Стойкие к высокой температуре кабельные изделия — кабели и провода, токопроводящие жилы и изоляция которых способны выполнять свои функции на достаточно высоком уровне в условиях длительного комплексного воздействия высоких температур, механических нагрузок и других факторов. В сложившейся в СССР терминологии в области электроизоляционных материалов применены разные термины: высоконагревостойкие, нагревостокие, жаростойкие, теплостокие и др. Различие в терминологии было связано с принадлежностью материалов к различным ведомствам и отсутствии общей унификации понятий.Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. 3-е изд. Т. 2. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

Отказ изоляции из-за влияния высокой температуры, как правило, связан с постепенным разрушением с течением времени, а не с внезапным пробоем при некоторой критической температуре. Электрический пробой происходит в результате потери механической прочности изоляции. При отсутствии механических воздействий окислившиеся и ставшие хрупкими изоляционные конструкции могут работать годами, что создаёт опасную иллюзию исправности проводников и изоляции: бывает достаточно небольшого шевеления, чтобы старая изоляция разрушилась и произошло короткое замыкание или, как минимум, потребность в срочном ремонте.Карвовский Г. А. Влияние среды на электрооборудование. — М.-Л.: Энергия, 1964.

Работа при повышенной температуре Развитие современных технологий часто обусловливает жесткие условия эксплуатации проводов и кабелей при их использовании для передачи электроэнергии и сигналов от датчиков, сигналов к исполнительным механизмам в системах управления. В ряде случаев одним из основных требований к кабелю является огнестойкость, обеспечивающая пожарную безопасность. Кабели могут сами являться тепловыми датчиками, имеющими высокую нагревостойкость и надежность. Такие кабели используются в атомных энергетических реакторах, реактивных двигателях, мощных генераторах и других устройствах.Клубович В. В., Рубаник В. В., Царенко Ю. В. Ультразвук в технологии производства композиционных кабелей. — Мн.: Беларус. навука, 2012.

Электрический ток, проходящий по кабелю, выделяет тепло. Большинство кабелей конструируются для применения в ситуации, когда температура жилы кабеля выше температуры окружающей среды.Бачелис Д. С., Белоруссов Н. И., Саакян А. Е. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. — М.: Энергия, 1971. В том случае, если в изоляции количество получаемой теплоты больше количества рассеиваемой, то может произойти тепловой пробой изоляции. Повышенная температура окружающей среды может способствовать тепловому пробою.

Развитие в конце XIX века электрических машин и аппаратов вызвало необходимость в термостойких электроизоляционных материалах. Для повышения термостойкости были созданы пропиточные составы и покрытия, композиционные материалы. Для изоляции пластин коллектора электродвигателя применяли слюду. В начале 1890-х годов на основе слюды были созданы новые материалы: миканит, микалента, микафолий.Веселовский О. Н., Шнейберг Я. А. Энергетическая техника и ее развитие. — М.: Высшая школа, 1976 -- С. 117.

Нагревостойкость изоляции имеет особое значение не только для кабелей работающих в экстремальных условиях, но и для кабелей общего применения, так как повышение верхнего предела рабочей температуры позволяет снизить габариты и массу кабеля.Кабель // Большая советская энциклопедия, 3-е изд. Допустимая температура нагрева изоляции силовых кабелей общего применения в зависимости от вида изоляции при длительном режиме работы 70—90 °C, кратковременно при аварийном состоянии сети 80—130 °C, при коротком замыкании и сработавшей защите 125—250 °C.Электротехнический справочник. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства. — М.: Изд-во МЭИ, 2003. Жаростойкие и нагревательные кабели предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды до 1000 °C.Алиев И. И. Электротехнический справочник. Т. 2. — М.: РадиоСофт, 2012.

Для обмоток устройств используются нагревостойкие обмоточные провода с температурой работы до 200 °C, для обмоток устройств, работающих при повышенных температурах используют жаростойкие обмоточные провода с рабочей температурой до 700 °C.

