істотно звужувати його область застосовності. Точно з тих самих міркувань у технічних паспортах на деякі пристрої (а особливо часто – на електроінструмент) можна знайти позначення «кабель живлення» замість більш контекстуально очікуваного «шнур живлення». Таке позначення з одного боку більш коректно відображає структуру виробу, суть його роботи та навіть принцип використання, а з іншого – вказує на деяку віддільність від самого приладу або пристрою. Тому стосовно до одиниці побутової техніки і слово «шнур», і слово «кабель» буде однаково правильним. З тих самих причин будь-який відрізний кабель, куплений на заміну,може стати шнуром для конкретного агрегату.
Кожен кабельно-провідниковий виріб повинен мати маркування. Основне наноситься при виробництві на фабриці – просто на оболонку, а вторинне – при монтажі, на зручні та доступні майстру області. До тієї самої заводської відносять власне кольорове маркування ізоляції на жилах, написи та тиснення на зовнішніх оболонках, ізоляції, а часом і тиснення на самому металі (у тому випадку, якщо мова йде про моножилу). Для виробів більшого перетину, використовуваних у промисловості або для прокладки міських магістралей, можуть застосовуватися також навісні бірки або приклеювані етикетки.
Правильне маркування дозволяє швидко визначити сферу призначення кабелю або дроту, дізнатися його основні конструктивні характеристики та отримати уявлення про специфічні параметри конкретної марки. У процесі монтажу та збірки ланцюгів майстер маркує проводку по-своєму, доступним чином позначаючи маршрути силових трас, кінці одних і тих самих ліній, з'єднання всередині розподільних та монтажних коробок, зв'язки між елементами. У останні роки дедалі частіше використовуються особливі електронні маркери, які допомагають відшукати потрібний кінець кабелю навіть у туго набитому провідниками каналі. Детально на принципах кольорового маркування фазного та нульового дроту, а також жили заземлення ми тут зупинятися не будемо.
Підводячи порівняльний підсумок, можна сказати наступне.
- Дріт – це будь-який провідник, у тому числі, найпростіший, й у тому числі, без ізоляції. Дріт використовується для повітряної прокладки електрокомунікацій, а за наявності якоїсь захисної діелектричної оболонки – для найбільш примітивних завдань. Він не призначений для укладання під землю та не протягується у воді або вологих середовищах без спеціальних засобів-кондукторів (порожнин, труб, каналів). Не тільки електроізоляційна, але також механічна, пило-та вологозахищеність його струмопровідних жил мінімальні.
- Кабель – це повноцінний та досить складний виріб на основі дротів, поміщених до єдиного корпусу або оболонки. Він може мати різні розміри, товщину жил, міцність та гнучкість, але при цьому бути надійно захищеним за допомогою низки додаткових засобів від небезпек різної природи.
- Шнур – це ускладнений дріт або спрощений кабель, який має чітко передбачене для нього призначення. Його оболонки та покриви досить гарні, щоб забезпечувати електричну ізоляцію, але їх не можна порівнювати за механічною міцністю з кабелями. До того ж саме шнур з усіх трьох розглянутих тут виробів має найбільшу гнучкість, а тому є зручним у експлуатації для підключення переносної техніки.