Проводници и кабели с гумена изолация: видове, предимства и недостатъци, материали, технология на производство

Проводниците и кабелите с гумена изолация се използват за свързване на пантографи и разпределение на електричество във вторични мрежи с електрически ток, а също така са широко използвани в промишлеността, селското стопанство, транспорта, строителството и ежедневието.

Видове кабели и проводници с гумена изолация

Кабелите, проводниците и кабелите с гумена изолация могат да бъдат разделени на следните групи:

• инсталационни кабели, проводници и кабели;
• захранващи кабели;
• кабели за управление;
• гъвкави кабели и проводници за маркучи;
• морски кабели и проводници;
• кабели за каросерия;
• проводници за електрически подвижен състав;
• самолетни, автомобилни и тракторни проводници.

Използването на гумена или пластмасова изолация е причинено не толкова от желанието да се получи гъвкав кабел, колкото се прави за улесняване и опростяване на кабелните терминали.

Използването на оловна обвивка не прави възможно използването на повишената гъвкавост на изолационния слой на кабела и следователно в случаите, когато е необходим кабел с повишена гъвкавост, не оловни, а якета за маркучи, изработени от вулканизиран каучук или пластмаса са използвани.

Високата средно диелектрична якост на каучуковата изолация в повечето случаи не може да се използва поради наличието на слаби места в изолационния слой, което налага увеличаване на дебелината на изолационния слой в сравнение, например, с импрегнирана хартиена изолация и води до прекомерен разход на материали за защитни покрития.за увеличаване на диаметъра на кабела.

Началният етап на производство е опъването на многожилни проводници за проводници, кабели и шнурове от калайдисани и неконсервирани медни проводници.

Технология за производство на проводници и кабели с гумена изолация

Основните технологични операции включват производството на каучук и пластмаса и налагането им върху сърцевина или тел. Производството на каучук включва пластифицираща гума и въвеждането на пълнители (креда, талк), омекотители, подобрители и вулканизиращи агенти.

Гумената смес се нанася върху сърцевината чрез горещо пресоване на червячни преси или студено пресоване върху специални профилирани ролки. Дебелината на гумената изолация зависи от размера на напречното сечение на проводника и номиналното напрежение на проводника или кабела, докато дебелината на обвивката на маркуча се определя в зависимост от диаметъра на кабела.

Дебелината на обвивката може да варира от 1 до 8 мм за гумени маркучи и от 2 до 4 мм за винилови PVC якета.

Гумената изолация, след като я нанесете върху сърцевината по студен или горещ метод, се вулканизира, за да придаде на изолационния слой необходимите физични свойства: механична якост и еластичност. Пластмасовите обвивки не изискват вулканизация.

Върху слоя каучукова изолация на проводниците се нанася плитка от памучна прежда, която може да бъде импрегнирана с битум или друг състав или покрита със слой от нитро-лак (самолетни и автомобилни проводници).

Останалите технологични операции, като усукване в кабел и поставяне на защитни капаци, се извършват по същия начин, както и при останалите. кабелни продукти.

Предимства и недостатъци на гумената изолация

Високите електрически и механични характеристики на каучуковата изолация направиха възможно реализирането на редица конструкции от тел и кабели, работещи при изключително трудни условия на работа (изрязване, дърводобив, багер и др.).

Широк диапазон от стойности на съпротивлението (от 1013 до 1017 omcm) и значителна промяна диелектрична константа в зависимост от състава на каучука и технологията на неговото производство, осигуряват възможност за производство изолация на проводници и кабели от различни видове.

Наред с положителните качества на гумената изолация, има и отрицателни, от които най -характерни са следните:

• наличието на въздушни мехурчета и филми в изолационния слой;
• нестабилност на вулканизиран каучук срещу озон;
• влиянието на механичните сили и напрежения върху диелектричната якост на изолацията;
• намаляване на механичните и електрическите характеристики на каучука при нагряване;
• хетерогенност на макроструктурата (наличие на зърна от пълнители, примеси и др.);
• забележима пропускливост на влага и абсорбция на влага;
• ниска устойчивост на въздействието на петролни продукти и минерални масла;
• загуба на механични свойства в зависимост от продължителността на нагряване в присъствието на атмосферен кислород (топлинно стареене).

Каучукови изолационни материали и технологични характеристики

Вулканизиран каучук върху естествен и синтетичен каучук се използва за производството на различни видове кабелни изделия и поради това играе значителна роля в производството на кабели.

Най -големите трудности се срещат при използване на гумена изолация за производството на променливотокови проводници и кабели с високо напрежение, например за захранващи кабели 6 и 10 kV, които доставят електричество към движещи се багери, драги, торфени машини, електрически трактор и др.

