Žice i kabeli s gumenom izolacijom: vrste, prednosti i nedostaci, materijali, tehnologija proizvodnje

Žice i kabeli izolirani gumom koriste se za spajanje pantografa i distribuciju električne energije u sekundarnim električnim mrežama, a također se široko koriste u industriji, poljoprivredi, transportu, građevinarstvu i svakodnevnom životu.

Vrste kabela i žica s gumenom izolacijom

Kablovi, žice i kabeli s gumenom izolacijom mogu se podijeliti u sljedeće skupine:

• instalacijski kabeli, žice i kabeli;
• kabeli za napajanje;
• upravljački kabeli;
• savitljivi kabeli i žice za crijeva;
• brodski kabeli i žice;
• kabeli za tijelo;
• žice za električna željeznička vozila;
• žice za zrakoplove, automobile i traktore.

Upotreba gumene ili plastične izolacije uzrokovana je ne toliko željom da se dobije fleksibilni kabel, koliko je učinjeno kako bi se olakšali i pojednostavili kabelski terminali.

Korištenje olovnog plašta ne omogućuje korištenje povećane fleksibilnosti izolacijskog sloja kabela, pa se stoga u slučajevima kada je potreban kabel povećane fleksibilnosti ne koristi olovo, već omotači crijeva od vulkanizirane gume ili plastike. koristi se.

Visoka prosječna dielektrična čvrstoća gumene izolacije u većini slučajeva ne može se iskoristiti zbog prisutnosti slabih mjesta u izolacijskom sloju, što iziskuje povećanje debljine izolacijskog sloja u odnosu na npr. izolaciju od impregniranog papira i dovodi do prekomjerna potrošnja zaštitnih materijala premaza.za povećanje promjera kabela.

Početna faza proizvodnje je istezanje višežilnih žica za žice, kabele i užad od pokositrenih i nepokositrenih bakrenih žica.

Tehnologija proizvodnje žica i kabela s gumenom izolacijom

Glavne procesne operacije uključuju proizvodnju gume i plastike i njihovu primjenu na jezgru ili žicu. Proizvodnja gume uključuje plastificiranje gume te uvođenje punila (krede, talka), omekšivača, poboljšivača i vulkanizirajućih sredstava.

Gumena smjesa se nanosi na jezgru toplim prešanjem na pužnim prešama ili hladnim prešanjem na posebnim profiliranim valjcima. Debljina gumene izolacije ovisi o veličini poprečnog presjeka žice i nazivnom naponu žice ili kabela, dok je debljina plašta crijeva određena promjerom kabela.

Debljina plašta može varirati od 1 do 8 mm za gumena crijeva i od 2 do 4 mm za vinilne PVC obloge.

Gumena izolacija se nakon nanošenja na jezgru hladnom ili toplom metodom vulkanizira kako bi izolacijski sloj dobio potrebna fizikalna svojstva: mehaničku čvrstoću i elastičnost. Plastični omoti ne zahtijevaju vulkanizaciju.

Povrh sloja gumene izolacije žica nanosi se pletenica pamučne pređe koja se može impregnirati bitumenom ili drugim sastavom ili prekriti slojem nitrolaka (žice za zrakoplove i automobile).

Ostale tehnološke operacije, poput uvijanja u kabel i postavljanja zaštitnih poklopaca, izvode se na isti način kao i ostale. kabelski proizvodi.

Prednosti i nedostaci gumene izolacije

Visoka električna i mehanička svojstva gumene izolacije omogućila su realizaciju niza žičanih i kabelskih konstrukcija koje rade u izuzetno teškim uvjetima rada (sječa, sječa, bageri, itd.).

Širok raspon vrijednosti otpora (od 1013 do 1017 omcm) i značajne varijacije dielektrična konstanta ovisno o sastavu gume i tehnologiji njezine proizvodnje, pružaju mogućnost proizvodnje izolacija žica i kabela raznih vrsta.

Uz pozitivne osobine gumene izolacije postoje i negativne od kojih su najkarakterističnije sljedeće:

• prisutnost mjehurića zraka i filmova u izolacijskom sloju;
• nestabilnost vulkanizirane gume na ozon;
• utjecaj mehaničkih sila i naprezanja na dielektričnu čvrstoću izolacije;
• smanjenje mehaničkih i električnih karakteristika gume pri zagrijavanju;
• heterogenost makrostrukture (prisutnost zrna punila, nečistoća itd.);
• primjetna propusnost vlage i apsorpcija vlage;
• niska otpornost na učinke naftnih derivata i mineralnih ulja;
• gubitak mehaničkih svojstava ovisno o trajanju zagrijavanja u prisutnosti atmosferskog kisika (toplinsko starenje).

Gumeni izolacijski materijali i tehnološke karakteristike

Vulkanizirana guma u odnosu na prirodnu i sintetičku gumu koristi se za proizvodnju raznih vrsta kabelskih proizvoda i stoga igra značajnu ulogu u proizvodnji kabela.

Najveće poteškoće nastaju pri uporabi gumene izolacije za proizvodnju visokonaponskih izmjeničnih žica i kabela, na primjer, za energetske kabele 6 i 10 kV koji opskrbljuju električnom energijom pokretne bagere, bagere, tresetne strojeve, električne traktore itd.