Установочные и силовые провода, применяемые для распределения энергии в силовых и осветительных установках, в качестве гибких выводных концов для электрических машин, при применении кремнийорганической изоляции работают при температурах до 180 °C.

Принудительное охлаждение

Электрические аппараты, как правило, имеют естественное воздушное охлаждение. Это связано с тем, что потери энергии в большинстве аппаратов общепромышленного применения невелики и естественного воздушного охлаждения достаточно в нормальных условиях. В большинстве электрических машин применяется искусственное охлаждение. Это может быть система воздушной вентиляции; для крупных турбогенераторов — водородное охлаждение; для сверхмощных машин — водяное охлаждение, при котором вода протекает через полые проводники обмотки.Брон О. Б. Электрические аппараты с водяным охлаждением. — Л.: Энергия, Ленингр. отд., 1967.

Для охлаждения электрооборудования могут применяться жидкие и газообразные диэлектрики.

Жидкие: электроизоляционное (в частности, трансформаторное) масло — при свободной конвекции отвод энергии повышается в 25—30 раз по сравнению с воздухом; совол; фтороуглеродные жидкости; диэлектрики на основе кремниорганических соединений.Скворцов Д. В., Михайлов А. Г., Плотников С. С. Охлаждающие среды в электрических машинах // Актуальные вопросы энергетики, Омск, 17 мая 2017 г.

Газообразные: воздух; элегаз (гексафторид серы); водород.

Для подвода электроэнергии в дуговых сталеплавильных печах и других видах электропечей используются силовые водоохлаждаемые кабели.

Возможности увеличения передаваемой мощности по кабельным линиям путем повышения рабочего напряжения ограничены. Возможно повысить передаваемую мощность путем увеличения токовой нагрузки. Нагревостойких изоляционных материалов для использования в высоковольтных кабелях практически нет. Существенный эффект может быть достигнут улучшением теплоотвода от кабелей путем их принудительного охлаждения.Ларина Э. Т. Силовые кабели и кабельные линии. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

В системах внутреннего охлаждения охлаждающая среда находится внутри кабеля. Первая кабельная линия с внутренним охлаждением была введена в эксплуатацию в 1958 году в Великобритании. Она использовалась для обмоток возбуждения в синхрофазотроне, имела напряжение 8,5 кВ, ток 1130 А при сечении медной жилы 323 мм².

В системах поверхностного охлаждения охлаждающая среда находится в непосредственном контакте с поверхностью кабеля. Возможно большое количество вариантов реализации данного принципа. Кабели могут быть помещены в трубы с текущей водой, в открытый лоток с текущей водой. Кабели проложенные в блоках могут охлаждаться за счет потока воздуха принудительной вентиляции. Наружная поверхность кабелей может охлаждаться маслом. В 1965 году на Волжской ГЭС запущена эксплуатация кабельной линии 500 кВ мощностью 405 МВ·А с принудительной циркуляций масла по трубопроводу с проложенным в нём кабелем. Нагретое масло охлаждалось в теплообменнике и возвращалось по обратному трубопроводу. Длина линии составляла 300 м.

В системах наружного (косвенного) охлаждения трубопровод с охлаждающей жидкостью прокладывается рядом с кабелями: в земле, в свободных ячейках блока, в канале или туннеле. Для туннелей и каналов возможно совмещение с системой поверхностного охлаждения воздухом.

При пожаре Кабели и провода, сохраняющий работоспособность при воздействии пламени в течение заданного периода времени называются огнестойкими или пожаростойкими.Огнестойкий (пожаростойкий) кабель // Пожарная безопасность. Энциклопедия. — М.: Изд-во ВНИИПО, 2007.