Недостатъчната озонова устойчивост на гумата води до бързо разрушаване и рязко намаляване на експлоатационния живот на такъв кабел. В тези случаи се използва специален озоноустойчив каучук, който е по-малко податлив на действието на озона, а обвивката се лакира като защитно покритие.

Разработени са рецепти за гума, устойчива на масло и бензин, които дават възможност за производство на гумена изолация за каросерии на кабели, работещи в нефтени кладенци при високи температури при особено тежки условия. Запалителните проводници с високо напрежение работят при висока напрегнатост на електрическото поле и в широк температурен диапазон от -50 до + 150 ° C.

Съставът на гумената изолация включва следните основни материали:

• Каучук — естествен (NK) или синтетичен (SK);
• Пълнители — креда, каолин, талк и др.
• Омекотители — стеаринова киселина, парафин, вазелин, битум и др.
• Усилвателите подобряват механичните свойства на каучуковите смеси (сажди).

Количеството каучук в каучукови смеси, използвани при производството на проводници и кабели, варира (по тегло) в диапазона от 25 до 60%, а общото количество на всички пълнители — от 70 до 35% / Около 2% се падат върху омекотители и около 1,5% за вулканизатори (сяра).

Понастоящем каучукът се използва широко за изолиране на проводници и кабели, чието вулканизиране се извършва поради отделяната по време на вулканизацията сяра по време на разлагането на някои серни съединения, например тетраметилтиурам дисулфид (тиурам). Такива «без сяра» гумите имат повишена топлоустойчивост и следователно дълъг експлоатационен живот. Механичните свойства на този каучук са малко по -ниски от тези на каучука, вулканизиран със сяра.

Особено трябва да се отбележи, че несъдържащите сяра или, както се наричат, топлоустойчиви каучуци не действат разрушително върху медните проводници на тел или кабел и следователно няма нужда от калайдисване на проводника и проводниците, които отиват в производството от проводници и кабели с гумена изолация.

Наред с каучуците, както бе споменато по -рано, широко се използват синтетични термопластични материали, наричани още еластомери.

Сред тях, на първо място, трябва да се включи много често срещана пластмасова смес, изработена от PVC смола, която е широко използвана в кабелната индустрия, главно за производството на нисковолтови проводници и кабелни защитни покрития (маркучи).

PVC смолата се получава чрез полимеризация на винилхлорид. Еластикът се получава чрез смесване на фино натрошена смола с пластификатори, стабилизатор и пълнител.

Като пълнители най -често се използват бели сажди, каолин, а като пластификатори — трикризил фосфат, дибутид фталат и др. В допълнение към PVC се използват и съполимери на винилхлорид, например с винилацетат.

Основните недостатъци на PVC изолацията:

• недостатъчни електрически свойства (недостатъчно съпротивление на изолацията и голяма стойност на тангенсата на ъгъла на диелектрични загуби), което се обяснява с наличието на пластификатори, както и с лекотата на елиминиране на йона Cл в PVC смола;
• недостатъчна устойчивост на замръзване.

С подходящ избор на пластификатори могат да се постигнат задоволителни електрически характеристики.

Положителните свойства на PVC включват:

• висока устойчивост на топлинно стареене;
• устойчивост срещу въздействието на масла и всякакви смазочни материали;
• висока устойчивост на износване;
• водоустойчивост;
• устойчивост на редица разтворители, киселини и основи, с изключение на 93% сярна киселина и ледена оцетна киселина; бензолът действа неблагоприятно от разтворители, което намалява якостта на опън на пластмасовото съединение, изложено на действието на бензола за 12 дни с повече от 7 пъти, и специфичното обемно съпротивление с 2-2,5 пъти;
• незапалимост.

Полиетиленът се използва широко за производството на висококачествена изолация на проводници и кабели… Това е сравнително мек материал (при нагряване до 70 ° C, плътността му равномерно намалява), който има добра устойчивост на замръзване и озоноустойчивост и се използва широко за изолация като енергия (XLPE изолирани кабели) и високочестотни проводници и кабели.

Качеството на пластмасовото съединение се определя не само от свойствата на основния полимер, но до голяма степен от правилния подбор и качеството на пълнители и пластификатори. Изборът на пълнители и пластификатори е голямо предизвикателство за производителите, които искат да получат необходимите свойства.

Всички най-трудни задачи в техническо и икономическо отношение, например получаване на озоноустойчив каучук и др., Се решават чрез избор на основния пластмасов или синтетичен материал с необходимите свойства.

При сегашното състояние на химията може да се очаква в близко бъдеще появата на редица синтетични материали, чието използване ще направи възможно напълно да се решат все още нерешените проблеми с изолацията на проводници и кабели.