Nedovoljna otpornost gume na ozon dovodi do brzog uništenja i oštrog smanjenja vijeka trajanja takvog kabela. U tim slučajevima koristi se posebna guma otporna na ozon, koja je manje osjetljiva na djelovanje ozona, a školjka je lakirana kao zaštitni premaz.

Razvijene su gumene recepture otporne na ulje i benzin koje omogućuju proizvodnju gumene izolacije za kabelska tijela koja rade u naftnim bušotinama na visokim temperaturama u posebno teškim uvjetima. Visokonaponske žice za paljenje rade na visokoj jakosti električnog polja iu širokom rasponu temperatura od -50 do +150 °C.

Sastav gumene izolacije uključuje sljedeće osnovne materijale:

• Guma — prirodna (NK) ili sintetička (SK);
• Punila — kreda, kaolin, talk itd.
• Omekšivači - stearinska kiselina, parafin, vazelin, bitumen itd.
• Ojačanja poboljšavaju mehanička svojstva gumenih smjesa (čađa).

Količina gume u gumenim smjesama koje se koriste u proizvodnji žica i kabela varira (težinski) u rasponu od 25 do 60%, a ukupna količina svih punila - od 70 do 35% / Oko 2% otpada na omekšivače i oko 1 ,5 % za vulkanizere (sumpor).

Trenutno se guma naširoko koristi za izolaciju žica i kabela, čija se vulkanizacija provodi zbog sumpora koji se oslobađa tijekom vulkanizacije tijekom razgradnje određenih spojeva sumpora, na primjer, tetrametiltiuram disulfida (tiuram). Takve gume "bez sumpora" imaju povećanu toplinsku otpornost, a samim time i dug životni vijek. Mehanička svojstva ove gume nešto su niža od onih kod gume vulkanizirane sumporom.

Posebno treba napomenuti da gume bez sumpora ili, kako ih još nazivaju, gume otporne na toplinu nemaju destruktivan učinak na bakrene vodiče žice ili kabela, pa stoga nema potrebe za kalajisanjem žice i vodiča koji krenuti u proizvodnju žica i kabela izoliranih gumom.

Uz gume, kao što je ranije spomenuto, naširoko se koriste sintetski termoplastični materijali, koji se nazivaju i elastomeri.

Među njima, prije svega, treba ubrojiti vrlo uobičajenu plastičnu mješavinu od PVC smole, koja ima široku primjenu u kabelskoj industriji, uglavnom za proizvodnju niskonaponskih žica i zaštitnih obloga za kabele (crijeva).

PVC smola se dobiva polimerizacijom vinil klorida. Elastik se dobiva miješanjem fino usitnjene smole s plastifikatorima, stabilizatorom i punilom.

Kao punila najčešće se koristi bijela čađa, kaolin, a kao plastifikatori trikrizil fosfat, dibutid ftalat i dr.Osim PVC-a koriste se i kopolimeri vinil klorida, na primjer s vinil acetatom.

Glavni nedostaci PVC izolacije:

• nedovoljna električna svojstva (nedovoljan izolacijski otpor i velika vrijednost tangensa kuta dielektričnog gubitka), što se objašnjava prisutnošću plastifikatora, kao i lakoćom uklanjanja iona Cl u PVC smoli;
• nedovoljna otpornost na mraz.

Odgovarajućim izborom plastifikatora mogu se postići zadovoljavajuće električne karakteristike.

Pozitivna svojstva PVC-a uključuju:

• visoka otpornost na starenje topline;
• otpornost na učinke ulja i bilo kakvih maziva;
• visoka otpornost na habanje;
• otpornost na vodu;
• otpornost na niz otapala, kiselina i baza, osim 93% sumporne kiseline i ledene octene kiseline; na benzen negativno utječu otapala, što smanjuje vlačnu čvrstoću plastičnog spoja izloženog djelovanju benzena tijekom 12 dana za više od 7 puta, a specifičnu volumnu otpornost za 2-2,5 puta;
• nezapaljivost.

Polietilen se široko koristi za proizvodnju visokokvalitetne izolacije žica i kabela... Relativno je mekan materijal (zagrijavanjem na 70 °C gustoća mu ravnomjerno opada), koji ima dobru otpornost na smrzavanje i ozon, te je široko se koristi za izolaciju kao energija (XLPE izolirani kabeli) i visokofrekventne žice i kabeli.

Kvaliteta plastične mase određena je ne samo svojstvima osnovnog polimera, već u velikoj mjeri pravilnim odabirom i kvalitetom punila i plastifikatora.Izbor punila i plastifikatora veliki je izazov za proizvođače koji žele postići tražena svojstva.

Svi najteži zadaci u tehničkom i ekonomskom smislu, npr. dobivanje gume otporne na ozon i sl., rješavaju se izborom osnovnog plastičnog ili sintetskog materijala s potrebnim svojstvima.

Uz postojeće stanje kemije, u bliskoj budućnosti može se očekivati ​​pojava niza sintetskih materijala čijom će se primjenom u potpunosti riješiti još uvijek neriješeni problemi izolacije žica i kabela.