Suojavaipat ja kaapelivaipat: käyttötarkoitus, materiaalit, tyypit, korroosionesto, panssaroitu

Suojakuorten ja -kansien nimittäminen

Suojakannet suojaavat eristekerrosta lanka tai kaapeli ympäristön vaikutuksesta, mutta pääasiassa kosteuden vaikutuksesta. Mitä vähemmän kosteutta kestävä kaapelin tai johdon eristys on, sitä täydellisempi vaippa on käytettävä.

Kaapelin fyysiset käyttöolosuhteet vaikuttavat myös vaippamateriaalin valintaan, esimerkiksi jos kaapelilta vaaditaan lisää joustavuutta, tulee käyttää joustavaa vaippaa.

Suojaukseen käytettyjä materiaaleja on vähän, nimittäin lyijyä, alumiinia, kumia, muovia ja niiden yhdistelmiä.

Johtojen ja kaapeleiden suojakuoret suojaavat johdinta mekaaniselta rasitukselta asennuksen tai käytön aikana sekä suojaavat kaapelin vaippaa korroosiolta, joten korroosionestopinnoitteet erotetaan joskus suojakansien ryhmästä.

Korroosionestopinnoitteena käytetään useimmiten kaapelipaperia, joka levitetään kerroksesta samalla kastelulla sopivan viskositeetin omaavilla bitumikoostumuksilla.

Suojavaipat koostuvat puuvilla- tai kaapelilangoista, jotka on levitetty punoksena tai punoksena kaapelin eristyskerroksen tai suojavaipan päälle tai punoksena kaapelin tai johtimen eristyskerroksen tai suojavaipan päälle.

Suojakoteloiden peittäminen muovilla on yleistä suojaamaan niitä korroosiolta ja mekaanisilta vaurioilta.

Korroosionestopinnoitteena käytetään useimmiten kaapelipaperia, joka levitetään kerroksesta samalla kastelulla sopivan viskositeetin omaavilla bitumikoostumuksilla.

Ohut teräslankojen punosta käytetään usein taipuisten johtimien ja kaapeleiden mekaaniseen suojaamiseen.

Useissa malleissa puuvillasta ja muista langoista valmistetut punokset on peitetty erityisillä lakoilla (pinnoitelakoilla), jotka suojaavat lankaa ympäristön vaikutuksilta, otsonin vaikutukselta ja lisäävät langan kestävyyttä kosteudelle ja bensiinille.

Myös muovista, metallikalvosta ja kankaasta tai päällystetystä paperista valmistettuja komposiittipäällysteitä käytetään, ja ne voivat joissain tapauksissa korvata lyijyvaipan (etenkin sisä- ja tilapäisasennuksissa käytettäville kaapeleille).

Säilytysmateriaalit

Lyijy on päämateriaali, josta luotettavimmat liivit valmistetaan. Lyijyvaipan tärkein etu kaikkiin muihin vaippoihin ja pinnoitteisiin verrattuna on sen täydellinen kosteudenkestävyys, riittävä joustavuus ja kyky kiinnittää kaapeliin nopeasti ja edullisesti lyijypuristimella.

Lyijyllä on kuitenkin monia haittoja: suuri ominaispaino, alhainen mekaaninen lujuus, riittämätön mekaanisen ja sähkökemiallisen korroosionkestävyys.

Kaikki tämä, ottaen huomioon lyijyn rajalliset ja luonnolliset varat, tekee tarpeelliseksi parantaa lyijyvaippojen laatua, ottaa käyttöön korvaavia tuotteita ja suunnitella uudenlaisia ​​kaapelituotteita ilman lyijyvaippaa.

Lyijyä, joka on vähintään luokka C-3, jonka lyijypitoisuus on 99,86 %, käytetään kaapelin vaippojen upottamiseen.

Lyijykuoren mekaaninen lujuus määräytyy suurelta osin sen rakenteen perusteella. Lyijylaaduista C-2 ja C-3 kuoren valmistuksen tuloksena saatu hienohuokoinen rakenne suulakepuristetun kuoren nopealla ja intensiivisellä jäähdytyksellä on mekaanisesti vahvin ja vakaa.

Keskikokoisella ja karkealla raerakenteella saadaan huonolaatuisia pisteitä. Tällaisista kuorista kasvaa normaaleissakin tuotantoolosuhteissa lyijykiteitä, jotka sitten siirtyvät suhteessa toisiinsa halkeamistasoja pitkin ja tämä johtaa kuoren ennenaikaiseen tuhoutumiseen.

