Ochranné plášte a plášte káblov: účel, materiály, typy, antikorózne, pancierové
Vymenovanie ochranných škrupín a krytov
Ochranné kryty slúžia na ochranu izolačnej vrstvy drôt alebo kábel od vplyvu prostredia, ale hlavne od vplyvu vlhkosti. Čím menej je izolácia kábla alebo drôtu odolná voči vlhkosti, tým dokonalejšie musí byť plášť aplikovaný.
Fyzikálne prevádzkové podmienky kábla tiež ovplyvňujú výber materiálu plášťa, napríklad ak sa vyžaduje zvýšená flexibilita kábla, potom by sa mal použiť pružný plášť.
Materiálov používaných na zadržiavanie je málo, menovite olovo, hliník, guma, plasty a ich kombinácie.
Ochranné kryty vodičov a káblov slúžia na ochranu vodiča pred mechanickým namáhaním pri ukladaní alebo počas prevádzky, ako aj na ochranu káblových plášťov pred koróziou, preto sa antikorózne nátery niekedy odlišujú od skupiny ochranných krytov.
Ako antikorózny náter sa najčastejšie používa káblový papier, nanášaný z vrstvy so súčasným zalievaním bitúmenovými kompozíciami vhodnej viskozity.
Ochranné plášte pozostávajú z bavlnených alebo káblových priadzí nanesených vo forme opletu alebo opletu na izolačnej vrstve alebo ochrannom plášti kábla alebo opletení na izolačnej vrstve alebo ochrannom plášti kábla alebo vodiča.
Zakrývanie ochranných krytov plastmi je rozšírené na ich ochranu pred koróziou a mechanickým poškodením.
Ako antikorózny náter sa najčastejšie používa káblový papier, nanášaný z vrstvy so súčasným zalievaním bitúmenovými kompozíciami vhodnej viskozity.
Na mechanickú ochranu ohybných drôtov a káblov sa často používa opletenie z tenkých oceľových drôtov.
V rade prevedení sú vrkoče z bavlny a iných priadzí pokryté špeciálnymi lakmi (náterovými lakmi), ktoré chránia drôt pred vplyvom prostredia, pred pôsobením ozónu a zvyšujú odolnosť drôtu proti vlhkosti a benzínu.
Používajú sa aj kompozitné kryty z plastov, kovová fólia a látka alebo natieraný papier, ktoré v niektorých prípadoch môžu nahradiť olovený plášť (najmä pri kábloch používaných na vnútorné a dočasné inštalácie).
Upevňovacie materiály
Olovo je hlavným materiálom, z ktorého sa vyrábajú najspoľahlivejšie vesty. Hlavnou výhodou oloveného plášťa oproti všetkým ostatným plášťom a povlakom je jeho úplná odolnosť proti vlhkosti, dostatočná flexibilita a možnosť rýchleho a lacného nanášania na kábel pomocou oloveného lisu.
Olovo má však mnohé nevýhody: vysokú špecifickú hmotnosť, nízku mechanickú pevnosť, nedostatočnú odolnosť voči mechanickej a elektrochemickej korózii.
To všetko, berúc do úvahy obmedzené a prírodné zásoby olova, si vyžaduje zlepšenie kvality olovených plášťov, zavedenie náhrad a navrhovanie nových typov káblových produktov bez olovených plášťov.
Olovo nie nižšie ako trieda C-3 s obsahom olova 99,86% sa používa na potápanie káblových plášťov.
Mechanická pevnosť oloveného plášťa je do značnej miery určená jeho štruktúrou. Jemne pórovitá štruktúra získaná ako výsledok výroby plášťa z olova akosti C-2 a C-3 pri rýchlom a intenzívnom ochladzovaní extrudovaného plášťa je mechanicky najpevnejšie a najstabilnejšie.
