Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику и электронику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, технологии автоматизации и многое другое.
Чтобы не тратить каждый раз свое время на поиски добавляйте наш сайт в закладки и подписывайтесь на наши странички в соцсетях!
 


 

 Школа для электрика / База знаний / Провода и кабели / Провода и кабели с резиновой изоляцией: виды, достоинства и недостатки, материалы, технология производства


 

Провода и кабели с резиновой изоляцией: виды, достоинства и недостатки, материалы, технология производства



Провода и кабели с резиновой изоляцией применяются для присоединения токоприемников и распределения электроэнергии во вторичных сетях электрического тока, а также имеют широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в строительстве и быту.

Виды кабелей и проводов с резиновой изоляцией

Кабели, провода и шнуры сильного тока с резиновой изоляцией можно разделить на следующие группы:

  • установочные кабели, провода и шнуры;
  • силовые кабели;
  • контрольные кабели;
  • шланговые гибкие кабели и провода;
  • морские кабели и провода;
  • карротажные кабели;
  • провода для электроподвижного состава;
  • самолетные, автомобильные и тракторные провода.

Провода и кабели с резиновой изоляцией

Применение резиновой или пластмассовой изоляции вызывается не столько желанием получить гибкий кабель, сколько делается для облегчения и упрощения концевых разделок кабеля.

Применение свинцовой оболочки не дает возможности использовать повышенную гибкость изолирующего слоя кабеля и поэтому в тех случаях, когда нужен кабель повышенной гибкости, применяются не свинцовые, а шланговые оболочки из вулканизированной резины или пластмассы.

Высокая в среднем электрическая прочность резиновой изоляции в большинстве случаев не может быть использована из-за наличия слабых мест в изолирующем слое, что вызывает необходимость повышения толщины изолирующего слоя по сравнению, например, с изоляцией из пропитанной бумаги и ведет к перерасходу материалов защитных покрытий из-за увеличения диаметра кабеля.

Начальной стадией производства является скрутка многопроволочной жилы для проводов, кабелей и шнуров из луженой и нелуженой медной проволоки.

Кабель в резиновой изоляции на катушке

Технология производства проводов и кабелей с резиновой изоляцией

К основным технологическим операциям относятся изготовление резины и пластмассы и наложение их на жилу или провод. Изготовление резины включает пластикацию каучука и введение в него наполнителей (мел, тальк), смягчителей, усилителей и вулканизирующих веществ.

Наложение резиновой смеси на жилу производится или путем опрессований в горячем состоянии на червячных прессах или в холодном состоянии на специальных профилированных вальцах. Толщина резиновой изоляции зависит от величины сечения токопроводящей жилы и номинального напряжения провода или кабеля, а толщина шланговой оболочки определяется в зависимости от диаметра кабеля.

Толщина оболочки может изменяться от 1 до 8 мм для шлангов из резины и от 2 до 4 мм для винилитовых оболочек из полихлорвинилового пластиката.

Резиновая изоляция после наложения ее на жилу холодным или горячим способом вулканизируется для сообщения изолирующему слою необходимых физических свойств: механической прочности и упругости. Оболочки из пластмасс вулканизации не требуют.

Поверх слоя резиновой изоляции проводов накладывается оплетка из хлопчатобумажной пряжи, которая может быть пропитана битумным или иным составом или покрыта слоем нитролака (самолетные и автотракторные провода).

Остальные технологические операции, как скрутка в кабель и наложение защитных покровов, производятся так же, как и для остальных кабельных изделий.

Производство кабельных изделий

Достоинства и недостатки резиновой изоляции

Высокие электрические и механические характеристики резиновой изоляции позволили осуществить ряд конструкций проводов и кабелей, работающих в исключительно трудных условиях эксплуатации (врубовые, карротажные, экскаваторные и др.).

Широкий диапазон значений удельного электрического сопротивления (от 1013 до 1017 омсм) и значительное изменение диэлектрической проницаемости в зависимости от состава резины и технологии ее изготовления обеспечивают возможность изготовления изоляции проводов и кабелей разного типа.

Наряду с положительными качествами у резиновой изоляции, имеются и отрицательные, из которых наиболее типичны следующие:

  • наличие пузырьков и пленок воздуха в изолирующем слое;
  • неустойчивость вулканизированной резины против воздействия озона;
  • влияние механических усилий и натяжений на электрическую прочность изоляции;
  • снижение механических и электрических характеристик резины при нагревании;
  • неоднородность макроструктуры (наличие зерен наполнителей, загрязнений и пр.);
  • заметная влагопроницаемость и влагопоглощение;
  • малая стойкость против воздействия нефтепродуктов и минерального масла;
  • потери механических свойств в зависимости от длительности нагревания в присутствии кислорода воздуха (тепловое старение).

Кабель в резиновой оболочке

Материалы резиновой изоляции и особенности технологии

Вулканизированная резина на натуральном и на синтетическом каучуке применяется для изготовления разнообразных видов кабельной продукции и поэтому играет значительную роль в кабельном производстве.

