Drôty a káble s gumovou izoláciou: typy, výhody a nevýhody, materiály, technológia výroby

Gumou izolované drôty a káble sa používajú na pripojenie pantografov a distribúciu elektriny v sekundárnych sieťach elektrického prúdu a sú tiež široko používané v priemysle, poľnohospodárstve, doprave, stavebníctve a každodennom živote.

Typy káblov a vodičov s gumovou izoláciou

Káble, vodiče a káble s gumovou izoláciou možno rozdeliť do nasledujúcich skupín:

• inštalačné káble, drôty a káble;
• napájacie káble;
• ovládacie káble;
• Ohybné káble a drôty na hadice;
• námorné káble a drôty;
• telesné káble;
• Drôty pre elektrické koľajové vozidlá;
• drôty lietadiel, automobilov a traktorov.

Použitie gumovej alebo plastovej izolácie nie je spôsobené ani tak túžbou získať flexibilný kábel, ako skôr uľahčenie a zjednodušenie káblových svoriek.

Použitie oloveného plášťa neumožňuje využiť zvýšenú pružnosť izolačnej vrstvy kábla, a preto v prípadoch, keď je potrebný kábel so zvýšenou pružnosťou, sa nepoužívajú olovené, ale hadicové plášte z vulkanizovanej gumy alebo plastu. použité.

Vysoká priemerná dielektrická pevnosť gumovej izolácie sa vo väčšine prípadov nedá použiť z dôvodu prítomnosti slabých miest v izolačnej vrstve, čo si vyžaduje zvýšenie hrúbky izolačnej vrstvy v porovnaní napríklad s impregnovanou papierovou izoláciou a vedie k nadmerná spotreba ochranných materiálov nátery.na zväčšenie priemeru kábla.

Počiatočnou fázou výroby je naťahovanie viacžilových drôtov pre drôty, káble a šnúry z pocínovaných a nepocínovaných medených drôtov.

Technológia výroby vodičov a káblov s gumovou izoláciou

Medzi hlavné procesné operácie patrí výroba gumy a plastov a ich aplikácia na jadro alebo drôt.Výroba gumy zahŕňa plastifikačná guma a zavedenie plnív (krieda, mastenec), zmäkčovadiel, zlepšovačov a vulkanizačných činidiel.

Kaučuková zmes sa na jadro nanáša lisovaním za tepla na závitovkových lisoch alebo lisovaním za studena na špeciálnych profilovaných valcoch. Hrúbka gumovej izolácie závisí od veľkosti prierezu drôtu a menovitého napätia drôtu alebo kábla, pričom hrúbka plášťa hadice je určená priemerom kábla.

Hrúbka plášťa sa môže meniť od 1 do 8 mm pre gumené hadice a od 2 do 4 mm pre vinylové PVC plášte.

Gumová izolácia sa po nanesení na jadro metódou za studena alebo za tepla vulkanizuje, aby izolačná vrstva získala potrebné fyzikálne vlastnosti: mechanickú pevnosť a elasticitu. Plastové obaly nevyžadujú vulkanizáciu.

Na vrstvu gumovej izolácie drôtov je nanesený oplet z bavlnenej priadze, ktorý môže byť impregnovaný bitúmenom alebo inou kompozíciou alebo pokrytý vrstvou nitrolaku (letecké a automobilové drôty).

Ostatné technologické operácie, ako je stočenie do kábla a umiestnenie ochranných krytov, sa vykonávajú rovnakým spôsobom ako pri ostatných. káblové produkty.

Výhody a nevýhody gumovej izolácie

Vysoké elektrické a mechanické vlastnosti gumovej izolácie umožnili realizovať množstvo drôtových a káblových konštrukcií pracujúcich v extrémne náročných pracovných podmienkach (rezanie, ťažba dreva, rýpadlá atď.).

Široký rozsah hodnôt odporu (od 1013 do 1017 omcm) a značné rozdiely dielektrická konštanta v závislosti od zloženia gumy a technológie jej výroby poskytnúť možnosť výroby izolácia drôtov a káblov rôznych typov.

Spolu s pozitívnymi vlastnosťami gumovej izolácie existujú aj negatívne vlastnosti, z ktorých najcharakteristickejšie sú:

• prítomnosť vzduchových bublín a filmov v izolačnej vrstve;
• nestabilita vulkanizovanej gumy voči ozónu;
• vplyv mechanických síl a napätí na dielektrickú pevnosť izolácie;
• zníženie mechanických a elektrických vlastností gumy pri zahrievaní;
• heterogenita makroštruktúry (prítomnosť zŕn plnív, nečistôt atď.);
• výrazná priepustnosť vlhkosti a absorpcia vlhkosti;
• nízka odolnosť voči účinkom ropných produktov a minerálnych olejov;
• strata mechanických vlastností v závislosti od trvania ohrevu v prítomnosti vzdušného kyslíka (tepelné starnutie).

Gumové izolačné materiály a technologické vlastnosti

Vulkanizovaný kaučuk nad prírodným a syntetickým kaučukom sa používa na výrobu rôznych typov káblových produktov a zohráva tak významnú úlohu pri výrobe káblov.

S najväčšími ťažkosťami sa stretávame pri použití gumovej izolácie na výrobu vysokonapäťových striedavých vodičov a káblov, napríklad pre napájacie káble 6 a 10 kV, ktoré napájajú elektrinu pohybujúce sa rýpadlá, bagre, stroje na rašelinu, elektrické traktory atď.

