Изоляция кабеля
Изоляция кабеля должна иметь электрическую прочность, исключающую возможность электрического пробоя при напряжении, на которое рассчитан кабель. Для изолирования жил кабелей между собой и от наружных металлических оболочек применяют бумажную, пластмассовую и резиновую изоляцию.
Бумажная пропитанная изоляция жил кабелей имеет хорошие электрические характеристики, продолжительный срок службы, сравнительно высокую допустимую температуру и невысокую стоимость, поэтому находит наибольшее применение. К недостаткам следует отнести гигроскопичность, которая обусловливает необходимость тщательного изготовления и полной герметичности оболочек и муфт кабелей.
Из многослойной упрочненной кабельной бумаги на основе сульфатной целлюлозы марки КМП-120 изготовляют изоляцию для силовых кабелей напряжением до 35 кВ. Можно изготовлять изоляцию из двухслойной бумаги марок К-080, К-120, К-170 или многослойной — КМ-120, КМ-140 и КМ-170. Толщина бумаги соответственно составляет 80, 120, 140 и 170 мкм.
Жилы обматывают бумажными непропитанными лентами. Наиболее распространена обмотка с зазором, которая позволяет в некоторых пределах изгибать кабель без опасности повреждения бумажной изоляции. Во избежание ухудшения электрических характеристик изоляции зазоры между витками соседних лент, расположенных сверху (по вертикали), не должны совпадать. При наложении большого количества лент избежать совпадений зазоров не удается, поэтому число совпадений нормируют. Допускается не более трех совпадений лент бумаги и изоляции "жила — жила" или "жила — оболочка (экран)" в кабелях напряжением 6 кВ, не более четырех для кабелей 10 кВ, не более шести для кабелей 35 кВ.
Бумажная изоляция должна накладываться плотно, без складок и морщин, наличие которых приводит к образованию пустот, воздушных включений, снижающих надежность кабелей. Толщина изоляционного слоя на силовые кабели нормируется ГОСТом и зависит от номинального напряжения и сечения жил кабеля. Для увеличения электрической прочности на поясную изоляцию кабелей напряжением 6 и 10 кВ, на жилы и поверх изоляции кабелей напряжением 20 и 35 кВ накладывают экран из электропроводящей бумаги. Цифровое обозначение или отличительную расцветку имеют в многожильных кабелях верхние ленты изоляции жил. При цифровом обозначении на верхнюю ленту первой жилы наносят цифру 1, второй — 2, третьей — 3, четвертой — 4. При отличительной расцветке номеру 1 соответствует белый или желтый, номеру 2 — синий или зеленый, номеру 3 — красный или малиновый, номеру 4 — коричневый или черный цвета.
Изолированные жилы многожильных кабелей скручивают, заполняя промежутки между ними изоляционными материалами, до получения круглой формы. На скрученные изолированные жилы накладывают поясную изоляцию бумажными лентами определенной толщины. Бумажную изоляцию кабелей вначале сушат, затем пропитывают маслоканифольными составами: МП-1 для кабелей напряжением 1—10 кВ и МП-2 — 20—35 кВ. Пропиткой достигается увеличение электрической прочности бумажной изоляции.
Пластмассовую изоляцию применяют для силовых кабелей. Ее изготовляют из полиэтилена или поливинилхлорида (ПВХ), Хорошими механическими свойствами в широком интервале температур, стойкостью к действию кислот, щелочей, влаги и высокими электроизоляционными характеристиками обладает полиэтилен. В зависимости от способа получения полиэтилена различают полиэтилен низкой и высокой плотности. Полиэтилен высокой плотности имеет большие по сравнению с полиэтиленом низкой плотности температуру плавления и механическую прочность.
Полиэтилен низкой плотности размягчается при температуре около 105°С, высокой плотности — 140°С. Введение в полиэтилен органических перекисей и последующая вулканизация значительно повышают его температуру плавления и стойкость к растрескиванию. Вулканизирующийся полиэтилен незначительно деформируется при 150°С. Для получения самозатухающего полиэтилена вводят специальные добавки.
Для электропроводящих экранов кабелей с полиэтиленовой изоляцией в полиэтилен добавляют полиизобутилен, ацетиленовую сажу и стеариновую кислоту. Твердый продукт полимеризации — поливинилхлорид (ПВХ) — не распространяет горения. Для повышения эластичности и морозостойкости в него добавляют пластификаторы — каолин, тальк, карбонат кальция, для получения цветного ПВХ вводят окрашивающие добавки. ПВХ стареет под воздействием температуры, солнечной радиации и т.п. за счет улетучивания пластификатора (происходит снижение эластичности и холодостойкости).
Резиновая изоляция состоит из смеси каучука (натурального или синтетического), наполнителя, мягчителя, ускорителя вулканизации, противостарителя, красителя и др. Для изоляции кабелей применяют резину РТИ-1, имеющую в составе 35 % каучука.
Со временем у изоляционных резин наблюдается значительное снижение эластичности и изменение других физико-механических свойств. Старение резиновой изоляции происходит под воздействием различных факторов и является в основном следствием окислительной деструкции (разрушения) содержащегося в резине каучука. С целью защиты изоляции жил от воздействия света, влаги, различных химических веществ, а также для предохранения ее от механических повреждений кабели снабжают оболочками.
Лучшими материалами для изготовления оболочек кабелей в отношении герметичности и влагонепроницаемости, гибкости и теплостойкости являются металлы — свинец и алюминий. Кабели с невлагоемкой (пластмассовой или резиновой) изоляцией не нуждаются в металлической оболочке, поэтому их обычно изготовляют в пластмассовой или резиновой оболочке. Толщина оболочки нормируется и зависит от материала, из которого она изготовлена, диаметра кабеля и условий эксплуатации.