So strednou a hrubozrnnou štruktúrou sa získajú bodky nízkej kvality. Z takýchto škrupín aj za normálnych výrobných podmienok vyrastajú olovnaté kryštály, ktoré sa potom vzájomne posúvajú pozdĺž štiepnych rovín, čo vedie k predčasnému zničeniu škrupiny.
Veľmi čisté olovo je veľmi náchylné na tvorbu a rast kryštálov aj pri izbovej teplote, takže je nevhodné na výrobu olovených púzdier.
Opatrením na boj proti kryštalizácii olova je okrem ochladzovania po nanesení olova aj pridávanie cínu, antimónu, vápnika, telúru, medi a iných kovov do olova.
Kábel Battlecruiser, vyrobený pre Kráľovské námorníctvo Veľkej Británie, uvedený do prevádzky v roku 1920. Tri vodiče, olovené opláštené, v pancieri.
Najlepšou prísadou je cín, ktorý, ak je obsiahnutý v olove v množstve 1-3% hmotnosti, poskytuje stabilnú jemnozrnnú štruktúru. Cín je však veľmi vzácny a v súčasnosti sa v káblových plášťoch nahrádza inými kovmi.
Zavedenie antimónu do olova v množstve 0,6 až 0,8 % priaznivo ovplyvňuje štruktúru oloveného plášťa a zvyšuje mechanickú pevnosť, čím sa trochu znižuje elasticita, to znamená schopnosť oloveného plášťa ohýbať sa. Dobré výsledky poskytuje prídavok telúru v množstve asi 0,05 %. Rozšírilo sa aj takzvané medené olovo, čo je olovo s prímesou medi — v množstve asi 0,05 %.
Okrem dvojitých zliatin existujú ternárne zliatiny olova s kadmiom, cínom (0,15 %), antimónom a inými kovmi. Tieto zliatiny sú menej vhodné na výrobu a ich výsledky testov sa približujú výsledkom niektorých binárnych zliatin a medi a olova.
Hliník možno použiť aj na výrobu plášťov káblov. Na tento účel sa používa technický aj vysoko čistý hliník (s obsahom hliníka 99,5 a 99,99 %), ktorého mechanické vlastnosti sú lepšie ako u olova a zliatin olova.
Pevnosť hliníkového plášťa je minimálne 2-3x vyššia ako pevnosť olova. Teplota rekryštalizácie hliníka, ako aj jeho odolnosť voči vibráciám, sú výrazne vyššie ako teploty olova.
Špecifická hmotnosť hliníka je 2,7 a olova 11,4, preto výmena oloveného plášťa za hliník môže viesť k veľkému zníženiu hmotnosti kábla a zvýšeniu mechanickej pevnosti plášťa, čo umožní v niektorých prípadoch odmietnuť vystuženie kábla oceľovými pásmi.
Hlavnou nevýhodou hliníka je jeho nedostatočná odolnosť proti korózii… Proces nanášania plášťa na kábel výrazne komplikuje vysoký bod tavenia hliníka (657°C) a zvýšený tlak pri lisovaní, ktorý dosahuje trojnásobok tlaku pri vytláčaní oloveného plášťa.
Hliníkové opláštenie je možné aplikovať nielen krimpovaním, ale aj metódou za studena, pri ktorej sa izolované drôty a káble vťahujú do hliníkových rúrok vyrobených predtým vytláčaním, po ktorých nasleduje opláštenie ťahaním alebo valcovaním. Táto metóda umožňuje použitie hliníka komerčnej kvality.
Pomerne bežný je spôsob zvárania hliníkového plášťa za studena, ktorý spočíva v tom, že okraje hliníkového pásu naneseného pozdĺžne na kábel prechádzajú medzi valcami, pomocou ktorých sa na hliník vytvorí vysoký merný tlak, postačujúci na jeho zváranie za studena.
V súčasnosti sa plasty úspešne používajú na výrobu ochranných plášťov vodičov a káblov namiesto olova.Pri požiadavke zvýšenej pružnosti káblov sú najvhodnejšie plášte z vulkanizovanej gumy a plastu.