Erittäin puhdas lyijy on erittäin altis kiteen muodostumiselle ja kasvulle jopa huoneenlämpötilassa, joten se ei sovellu lyijyvaippojen valmistukseen.

Lyijyn kiteytymistä ehkäisevä toimenpide on lyijypinnoituksen jälkeisen jäähdytyksen lisäksi tinan, antimonin, kalsiumin, telluurin, kuparin ja muiden metallien lisääminen lyijyyn.

Taisteluristeilijän kaapeli, rakennettu Ison-Britannian kuninkaalliselle laivastolle, otettu käyttöön vuonna 1920. Kolme johdinta, lyijyvaippa, panssari.

Paras lisäaine on tina, joka 1-3 paino-% lyijyssä antaa vakaan hienorakeisen rakenteen. Tinaa on kuitenkin erittäin vähän, ja se korvataan parhaillaan kaapelin vaippassa muilla metalleilla.

Antimonin lisääminen lyijyyn 0,6 - 0,8 %:n määrä vaikuttaa suotuisasti lyijykuoren rakenteeseen ja lisää mekaanista lujuutta alentaen jonkin verran joustavuutta eli lyijykuoren taipumiskykyä. Telluurin lisääminen noin 0,05 %:n määränä antaa hyviä tuloksia. Myös ns. kuparilyijy, joka on lyijyä kuparin seoksella – noin 0,05 %:n määrä – yleistyi myös.

Kaksoiseosten lisäksi on olemassa kolmikomponentteja lyijyä, jossa on kadmiumia, tinaa (0,15 %), antimonia ja muita metalleja. Nämä metalliseokset ovat vähemmän käteviä valmistaa ja niiden testitulokset ovat lähellä joidenkin binääriseosten ja kupari-lyijyä.

Alumiinista voidaan valmistaa myös kaapelivaipat. Tähän tarkoitukseen käytetään sekä teknistä että erittäin puhdasta alumiinia (alumiinipitoisuus 99,5 ja 99,99 %), jonka mekaaniset ominaisuudet ovat lyijyä ja lyijyseoksia paremmat.

Alumiinikuoren lujuus on vähintään 2-3 kertaa suurempi kuin lyijyn lujuus. Alumiinin uudelleenkiteytyslämpötila sekä sen tärinänkestävyys ovat huomattavasti korkeammat kuin lyijyn.

Alumiinin ominaispaino on 2,7 ja lyijyn 11,4, joten lyijyvaipan vaihtaminen alumiiniin voi johtaa kaapelin painon huomattavaan vähenemiseen ja vaipan mekaanisen lujuuden lisääntymiseen, mikä mahdollistaa sen. joissakin tapauksissa kieltäytyä kaapelin vahvistamisesta teräsnauhoilla.

Alumiinin suurin haitta on sen riittämätön korroosionkestävyys… Vaipan kiinnittämistä kaapeliin vaikeuttaa huomattavasti alumiinin korkea sulamispiste (657 °C) ja kohonnut paine puristuksen aikana, joka saavuttaa kolminkertaisen paineen, kun lyijyvaippaa työnnetään ulos.

Alumiinivaippa voidaan levittää paitsi puristamalla myös kylmämenetelmällä, jossa eristetyt johdot ja kaapelit vedetään aiemmin ekstruusiolla valmistettuihin alumiiniputkiin, minkä jälkeen päällystetään vetämällä tai valssaamalla. Tämä menetelmä mahdollistaa kaupallisen alumiinin käytön.

Alumiinivaipan kylmähitsausmenetelmä on melko yleinen, mikä koostuu siitä, että kaapeliin pituussuunnassa levitetyn alumiininauhan reunat kulkevat telojen välissä, jonka avulla alumiiniin syntyy korkea ominaispaine, joka riittää. kylmähitsaukseensa.

Tällä hetkellä muovista valmistetaan menestyksekkäästi johtojen ja kaapeleiden suojavaippaa lyijyn sijaan, kun kaapelin joustavuuden lisäämistä vaaditaan, vulkanoidut kumi- ja muovivaipat sopivat parhaiten.