Впервые в России обязательные требования пожаростойкости (огнестойкости) кабельных изделий при сертификации кабельной продукции были прописаны в НПБ 248-97 «Кабели и провода электрические. Показатели пожарной опасности. Методы испытаний», а для кабельных линий — в НПБ 242-97 «Классификация и методы определения пожарной опасности электрических кабельных линий». При этом требования к огнестойкости кабелей и кабельных линий на конкретных объектах отсутствовали. Требования к применению кабельных изделий на объектах появились в 2008 году, а кабельных линий — в 2012 году в «Техническом регламенте о требованиях пожарной безопасности».

При экспериментальных исследованиях было определено, что причинами выхода из строя были: термическое повреждение кабельных изделий (перегорание, короткое замыкание жил кабеля), обрыв жил кабеля от деформации в результате потери их несущей способности вследствие нагрева; механический обрыв кабеля при разрушении кабельнесущей системы; короткое замыкание на кабельнесущую систему вследствие потери ее несущей способности (разрушения) или деформации.Смелков Г. И., Рябиков А. И., Точилкин Ю. В., Дмитриева Т. М., Дюбаров Г. А. Проблемы обеспечения показателей огнестойкости (работоспособности) электропроводок // Пожарная безопасность. — 2016. — № 4.

При достижении температуры 500—900 °C происходит деформация без разрушения стальной несущей конструкции. К этому моменту медная жила уже утрачивает несущую способность и происходит повреждение кабеля.

Огнестойкость электропроводки или кабельной линии можно обеспечить различными способами: применение огнестойких кабелей; прокладкой неогнестойких кабелей внутри обеспечивающих огнестойкость погонажных электромонтажных изделий (в коробах, в трубах и т. п.); замоноличиванием кабелей в огнестойких строительных конструкциях; использование огнестойких футляров или обертывания кабелей огнестойкими ленточными материалами.Смелков Г. И., Рябиков А. И., Точилкин Ю. В., Варламкин А. А., Дмитриева Т. М. Проблемы нормирования показателей огнестойкости (работоспособности) кабельных линий // Пожарная безопасность. — 2015. — № 3.

Производителями конструкций для крепления огнестойкого кабеля широко используется термин «огнестойкая кабельная линия». Этот термин в российских нормативных документах отсутствует. Разработчики российских норм в научных статьях используют термин «электропроводка, проложенная открытым способом, к которой предъявляются требования по огнестойкости».

Испытания Кабели и провода (в зависимости от конструкции) могут быть одновременно нагревостойкими и огнестойкими, либо нагревостойкими или огнестойкими, либо не иметь ни одного из этих качеств. Огнестойкие или нераспространяющие горение кабели иногда ошибочно называют негорючими.

Нагревостойкость

В отличие от огнестойкости, провести непосредственно испытания на нагревостойкость новых материалов со сроком службы 10—30 невозможно. Поэтому были разработаны методы ускоренного определения нагревостойкости изоляции. Существует линейная зависимость между логарифмом времени службы изоляции и величиной обратно пропорциональной температуре эксплуатации. Получив с помощью нескольких экспериментов прямую, можно с большой точностью экстраполировать параметры на другие температуры и сроки службы. Класс нагревостойкости изоляции определяется исходя из ресурса 20 тыс. часов.Марк Оржаховский Работы по нагревостойкости накануне первого полета человека в космос // Стандарты и качество, № 8, 2011.

Длительная нагревостойкость характеризуется температурой, при которой изделие в силовых установках работает 20—30 лет, а в радио- и электронной аппаратуре — 10 тысяч часов.Холодный С. Д. Методы испытаний и диагностики в электроизоляционной и кабельной технике: учебное пособие. — М.: Изд-во МЭИ, 2009. В соответствии с , изоляция и кабельные изделия могут быть отнесены к классам: Y — 90 °C; A — 105 °C; E — 120 °C; B — 130 °C; F — 155 °C; H — 180 °C; 200 — 200 °C; 220 — 220 °C; 250 — 250 °C и далее через каждые 25 °C.,

Кратковременная нагревостойкость характеризуется температурой, при которой изделие в четко определенных условиях может работать в течение ограниченного времени.