Vulkanizované gumové kryty hadíc sú najpoužívanejšie pri výrobe káblov. na prírodnom alebo syntetickom kaučuku a z termoplastických materiálov ako je PVC, polyetylén.
Mechanická pevnosť takýchto škrupín je pomerne vysoká (pevnosť v roztrhnutí v rozsahu od 1,0 do 2,0 kg / mm2, predĺženie od 100 do 300%).
Hlavnou nevýhodou je výrazná priepustnosť vlhkosti, ktorá je chápaná ako veličina charakterizujúca schopnosť materiálu prepúšťať vodnú paru pod vplyvom tlakového rozdielu na oboch stranách vrstvy materiálu.
Vulkanizovaný kaučuk na prírodnom kaučuku môže dlhodobo pracovať v teplotnom rozsahu od -60 do + 65 ° C. Pre väčšinu plastov sú tieto limity oveľa užšie, najmä pre teploty pod nulou stupňov.
Existujú silikónové kaučuky, nové kaučukové materiály, ktorými sú kremíkové kremíkové polyméry.Sú to vysokomolekulárne látky, na základe ktorých sa spája štruktúra atómov kremíka s atómami uhlíka.
Plášť vyrobený z termoplastických materiálov môže v porovnaní s oloveným plášťom káblov výrazne znížiť hmotnosť kábla a zvýšiť odolnosť plášťa proti korózii a mechanickú pevnosť (pozri tiež — Drôty a káble s gumovou izoláciou).
Zničenie oloveného puzdra
Mechanická pevnosť oloveného plášťa je potrebná na zabezpečenie dostatočnej ochrany izolačnej vrstvy pred prostredím obklopujúcim kábel. Táto vlastnosť (mechanická pevnosť) musí byť zachovaná dlhodobo počas prevádzky kábla niekoľko desaťročí a nemeniť sa časom vplyvom mechanických (vibrácie) a chemických (korózia) príčin.
Mechanické vlastnosti olovených puzdier a ich stabilita pod vplyvom rôznych príčin závisí najmä od štruktúry puzdra a jej zmien vplyvom tepla a vibrácií.
Káble s oloveným plášťom s hrubozrnnou štruktúrou často nevydržia dlhodobú prepravu ani po železnici (najmä v lete).
Pod vplyvom trasenia a zvýšenej teploty začnú rásť olovnaté kryštály, na škrupine sa objaví sieť malých prasklín, ktoré sa stále viac prehlbujú a nakoniec vedú k zničeniu škrupiny.Olovené plášte káblov položených na mostoch sú obzvlášť náchylné na poškodenie vibráciami.
Vyskytli sa prípady, keď olovené káble, posielané v lete po železnici na niekoľko tisíc kilometrov, dorazili na miesto určenia s úplne zničeným plášťom.
Takéto prípady sa najčastejšie vyskytujú na olovených plášťoch vyrobených z čistého olova. Prísady cínu, antimónu, telúru a niektorých ďalších kovov poskytujú stabilnú jemnozrnnú štruktúru, a preto sa používajú pri výrobe olovených káblových plášťov.
Keď zvodový prúd opustí olovený plášť kábla uloženého vo vlhkej vápenatej pôde obsahujúcej C0 ion3olovnatý uhličitan PbC03 na výstupnom bode, kde sa olovený plášť následne zničí.
Elektrochemická korózia olova môže viesť k úplnému zničeniu oloveného plášťa za jeden až dva roky, pretože prúd 1A za rok môže preniesť asi 25 kg olova alebo 9 kg železa, a teda s priemerným zvodovým prúdom 0,005 A v jeden rok zničí asi 170 g olova alebo asi 41,0 g železa.
Radikálne opatrenie boj proti elektrochemickej korózii je takzvaná katódová ochrana, založená na skutočnosti, že chránený kov má negatívny potenciál vzhľadom na okolité štruktúry, čím je tento kov odolný voči takmer všetkým druhom pôdnej korózie.
