Žice in kabli z gumijasto izolacijo: vrste, prednosti in slabosti, materiali, proizvodna tehnologija

Žice in kabli, izolirani z gumo, se uporabljajo za povezovanje odjemnikov toka in distribucijo električne energije v sekundarnih električnih omrežjih, široko pa se uporabljajo tudi v industriji, kmetijstvu, transportu, gradbeništvu in vsakdanjem življenju.

Vrste kablov in žic z gumijasto izolacijo

Kabli, žice in kabli z gumijasto izolacijo lahko razdelimo v naslednje skupine:

• instalacijski kabli, žice in kabli;
• napajalni kabli;
• krmilni kabli;
• gibki kabli in žice za cevi;
• pomorski kabli in žice;
• kabli za telo;
• žice za električna tirna vozila;
• žice za letala, avtomobile in traktorje.

Uporaba gumijaste ali plastične izolacije ni toliko posledica želje po pridobitvi gibljivega kabla, temveč zaradi olajšanja in poenostavitve kabelskih sponk.

Uporaba svinčenega plašča ne omogoča izkoriščanja povečane fleksibilnosti izolacijske plasti kabla, zato se v primerih, ko je potreben kabel s povečano fleksibilnostjo, ne uporabljajo svinčeni, temveč cevni plašči iz vulkanizirane gume ali plastike. rabljeno.

Visoke povprečne dielektrične trdnosti gumijaste izolacije v večini primerov ni mogoče uporabiti zaradi prisotnosti šibkih mest v izolacijski plasti, kar zahteva povečanje debeline izolacijske plasti v primerjavi z na primer impregnirano papirno izolacijo in vodi do prevelika poraba zaščitnih materialov prevlek.za povečanje premera kabla.

Začetna faza proizvodnje je raztezanje večžilnih žic za žice, kable in vrvice iz kositranih in nekositrenih bakrenih žic.

Tehnologija za proizvodnjo žic in kablov z gumijasto izolacijo

Glavne procesne operacije vključujejo proizvodnjo gume in plastike ter njihovo nanašanje na jedro ali žico.Proizvodnja gume vključuje plastificiranje gume ter vnos polnil (kreda, smukec), mehčalcev, izboljšav in vulkanizatorjev.

Gumo zmes nanašamo na jedro z vročim stiskanjem na polžastih stiskalnicah ali hladnim stiskanjem na posebnih profiliranih valjih. Debelina gumijaste izolacije je odvisna od velikosti prereza žice in nazivne napetosti žice oziroma kabla, debelina cevnega plašča pa je odvisna od premera kabla.

Debelina plašča se lahko spreminja od 1 do 8 mm za gumijaste cevi in ​​od 2 do 4 mm za vinilne PVC plašče.

Gumijasto izolacijo po nanosu na jedro s hladno ali vročo metodo vulkaniziramo, da izolacijski sloj dobi potrebne fizikalne lastnosti: mehansko trdnost in elastičnost. Plastični ovoji ne zahtevajo vulkanizacije.

Na vrhu gumijaste izolacije žic se nanese pletenica iz bombažne preje, ki jo lahko impregniramo z bitumnom ali drugo sestavo ali prekrijemo s plastjo nitrolaka (letalske in avtomobilske žice).

Ostale tehnološke operacije, kot je zvijanje v kabel in namestitev zaščitnih pokrovov, se izvajajo na enak način kot pri ostalih. kabelski izdelki.

Prednosti in slabosti gumijaste izolacije

Visoke električne in mehanske lastnosti gumijaste izolacije so omogočile izvedbo številnih žičnih in kabelskih konstrukcij, ki delujejo v izjemno težkih delovnih pogojih (sečnja, sečnja, bagri itd.).

Širok razpon vrednosti upornosti (od 1013 do 1017 omcm) in precejšnja variacija dielektrična konstanta glede na sestavo gume in tehnologijo njene proizvodnje zagotovite možnost proizvodnje izolacija žic in kablov različnih vrst.

Poleg pozitivnih lastnosti gumijaste izolacije obstajajo tudi negativne, med katerimi so najbolj značilne naslednje:

• prisotnost zračnih mehurčkov in filmov v izolacijski plasti;
• nestabilnost vulkanizirane gume proti ozonu;
• vpliv mehanskih sil in napetosti na dielektrično trdnost izolacije;
• zmanjšanje mehanskih in električnih lastnosti gume pri segrevanju;
• heterogenost makrostrukture (prisotnost zrn polnil, nečistoč itd.);
• opazna prepustnost vlage in absorpcija vlage;
• nizka odpornost na učinke naftnih derivatov in mineralnih olj;
• izguba mehanskih lastnosti glede na trajanje segrevanja v prisotnosti atmosferskega kisika (toplotno staranje).

Gumijasti izolacijski materiali in tehnološke značilnosti

Vulkanizirana guma namesto naravne in sintetične gume se uporablja za izdelavo različnih vrst kabelskih izdelkov in ima tako pomembno vlogo v proizvodnji kablov.

Največje težave se pojavljajo pri uporabi gumijaste izolacije za izdelavo visokonapetostnih žic in kablov za izmenični tok, na primer za napajalne kable 6 in 10 kV, ki napajajo električno energijo premikajoče se bagre, bagre, stroje za šoto, električne traktorje itd.