Vulkanoidut kumiletkun suojukset ovat yleisimmin käytettyjä kaapelien valmistuksessa. luonnon- tai synteettisille kumeille ja termoplastisista materiaaleista, kuten PVC:stä, polyeteenistä.

Tällaisten kuorien mekaaninen lujuus on melko korkea (repäisylujuus välillä 1,0 - 2,0 kg / mm2, venymä 100 - 300%).

Suurin haittapuoli on havaittava kosteuden läpäisevyys, joka ymmärretään arvona, joka kuvaa materiaalin kykyä läpäistä vesihöyryä paine-eron vaikutuksesta materiaalikerroksen molemmilla puolilla.

Luonnonkumin vulkanoitu kumi voi toimia pitkään lämpötila-alueella -60 - +65 °C. Useimmille muoveille nämä rajat ovat paljon kapeammat, erityisesti alle nollan lämpötiloissa.

On olemassa silikonikumeja, uusia kumimateriaaleja, jotka ovat piipolymeerejä, jotka ovat suurimolekyylisiä aineita, joiden pohjalta piiatomien rakenne yhdistyy hiiliatomeihin.

Termoplastisista materiaaleista valmistettu vaippa voi kaapelien lyijyvaippaan verrattuna vähentää merkittävästi kaapelin painoa ja lisätä vaipan korroosionkestävyyttä ja mekaanista lujuutta (katso myös — Johdot ja kaapelit kumieristyksellä).

Lyijyvaipan tuhoutuminen

Lyijyvaipan mekaaninen lujuus on välttämätön eristekerroksen riittävän suojan varmistamiseksi kaapelia ympäröivältä ympäristöltä. Tämä ominaisuus (mekaaninen lujuus) on säilytettävä pitkään kaapelin käytön aikana useita vuosikymmeniä, eikä se saa muuttua ajan myötä mekaanisten (värähtely) ja kemiallisten (korroosio) syiden vaikutuksesta.

Lyijyvaippojen mekaaniset ominaisuudet ja stabiilisuus eri syiden vaikutuksesta riippuvat pääasiassa vaipan rakenteesta ja sen muutoksista lämmön ja tärinän vaikutuksesta.

Kaapelit, joissa on karkearakeinen lyijyvaippa, eivät useinkaan kestä pitkäaikaista kuljetusta edes rautateitse (etenkin kesällä).

Ravistuksen ja kohonneen lämpötilan vaikutuksesta lyijykiteet alkavat kasvaa, kuoreen ilmestyy pienten halkeamien verkosto, jotka syvenevät yhä enemmän ja johtavat lopulta kuoren tuhoutumiseen.Siltojen päälle asennettujen kaapelien lyijyvaipat ovat erityisen herkkiä tärinävaurioille.

On ollut tapauksia, joissa kesällä useita tuhansia kilometrejä rautateitse lähetetyt lyijykaapelit ovat saapuneet perille täysin tuhoutuneena kuorena.

Tällaisia ​​tapauksia esiintyy useimmiten puhtaasta lyijystä valmistetuissa lyijyvaippaissa. Tinan, antimonin, telluurin ja eräiden muiden metallien lisäykset antavat vakaan hienorakeisen rakenteen ja siksi niitä käytetään lyijykaapelin vaippaiden valmistuksessa.

Kun vuotovirta poistuu C0-ioni3lyijykarbonaattia PbC03 sisältävään kosteaan kalkkipitoiseen maaperään vedetyn kaapelin lyijyvaipasta poistumiskohdassa, jossa lyijyvaippa myöhemmin tuhoutuu.

Lyijyn sähkökemiallinen korroosio voi johtaa lyijyvaipan täydelliseen tuhoutumiseen yhdessä tai kahdessa vuodessa, koska 1A vuodessa voi kuljettaa noin 25 kg lyijyä tai 9 kg rautaa ja siten keskimääräisellä vuotovirralla 0,005 A in yksi vuosi tuhoaa noin 170 g lyijyä tai noin 41,0 g rautaa.

Radikaali toimenpide sähkökemiallista korroosiota vastaan on ns. katodinen suojaus, joka perustuu siihen, että suojatulle metallille annetaan negatiivinen potentiaali ympäröiviin rakenteisiin nähden, mikä tekee tästä metallista immuuni lähes kaikenlaiselle maaperän korroosiolle.