Minimálny elektronegatívny potenciál, pri ktorom ustanú všetky druhy korózie, je 0,85 V pre oceľové rúry a 0,55 V pre olovené plášte elektrických káblov.
V mnohých prípadoch poskytuje povlak oloveného plášťa dobrú ochranu proti elektrokorózii pomocou ochranného krytu pozostávajúceho z vrstvy polovodivého bitúmenu, dvoch pásov z polovodivej gumy a upevňovacej bielej pásky. Získa sa druh elektronického filtra, ktorý prepúšťa elektrický prúd opúšťajúci plášť a oddeľuje olovo od priameho účinku prijímaného v iónovej elektrolýze.
Mechanické sily v plášti kábla
Mechanické sily v plášti kábla vznikajú v dôsledku prúdenia impregnačnej zmesi vo vertikálne zavesenom napájacie káble, ako aj v dôsledku tepelnej rozťažnosti impregnačnej zmesi pri zahrievaní kábla. V modernom vysokonapäťové káble naplnené ropou a plynom olovené puzdro musí odolať značnému vnútornému tlaku.
Pri zahrievaní impregnačnej zmesi sa tlak v kábli zvyšuje na hodnotu zodpovedajúcu hydrostatickému tlaku. Čím lepšia je impregnácia izolačnej vrstvy, tým väčší je tlak v kábli pri zahrievaní, pretože objem plynových inklúzií klesá so zlepšením impregnácie kábla.
Vplyvom tlaku pôsobiaceho na vnútornú stranu puzdra má puzdro tendenciu expandovať a ak je prekročená hranica elastickej deformácie elektródy, dôjde k trvalej deformácii, ktorá oslabuje puzdro elektródy a znižuje prevádzkovú kapacitu. vlastnosti kábla.
Opakované cykly zahrievania a ochladzovania kábla, ktoré vedú k trvalým deformáciám elektródy, môžu spôsobiť pretrhnutie plášťa elektródy.
Pretože olovo bez prísad pri izbovej teplote nemá takmer žiadny elastický limit, výskyt takýchto trvalých deformácií v olovenom plášti pracovného kábla nepochybne povedie k narušeniu jeho mechanickej pevnosti.
Prítomnosť prísad v olove zvyšuje mechanické vlastnosti a najmä medzu pružnosti plášťa, preto je pre káble vystavené tlaku zvnútra povinné používať legované olovo alebo špeciálne dvojité a trojité zliatiny.
Znižovanie mechanických vlastností oloveného plášťa v priebehu času určuje jeho životnosť.Z tohto pohľadu vzniká pojem «krivka životnosti plášťa», čo znamená vzťah medzi pevnosťou v ťahu v plášti a dobou jeho životnosti. pôsobenie až do prasknutia škrupiny .
V prípadoch, keď sa vyžaduje vystuženie oloveného plášťa kábla, napríklad pri kábloch plnených plynom alebo určených na pokládku na trase so strmým sklonom, použitie pásového panciera z dvoch tenkých mosadzných alebo oceľových pásov zvyšuje mechanickú pevnosť kábla. plášť a robí ho vhodným pre vysoký tlak, vyvíjajúci sa v kábli.
Pancierové káble
Olovený plášť neposkytuje dostatočnú ochranu proti mechanickým vplyvom, napríklad náhodným nárazom na kábel počas inštalácie, a najmä proti ťahovým silám vznikajúcim pri ukladaní kábla a počas jeho prevádzky.
V kábloch pre vertikálnu inštaláciu, najmä v rieke a mori, je potrebné chrániť olovený plášť pred ťahovými silami, pretože bez takejto ochrany sa olovený plášť časom roztrhne alebo poškodí.
Existujú dva hlavné typy pancierovania: páska, ktorá chráni kábel predovšetkým pred náhodnými mechanickými vplyvmi počas kladenia, a drôt - pred ťahovými silami.