Наибольшие затруднения встречаются при использовании резиновой изоляции для изготовления проводов и кабелей переменного тока высокого напряжения, например для силовых кабелей на напряжение 6 и 10 кВ, подающих электроэнергию передвигающимся экскаваторам, драгам, торфяным машинам, электротрактору и т. п.

Недостаточная озоностойкость резины ведет к быстрому разрушению и резкому уменьшению срока службы такого кабеля. В этих случаях применяется особая озоностойкая резина, которая менее подвержена действию озона, а также в качестве защитного покрытия применяется лакировка оплетки.

Разработаны рецепты масло- и бензиностойкой резины, позволяющие изготовлять резиновую изоляцию карротажных кабелей, работающих в нефтяных скважинах при высокой температуре в особо тяжелых условиях. Высоковольтные провода зажигания работают при высокой напряженности электрического поля и в широком диапазоне температуры от -50 до +150°С.

В состав резиновой изоляции входят следующие основные материалы:

  • Каучук — натуральный (НК) или синтетический (СК);
  • Наполнители — мел, каолин, тальк и др.
  • Смягчители — стеариновая кислота, парафин, вазелин, битум и др.
  • Усилители улучшают механические характеристики резиновых смесей (сажа).

Каучук

Количество каучука в резиновых смесях, применяемых в производстве проводов и кабелей, изменяется (по весу) в пределах от 25 до 60%, а общее количество всех наполнителей — от 70 до 35%/ Около 2% приходится на смягчители и около 1,5% на вулканизаторы (серу).

В настоящее время широко распространено применение для изоляции проводов и кабелей резины, вулканизация которой производится за счет серы, выделяющейся в процессе вулканизации при разложении некоторых сернистых соединений, например тетраметилтиурамдисульфид (тиурам). Такие "бессернистые" резины обладают повышенной теплостойкостью, а стало быть, и большим сроком службы. Механические свойства этой резины несколько ниже механических свойств резины, вулканизированной с серой.

Особо следует отметить, что бессернистые или, как их называют, теплостойкие резины не действуют разрушающе на медные жилы провода или кабеля и поэтому отпадает надобность в лужении проволоки и жил, идущих для изготовления проводов и кабелей с резиновой изоляцией.

Наряду с каучуками, как уже было сказано ранее, находят большое применение синтетические термопластичные материалы, называемые также эластомерами.

К числу их в первую очередь следует отнести весьма распространенный у нас пластикат из полихлорвиниловой смолы, который широко используется в кабельной промышленности, главным образом для изготовления низковольтных проводов и кабельных защитных покрытий (шлангов).

Кабель с поливинилхлоридной изоляцией

Полихлорвиниловая смола получается в результате полимеризации хлористого винила. Пластикат получается путем смешивания мелкораздробленной смолы с пластификаторами, стабилизатором и наполнителем.

В качестве наполнителей чаще всего применяются белая сажа, каолин, а в качестве пластификаторов — трикризилфосфат, дибутидфталат и др. Кроме полихлорвинила применяются также и сополимеры хлорвинила, например, с винилацетатом.

Основные недостатки полихлорвиниловой изоляции:

  • недостаточные электрические свойства (недостаточное сопротивление изоляции и большое значение тангенса угла диэлектрических потерь), что объясняется наличием пластификаторов, а также легкостью отщепления иона Сl в хлорвиниловой смоле;
  • недостаточная морозостойкость.

При соответствующем выборе пластификаторов можно получить удовлетворительные электрические характеристики.

К положительным свойствам полихлорвинила относятся:

  • большая стойкость против теплового старения;
  • стойкость против воздействия масел и всяких смазок;
  • высокая стойкость на истирание;
  • водостойкость;
  • стойкость по отношению к ряду растворителей, кислот и щелочей за исключением 93%-ной серной кислоты и ледяной уксусной кислоты; из растворителей неблагоприятно действует бензол, который снижает разрывную прочность пластиката, подвергнутого 12-дневному действию бензола, больше чем в 7 раз, а удельное объемное сопротивление — в 2—2,5 раза;
  • невоспламеняемость.

Провод в цеху промышленного предприятия

Для изготовления высококачественной изоляции проводов и кабелей в настоящее время широко применяется полиэтилен. Это сравнительно мягкий материал (при нагревании до 70° С плотность его равномерно уменьшается), обладающий хорошей морозостойкостью и озоностойкостью и широко применяемый для изоляции как силовых (Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена), так и высокочастотных проводов и кабелей.

Качество пластиката определяется не только свойствами основного полимера, но в значительной степени правильным подбором и качеством наполнителей и пластификаторов. Выбор наполнителей и пластификаторов является основной задачей для производственников, желающих получить требующиеся им свойства.

Все наиболее трудные задачи в техническом и экономическом отношении, например получение озоностойкой резины и т. п., решаются путем подбора основного пластиката или синтетического материала, обладающего требующимися свойствами.

При современном состоянии химии можно ожидать в ближайшем будущем появление ряда синтетических материалов, применение которых даст возможность полностью решить до сих пор нерешенные проблемы изоляции проводов и кабелей.