Nedostatočná odolnosť gumy voči ozónu vedie k rýchlemu zničeniu a prudkému zníženiu životnosti takéhoto kábla. V týchto prípadoch sa používa špeciálna guma odolná voči ozónu, ktorá je menej náchylná na pôsobenie ozónu a plášť je lakovaný ako ochranný náter.

Boli vyvinuté receptúry gumy odolné voči olejom a benzínu, ktoré umožňujú výrobu gumovej izolácie pre káblové telesá pracujúce v ropných vrtoch pri vysokých teplotách za obzvlášť náročných podmienok. Vysokonapäťové zapaľovacie drôty pracujú pri vysokej intenzite elektrického poľa a v širokom rozsahu teplôt od -50 do + 150 ° C.

Zloženie gumovej izolácie zahŕňa tieto základné materiály:

• Kaučuk — prírodný (NK) alebo syntetický (SK);
• Plnivá — krieda, kaolín, mastenec atď.
• Zmäkčovadlá - kyselina stearová, parafín, vazelína, bitúmen atď.
• Výstuže zlepšujú mechanické vlastnosti kaučukových zmesí (sadze).

Množstvo kaučuku v kaučukových zmesiach používaných pri výrobe drôtov a káblov sa pohybuje (hmotnostne) v rozmedzí od 25 do 60 % a celkové množstvo všetkých plnív - od 70 do 35 % / Asi 2 % pripadá na zmäkčovadlá resp. asi 1,5 % pre vulkanizátory (síra).

V súčasnosti sa kaučuk široko používa na izoláciu drôtov a káblov, ktorých vulkanizácia sa uskutočňuje v dôsledku síry uvoľnenej počas vulkanizácie počas rozkladu určitých zlúčenín síry, napríklad tetrametyltiuramdisulfidu (tiuramu). Takéto pneumatiky „bez síry“ majú zvýšenú tepelnú odolnosť a tým aj dlhú životnosť. Mechanické vlastnosti tohto kaučuku sú o niečo nižšie ako u sírou vulkanizovaného kaučuku.

Zvlášť je potrebné poznamenať, že bezsírne alebo, ako sa nazývajú, žiaruvzdorné gumy nemajú deštruktívny účinok na medené vodiče drôtu alebo kábla, a preto nie je potrebné pocínovať drôty a vodiče, ktoré ísť do výroby gumou izolovaných drôtov a káblov.

Spolu s gumami, ako už bolo spomenuté, sú široko používané syntetické termoplastické materiály, nazývané tiež elastoméry.

Medzi ne treba zaradiť predovšetkým veľmi bežnú plastovú zmes z PVC živice, ktorá je široko používaná v káblovom priemysle, hlavne na výrobu nízkonapäťových vodičov a káblových ochranných povlakov (hadíc).

PVC živica sa získava polymerizáciou vinylchloridu. Elastická látka sa získa zmiešaním jemne rozomletej živice so zmäkčovadlami, stabilizátorom a plnivom.

Ako plnivá sa najčastejšie používajú biele sadze, kaolín a ako zmäkčovadlá trichryzylfosfát, dibutidftalát atď.Okrem PVC sa používajú aj kopolyméry vinylchloridu, napríklad s vinylacetátom.

Hlavné nevýhody izolácie z PVC:

• nedostatočné elektrické vlastnosti (nedostatočný izolačný odpor a veľká hodnota dotyčnice dielektrického stratového uhla), čo sa vysvetľuje prítomnosťou zmäkčovadiel, ako aj ľahkou elimináciou Cl iónu v PVC živici;
• nedostatočná mrazuvzdornosť.

Vhodnou voľbou zmäkčovadiel možno dosiahnuť uspokojivé elektrické vlastnosti.

Medzi pozitívne vlastnosti PVC patrí:

• vysoká odolnosť proti starnutiu teplom;
• odolnosť proti účinkom olejov a akýchkoľvek mazív;
• vysoká odolnosť proti opotrebovaniu;
• odolnosť voči vode;
• odolnosť voči množstvu rozpúšťadiel, kyselín a zásad, okrem 93% kyseliny sírovej a ľadovej kyseliny octovej; benzén je nepriaznivo ovplyvnený rozpúšťadlami, čo znižuje pevnosť v ťahu plastovej zmesi vystavenej pôsobeniu benzénu počas 12 dní viac ako 7-krát a špecifický objemový odpor 2-2,5-krát;
• nehorľavosť.

Polyetylén je široko používaný na výrobu kvalitnej izolácie vodičov a káblov... Je to pomerne mäkký materiál (pri zahriatí na 70°C jeho hustota rovnomerne klesá), ktorý má dobrú mrazuvzdornosť a odolnosť voči ozónu a je široko používané na izoláciu ako energia (XLPE izolované káble) a vysokofrekvenčné drôty a káble.

O kvalite plastovej zmesi rozhodujú nielen vlastnosti základného polyméru, ale do značnej miery aj správny výber a kvalita plnív a zmäkčovadiel.Výber plnív a zmäkčovadiel je veľkou výzvou pre výrobcov, ktorí chcú získať požadované vlastnosti.

Všetky najnáročnejšie úlohy z technického a ekonomického hľadiska, napríklad získanie gumy odolnej voči ozónu atď., sa riešia výberom základného plastu alebo syntetického materiálu s potrebnými vlastnosťami.

Pri súčasnom stave chémie možno v blízkej budúcnosti očakávať výskyt množstva syntetických materiálov, ktorých použitie umožní úplne vyriešiť doposiaľ nevyriešené problémy s izoláciou vodičov a káblov.