Nezadostna odpornost gume na ozon vodi do hitrega uničenja in močnega zmanjšanja življenjske dobe takega kabla. V teh primerih se uporablja posebna na ozon odporna guma, ki je manj občutljiva na delovanje ozona, lupina pa je lakirana kot zaščitni premaz.

Razviti so bili recepti za gumo, odporne na olje in bencin, ki omogočajo izdelavo gumijaste izolacije za kabelska telesa, ki delujejo v naftnih vrtinah pri visokih temperaturah v posebej težkih pogojih. Visokonapetostne žice za vžig delujejo pri visoki električni poljski jakosti in v širokem temperaturnem območju od -50 do + 150 ° C.

Sestava gumijaste izolacije vključuje naslednje osnovne materiale:

• Guma — naravna (NK) ali sintetična (SK);
• Polnila - kreda, kaolin, smukec itd.
• Mehčala - stearinska kislina, parafin, vazelin, bitumen itd.
• Ojačitve izboljšajo mehanske lastnosti gumenih zmesi (saje).

Količina gume v gumijastih mešanicah, ki se uporabljajo pri proizvodnji žic in kablov, se giblje (glede na težo) v razponu od 25 do 60%, skupna količina vseh polnil - od 70 do 35% / Približno 2% odpade na mehčala in približno 1 ,5 % za vulkanizerje (žveplo).

Trenutno se guma pogosto uporablja za izolacijo žic in kablov, katerih vulkanizacija se izvaja zaradi žvepla, ki se sprošča med vulkanizacijo med razgradnjo nekaterih žveplovih spojin, na primer tetrametiltiuram disulfida (tiuram). Takšne pnevmatike "brez žvepla" imajo povečano toplotno odpornost in s tem dolgo življenjsko dobo. Mehanske lastnosti te gume so nekoliko nižje kot pri žvepleni vulkanizirani gumi.

Posebej je treba opozoriti, da gume brez žvepla ali, kot se imenujejo, toplotno odporne gume nimajo uničujočega učinka na bakrene vodnike žice ali kabla, zato ni potrebe po kositrenju žice in vodnikov, ki gredo v proizvodnjo žic in kablov, izoliranih z gumo.

Skupaj z gumami, kot smo že omenili, se pogosto uporabljajo sintetični termoplastični materiali, imenovani tudi elastomeri.

Mednje je treba najprej uvrstiti zelo razširjeno mešanico plastičnih mas iz PVC smole, ki se pogosto uporablja v kabelski industriji, predvsem za izdelavo nizkonapetostnih žic in zaščitnih oblog za kable (cevi).

PVC smola se pridobiva s polimerizacijo vinil klorida. Elastiko dobimo z mešanjem fino zdrobljene smole z mehčali, stabilizatorjem in polnilom.

Kot polnila se najpogosteje uporabljajo bele saje, kaolin, kot mehčala pa trikrizil fosfat, dibutid ftalat itd.Poleg PVC-ja se uporabljajo tudi kopolimeri vinil klorida, na primer z vinil acetatom.

Glavne pomanjkljivosti PVC izolacije:

• nezadostne električne lastnosti (nezadostna izolacijska upornost in velika vrednost tangensa dielektričnega izgubnega kota), kar je razloženo s prisotnostjo plastifikatorjev, pa tudi z enostavno odstranitvijo iona Cl v PVC smoli;
• nezadostna odpornost proti zmrzovanju.

Z ustrezno izbiro plastifikatorjev lahko dosežemo zadovoljive električne lastnosti.

Pozitivne lastnosti PVC-ja vključujejo:

• visoka odpornost na toplotno staranje;
• odpornost na učinke olj in kakršnih koli maziv;
• visoka odpornost proti obrabi;
• vodoodpornost;
• odpornost na številna topila, kisline in baze, razen 93% žveplove kisline in ledocetne kisline; na benzen negativno vplivajo topila, kar zmanjša natezno trdnost plastične spojine, izpostavljene delovanju benzena 12 dni, za več kot 7-krat, specifično volumsko odpornost pa za 2-2,5-krat;
• negorljivost.

Polietilen se pogosto uporablja za izdelavo visokokakovostne izolacije žic in kablov ... Je razmeroma mehak material (pri segrevanju na 70 ° C se njegova gostota enakomerno zmanjša), ki ima dobro odpornost proti zmrzali in ozonu ter je široko uporablja za izolacijo kot energijo (XLPE izolirani kabli) ter visokofrekvenčne žice in kabli.

Kakovost plastične mase ni odvisna samo od lastnosti osnovnega polimera, temveč v veliki meri s pravilnim izborom in kakovostjo polnil in mehčal.Izbira polnil in mehčalcev je velik izziv za proizvajalce, ki želijo pridobiti zahtevane lastnosti.

Vse najtežje naloge v tehničnem in ekonomskem smislu, na primer pridobivanje gume, odporne na ozon itd., Rešujemo z izbiro osnovne plastike ali sintetičnega materiala s potrebnimi lastnostmi.

Glede na trenutno stanje kemije lahko v bližnji prihodnosti pričakujemo pojav številnih sintetičnih materialov, katerih uporaba bo omogočila popolno rešitev še vedno nerešenih težav z izolacijo žic in kablov.