Pienin elektronegatiivinen potentiaali, jossa kaikentyyppinen korroosio loppuu, on 0,85 V teräsputkille ja 0,55 V sähkökaapeleiden lyijyvaippoille.

Useissa tapauksissa lyijyvaipan pinnoite antaa hyvän suojan sähkökorroosiota vastaan ​​suojakuorella, joka koostuu kerroksesta puolijohtavaa bitumia, kahdesta puolijohtavasta kuminauhasta ja kiinnitysvalkoisesta teipistä. saadaan eräänlainen elektroninen suodatin, joka ohittaa vaipasta lähtevän sähkövirran ja erottaa johdon vastaanotetun suorasta vaikutuksesta. ionielektrolyysissä.

Mekaaniset voimat kaapelin vaipassa

Mekaaniset voimat kaapelin vaipassa syntyvät kyllästysseoksen virtauksen seurauksena pystysuoraan ripustetussa virtakaapeleita, sekä kyllästysseoksen lämpölaajenemisesta kaapelia kuumennettaessa. Modernissa öljyllä ja kaasulla täytettyjä korkeajännitekaapeleita lyijyvaipan on kestettävä huomattavaa sisäistä painetta.

Kyllästysseosta kuumennettaessa paine kaapelissa nousee arvoon, joka vastaa hydrostaattista painetta. Mitä paremmin eristekerros kyllästyy, sitä suurempi paine saadaan kaapeliin lämmityksen aikana, koska kaasusulkeumat vähenevät kaapelin kyllästymisen parantuessa.

Vaipan sisäpuolelle vaikuttavan paineen vaikutuksesta jälkimmäinen pyrkii laajenemaan, ja jos johtimen elastisen muodonmuutoksen raja ylittyy, tapahtuu pysyvä muodonmuutos, joka heikentää lyijyvaippaa ja vähentää toimintakykyä. kaapelin ominaisuudet.

Kaapelin toistuvat lämmitys- ja jäähdytysjaksot, jotka aiheuttavat pysyviä muodonmuutoksia johdossa, voivat aiheuttaa lyijyvaipan repeämisen.

Koska lyijyllä ilman lisäaineita huoneenlämpötilassa ei ole lähes mitään elastisuusrajaa, tällaisten pysyvien muodonmuutosten ilmaantuminen työkaapelin lyijyvaippaan johtaa epäilemättä sen mekaanisen lujuuden rikkomiseen.

Lisäaineiden esiintyminen lyijyssä lisää mekaanisia ominaisuuksia ja erityisesti vaipan kimmorajaa, joten sisäpuolelta paineelle altistuvissa kaapeleissa on käytettävä seostettua lyijyä tai erityisiä kaksois- ja kolmiseoksia.

Lyijykuoren mekaanisten ominaisuuksien heikkeneminen ajan myötä määrää sen eliniän, tästä näkökulmasta syntyy käsite «kuoren käyttöikäkäyrä», joka tarkoittaa kuoren vetolujuuden ja sen keston välistä suhdetta. toimintaa, kunnes kuori repeää.

Tapauksissa, joissa tarvitaan kaapelin lyijyvaipan vahvistamista, esimerkiksi kaasutäytteisissä kaapeleissa tai jotka on tarkoitettu asennettavaksi jyrkästi kaltevalle reitille, kahden ohuen messinki- tai teräsnauhan nauhapanssarin käyttö lisää kaapelin mekaanista lujuutta. vaippa ja tekee siitä sopivan korkeaan paineeseen, kehittyy kaapelissa.

Panssaroidut kaapelit

Lyijyvaippa ei anna riittävää suojaa mekaanisilta vaikutuksilta, esimerkiksi asennuksen aikana sattumalta kaapeliin kohdistuvilta iskuilta, eikä erityisesti vetovoimia vastaan, joita esiintyy sekä kaapelin asennuksen että käytön aikana.

Pystyasennuskaapeleissa, erityisesti joessa ja meressä, on välttämätöntä suojata lyijyvaippa vetovoimalta, koska ilman tällaista suojaa lyijyvaippa repeytyy tai vaurioituu ajan myötä.

Panssareita on kahta päätyyppiä: teippi, joka suojaa kaapelia ensisijaisesti vahingossa tapahtuvilta mekaanisilta vaikutuksilta asennuksen aikana, ja lanka - vetovoimista.