Свинцовые оболочки изготовляют из свинца марки С-3 (чистого свинца не менее 99,95 %). Свинец принадлежит к числу весьма тяжелых металлов (плотность 11340 кг/м3). Температура плавления — 327,4°С. Свинец обладает малой механической прочностью и значительной текучестью, что приходится учитывать при вертикальных прокладках кабелей в голой свинцовой оболочке. При повышении температуры текучесть свинца увеличивается. Нормальный электрохимический потенциал свинца равен -0,13 В, поэтому он обладает малой химической активностью и высокой коррозионной стойкостью.
Минус свинцовых оболочек — малая стойкость против вибрационных нагрузок, особенно при повышенной температуре. Повышения вибростойкости и механической прочности достигают введением в свинец присадки из сурьмы. Свинцовая оболочка кабелей без защитных покровов изготовляется из свинцово-сурьмянистых сплавов марок ССуМ, ССуМТ. Свинцовые оболочки не должны иметь рисок, царапин и вмятин, выводящих их за пределы минимальных допусков по толщине.
Алюминиевые оболочки изготовляют методом выпрессовывания из алюминия А-5 чистотой не ниже 99,97 %. Плотность алюминия — 2700 кг/м3, предел прочности — 39,3—49,1 МПа. Алюминиевые оболочки в 2—2,5 раза прочнее и в 4 раза легче, чем свинцовые, имеют повышенную стойкость к вибрационным нагрузкам и обладают высокими экранирующими свойствами. Недостатки алюминиевых оболочек — большие технологические трудности наложения их на кабель и малая стойкость к электрохимической коррозии, что объясняется высоким нормальным отрицательным потенциалом алюминия (-1,67 В).
Коррозия сводится к вытеснению из среды, с которой соприкасается алюминий, ионов водорода и переходу самого алюминия в виде ионов в раствор. Поэтому кабели с алюминиевыми оболочками защищают против гниения особо стойкими покровами, не пропускающими к оболочке влагу.
Пластмассовые оболочки изготавливают из шлангового ПВХ-пластиката или полиэтилена. Пластмассовые оболочки сочетают в себе легкость, гибкость и вибростойкость, но через пластмассу постепенно диффундируют водяные пары, что приводит к падению сопротивления изоляции кабелей. Поэтому их применяют в кабелях с негигроскопичной изоляцией из полиэтилена, ПВХ и др. Шланговый пластикат отличается от изоляционного подбором пластификаторов и стабилизаторов, обеспечивающих большую стойкость против светового старения. Для оболочек кабелей применяют ПВХ-пластикат марки 0-40. Оболочки кабелей из ПВХ-пластиката при температуре ниже допустимой становятся жесткими и при ударе могут разрушаться.
Хорошая механическая прочность ПВХ-пластиката позволяет широко применять кабели в оболочке без защитных покровов. Он не распространяет горения, он влаго- и маслостоек, стоек к электрической и химической коррозии. Кабели в такой оболочке просты в производстве и удобны в монтаже.
Резиновые оболочки изготавливают из маслостойкой резины РШН-2, не распространяющей горения. Резиновые оболочки обладают высокой стойкостью к растягивающим, ударным и крутящим нагрузкам.
Защитные покровы состоят из подушки, брони и наружного покрова и предназначены для защиты кабелей от механических повреждений и коррозии. В обозначение марки кабеля, не имеющего защитного покрова, добавляется буква "Г".
Подушки кабеля представляют собой концентрические слои волокнистых материалов и битумного состава или битума поверх оболочки, предназначаются для предохранения оболочек кабеля от повреждения лентами или проволоками брони и защиты ее от коррозии и не имеют обозначения. Усиленную подушку с дополнительной обмоткой двумя пластмассовыми лентами, обеспечивающую защиту от коррозии и блуждающих токов, маркируют буквой "л". Для повышения стойкости против коррозии подушку изготовляют с двумя слоями пластмассовых лент и маркируют цифрой и буквой — "2л". С целью повышения коррозионной и влагостойкости подушки поверх лент из ПВХ-пластиката (и другого равноценного материала) накладывают слой выпрессованного полиэтилена или ПВХ-пластиката. В маркировке этот тип подушки обозначают буквами "п" (полиэтилен) и "в" (ПВХ-пластикат). Защитные покровы без подушки маркируют буквой "б". Минимальная толщина подушки зависит от конструкции, диаметра кабеля и составляет 1,5—3,4 мм.
Броня служит для защиты кабелей от механических повреждений. Для кабелей, не подвергающихся в процессе эксплуатации растягивающим усилиям, применяют ленточную броню, которая состоит из двух стальных лент толщиной от 0,3 до 0,8 мм (в зависимости от диаметра кабеля по оболочке) и накладывается так, чтобы верхняя лента перекрывала зазоры между витками нижней ленты. Для кабелей, которые подвергаются растягивающим усилиям, применяют броню из стальных оцинкованных плоских или круглых проволок. Толщина брони из стальных оцинкованных плоских проволок составляет 1,5—1,7 мм, диаметр круглых проволок — 4—6 мм.
Наружный покров, в который входит слой битумного состава или битума, пропитанная пряжа и покрытия, предохраняющие витки кабеля от слипания, в маркировке обозначения не имеет. Покров с негорючим элементом в маркировке кабеля имеет букву "Н". С выпрессованным полиэтиленовым защитным шлангом покровы имеют обозначение "Шп", а с ПВХ-шлангом — "Шв". Минимальная толщина наружного покрова зависит от диаметра кабеля и составляет 1,9-3 мм.