Pásový pancier pozostáva z dvoch oceľových pásov navrstvených na podložke z vláknitých materiálov tak, že medzery medzi závitmi jedného pásu prekrývajú závity druhého pásu. Medzery medzi okrajmi závitov jedného pásu sa rovnajú asi tretine šírky pásu a prekrytie závitov jedného pásu závitmi druhého by malo byť aspoň štvrtina šírky pásu. pásový pancierový pás.
Takáto realizácia káblového panciera umožňuje chrániť olovený plášť pred údermi lopatou pri ukladaní kábla a inými nie príliš silnými mechanickými vplyvmi a zároveň zachováva flexibilitu potrebnú na uloženie kábla, ktorá sa získava pohybom « ohyby páskového panciera voči sebe navzájom.
Nevýhodou páskového panciera je možnosť posunutia ohybov pancierovej pásky pri ťahaní kábla po zemi pri ukladaní. Takéto pancierovanie sa používa hlavne na pancierovanie podzemných káblov, ako aj káblov uložených vo vnútri v káblových tuneloch a na stenách budov.
Oceľová páska používaná v káblovom priemysle by mala mať pevnosť v ťahu 30 až 42 kg/mm2, pretože páska s vysokou pevnosťou v ťahu je veľmi pružná a pri rezervácii na kábli dobre nesedí. Vyžaduje sa predĺženie pri pretrhnutí 20 – 36 % (s odhadovanou dĺžkou vzorky 100 mm).
Na pancierovanie silových káblov sa používa oceľová páska s hrúbkou 0,3, 0,5 a 0,8 mm a šírkou 15, 20, 25, 30, 35, 45 a 60 mm v závislosti od priemeru kábla. Páska by mala byť dodávaná v kruhoch s priemerom cca 500 - 700 mm.
Pancierový drôt sa používa okrúhly a segmentovaný (plochý). Okrúhly drôt sa používa na pancierovanie káblov, ktoré musia odolať značným ťahovým silám počas inštalácie alebo prevádzky (napr. podmorské káble). Segmentový drôt sa používa na káble položené v baniach a na strmých svahoch.
Na ochranu proti korózii musí byť drôt používaný na pancierovanie potiahnutý silnou súvislou vrstvou zinku.
Pri rezervácii je na kábel nanesený drôtený pancier, podobný páske, na vankúši, ktorý môže pozostávať z vrstvy káblovej priadze vopred impregnovanej zmesou proti hnilobe, pokrytej vrstvou bitúmenovej zmesi na vrchu.
Pre drôtené pancierovanie je smer skrútenia braný v smere opačnom k smeru úplného skrútenia káblových jadier.
Na ochranu panciera pred koróziou (koróziou) je pokrytý bitúmenovou zmesou a vrstvou vopred impregnovanej káblovej priadze pokrytej rovnakou zmesou. Vonkajšia vrstva káblovej priadze je určená nielen na ochranu pancierovej pásky alebo pancierového drôtu pred koróziou, ale slúži aj na upevnenie, to znamená, že neumožňuje pohyb pancierových pások a drží pancierové drôty v špagáte.
Káble určené na vnútornú inštaláciu nesmú mať na pancierovom plášti vrstvu impregnovanej káblovej nite z dôvodu požiarnej bezpečnosti. Takéto káble, napríklad káble značky SBG, musia byť pancierované lakovanou pancierovou páskou.
Proces rezervácie pozostáva z použitia ochranných krytov a brnenia.Olovený kábel by sa mal aplikovať postupne: vrstva bitúmenovej kompozície skrútená dvoma pásikmi káblového papiera (antikorózny náter), vrstva zmesi, káblovej priadze alebo impregnovaného sulfátového papiera (vankúš pod pancierom), vrstva bitúmenovej kompozície , pancier vyrobený z dvoch oceľových pásov alebo oceľových drôtov, vrstva bitúmenovej kompozície, káblová priadza (vonkajší obal), vrstva bitúmenovej kompozície a kriedový roztok.