Nauhapanssari koostuu kahdesta teräsnauhasta, jotka on kerrostettu kuitumateriaalien alustalle siten, että yhden nauhan kierrosten väliset raot menevät toisen nauhan kierrosten päälle. Yhden nauhan kierrosten reunojen väliset raot ovat yhtä suuri kuin kolmasosa nauhan leveydestä ja yhden nauhan kierrosten päällekkäisyyden tulee olla vähintään neljännes nauhan leveydestä. nauhat panssaroitu nauha.

Tällainen kaapelipanssarin toteutus mahdollistaa lyijyvaipan suojaamisen lapiolla osumiselta kaapelia laskettaessa ja muilta ei liian voimakkailta mekaanisilta vaikutuksilta ja samalla säilyttää kaapelin asennuksessa tarvittavan joustavuuden, joka saadaan siirtämällä « nauhapanssarin taivutukset toisiinsa nähden.

Nauhapanssarin haittana on panssarinauhan mutkien siirtymisen mahdollisuus, kun kaapelia vedetään maata pitkin asennuksen aikana. Tällaista panssaria käytetään pääasiassa maanalaisten kaapelien sekä sisätiloissa kaapelitunneleissa ja rakennusten seinille asetettujen kaapelien panssarointiin.

Kaapeliteollisuudessa käytettävän teräsnauhan vetolujuuden tulee olla 30-42 kg/mm2, koska korkean vetolujuuden omaava teippi on erittäin joustava eikä istu kaapelin päällä varauksen aikana. Vaaditaan murtovenymää 20 - 36 % (arvioitu näytteen pituus 100 mm).

Voimakaapeleiden panssarointiin käytetään terästeippiä, jonka paksuus on 0,3, 0,5 ja 0,8 mm ja leveys 15, 20, 25, 30, 35, 45 ja 60 mm, riippuen kaapelin halkaisijasta. Nauha tulee toimittaa ympyröinä, joiden halkaisija on noin 500 - 700 mm.

Panssarilankaa käytetään pyöreänä ja segmentoituna (litteä). Pyöreää lankaa käytetään panssaroimaan kaapeleita, joiden on kestettävä merkittäviä vetovoimia asennuksen tai käytön aikana (esim. merenalaiset kaapelit). Segmentoitua lankaa käytetään kaivoksissa ja jyrkillä kaltevilla reiteillä lasketuissa kaapeleissa.

Suojaamiseksi korroosiolta panssarointiin käytettävä lanka on päällystettävä paksulla jatkuvalla sinkkikerroksella.

Varauksessa kaapeliin kiinnitetään teipin kaltainen lankapanssari tyynylle, joka voi koostua kerroksesta kaapelilankaa, joka on esikyllästetty lahoamisenestoaineella ja peitetty päälle kerroksella bitumiseosta.

Lankapanssarissa kiertymissuunta otetaan vastakkaiseen suuntaan kuin kaapelisydänten täyden kiertymisen suunta.

Panssarin suojaamiseksi korroosiolta (korroosiolta) se on päällystetty bitumiyhdisteellä ja kerros esikyllästettyä kaapelilankaa, joka on peitetty päällä samalla seoksella. Kaapelilangan ulkokerros ei ole suunniteltu vain suojaamaan panssaroitua nauhaa tai panssaroitua lankaa korroosiolta, vaan se toimii myös kiinnityksenä, eli se ei salli panssaroitujen nauhojen liikkumista ja pitää panssaroidut langat langassa.

Sisäasennukseen tarkoitetuissa kaapeleissa ei paloturvallisuussyistä saa olla panssaroidun pinnoitteen päällä kyllästettyä kaapelilankaa. Tällaiset kaapelit, esimerkiksi SBG-merkin kaapelit, on panssaroitava lakatulla panssariteipillä.

Varausprosessi koostuu suojakansien ja panssarin asettamisesta.Lyijykaapeli tulee levittää järjestyksessä: kerros bitumipitoista koostumusta, joka on kierretty kahdella kaapelipaperinauhalla (korroosionestopinnoite), kerros yhdistettä, kaapelilankaa tai kyllästettyä sulfaattipaperia (pehmuste panssarin alla), kerros bitumikoostumusta , panssari, joka on valmistettu kahdesta teräsnauhasta tai teräslangasta, kerroksesta bitumikoostumusta, kaapelilangasta (ulkokansi), kerroksesta bitumikoostumusta ja liituliuosta.