1 просмотров

Резина как изоляционный материал

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.

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.

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.

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 10 13 до 10 17 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).

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).

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).

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 С l 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.

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.

Резина как изоляционный материал

Эксплуатационные параметры силовых кабелей во многом определяются изоляцией токопроводящих жил. Поэтому электротехническая промышленность уделяет большой внимание как подбору материалов изоляции из имеющихся, так и разработке новых составов. Одним из таких изолирующих материалов является этиленпропиленовая резина ЭПР.

Преимущества этиленпропиленовой изоляции

Этиленпропиленовая резина как материал хорошо пригодна для использования в качестве изоляции жил кабеля с рабочим напряжением вплоть до 35 кВ. Обращение к ней обеспечивает кабельному изделию хорошую гибкость. Химическая стабильность материала, в т.ч. по отношению к озону и УФ-излучению, позволяет гарантировать по меньшей мере 5-летий срок эксплуатации даже в тяжелых условиях промышленного предприятия, туннелях метрополитена, строительной площадки и объектов горнодобывающей промышленности.

Важным преимуществом кабелей с изоляцией из этиленпропиленовой резины считается расширенный рабочий температурный диапазон с нижней допустимой температурой -60°С. Кабель с ЭПР-изоляцией полностью сохраняет свои первоначальные свойства при нагреве до +90°С, т.е. построенная на его основе линия электроснабжения обладает хорошей устойчивостью к коротким замыканиям.

Одновременно обеспечивается нулевое влагопоглощение и химическая инертность даже в агрессивной атмосфере окружающей среды. Более того, этиленпропиленовая изоляция кабеля не накладывает ограничений для его применения во взрывоопасных зонах.

Немаловажное значение имеет относительно невысокая плотность, что при прочих равных условиях снижает погонную массу продукта. Нанесение изоляции не требует изменения отлаженных технологических процессов.

Сравнение кабелей ЭПР с кабелями из сшитого полиэтилена

Сшитый полиэтилен как изоляционный материал хорошо освоен кабельной промышленностью и широко применяется при серийном производстве кабелей, ориентированных на жесткие условия эксплуатации. Переход на этиленпропилен в продукции данной группы позволяет:

  • примерно на 20% увеличить стойкость к коротким замыканиям по величине кратковременной максимальной температуры;
  • сдвинуть (для некоторых рецептур) до -40°С нижнюю границу допустимой температуры прокладки без необходимости предварительного прогрева кабеля;
  • радикально (до четырех внешних диаметров) сократить величину минимально допустимого радиуса изгиба при прокладке;
  • улучшить параметры по нераспространению горения.
  • Применять кабели ЭПР во взрывоопасных зонах и при этом остальные характеристики кабеля остаются о меньшей мере на прежнем уровне.

Кабель ЭПР-обзор марок

Благодаря своим свойствам ЭПР широко используется отечественными и иностранными компаниями при производстве современных кабельных изделий, предназначенных для построения систем электроснабжения различного назначения. Соответственно они представляют собой позиции складского хранения для ведущих поставщиков кабельной продукции.

Среди импортной продукции довольно популярны этиленпропиленовые кабели производства Nexans. Поставляются изделия на рабочее напряжение о 6 до 35 кВ с числом жил от одной до трех. Сечение меняется в пределах от 10 до 630 мм 2 с полуторакратным шагом между соседними значениями, что позволяет точно подобрать требуемый для конкретной области применения продукт.

ЭПР-изоляция кабелей Nexans отделена от жилы слоем полупроводящего материала, аналогичное покрытие накладывается на изоляцию сверху. В конструкции предусматривается также индивидуальный для каждой жилы или общий для их группы экран из медной проволоки обмоточного типа с верхним покрытием из медной ленты. Увеличение механической прочности достигнуто применением упрочняющего покрытия из гальванизированной стальной ленты.

Продукция Nexans рассматриваемой разновидности обозначается по стандарту CEI UNEL35011 и представлена такими марками как RG7H1R, RG7H1OR и RG7Н1ONR.

Наиболее крупным отечественным производителем силовых и контрольных кабелей с изоляцией из этиленпропиленовой резины является завод Камкабель. Предлагаются продукты с жесткой однопроволочной и гибкой многопроволочной жилой, сама жила может быть как медной, так и алюминиевой. В конструкциях используется развитая система экранов из полупроводящей резины над и под основной изоляцией, а также медной проволоки. Функции брони выполняет стальная оцинкованная лента. Рабочее напряжение в зависимости от марки меняется в пределах от 1 до 20 кВ, типовое сечение жил составляет от 1 до 800 м 2 . Серийные конструкции имеют потенциал для наращивания как числа жил, так и рабочего напряжения.

Кабели выпускаются их под торговой маркой EPRоn в двух вариантах: EPRon РПГнг(А)-НР (обычная безбронная конструкция) и EPRon РЭБР (усиленная конструкция с броневым покровом из стальной оцинкованной ленты). Обозначение материала изоляции как одной из ключевых технических характеристик выносится в буквенную часть кабельного индекса и указывается как “P”.

Муфты для кабелей ЭПР

Муфты для ЭПР-кабеля делятся на соединительные (промежуточные) и концевые. Первые используются для соединения отдельных строительных длин кабелей в линейной части магистрали, вторые – обеспечивают нормальную подачу проводов отдельных фаз на вводное устройство или непосредственно на нагрузку.

Муфты имеют традиционную цилиндрическую структуру, их конструкция разрабатывается с учетом особенностей структуры кабеля.

Установка муфт требует определенной коррекции технологии, применяемой для кабелей с бумажной изоляцией, а время монтажа растет и необходимости удаления дополнительных полупроводящих покрытия с токопроводящей жилы. Одновременно растет расход промежуточных муфт из-за меньшей строительной длины

Резина как изоляционный материал

12. Электроизоляционные резины

Резиновые материалы представляют собой сложную смесь разнообразных компонентов, основным из которых является продукт вулканизации каучука.

Свойства резиновых материалов:

  • высокая эластичность в широких интервалах температур;
  • хорошая вибростойкость;
  • повышенная химическая стойкость;
  • стойки к истиранию;
  • хорошие диэлектрические свойства.

Недостатки резиновых материалов:

  • невысокая бензо-и маслостойкость;
  • относительно низкая тепло-и морозостойкость;
  • склонность к старению под действием тепла, кислорода и света;
  • содержит свободную серу, а она с течением времени выделяется и вызывает коррозию металлов, контактирующих с резиной.

Основными компонентами резин являются каучук, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, противостарители, мягчители, регенерат и красители.

Каучук – основа резиновых смесей, определяющая основные физико-химические и механические свойства резин.

Вулканизация – это физико-химический процесс взаимодействия каучука с вулканизующим веществом, в результате которого происходит изменение свойств каучука: он теряет пластичность, становится эластичным, увеличивается прочность, стойкость к действию химических веществ. Важнейшим вулканизирующим веществом является сера.

Процесс вулканизации в смесях, содержащих одну серу, протекает медленно. Для сокращения времени вводят химические вещества, называемые ускорителями вулканизации (альтакс, каптакс, тиурам).

Наполнители – порошкообразные материалы: активные (сажи, каолин, цинковые белила) – повышают прочность при разрыве, сопротивление истиранию; неактивные(мел, тальк) – для удешевления резин.

Мягчители – вещества, предназначенные для облегчения перемешивания каучука с порошкообразными составляющими и придания резине мягкости (вазелиновое масло, парафин, стеарин, канифоль).

Противостарители применяют для предохранения резиновых изделий от старения (ароматические амины и диамины).

Регенерат – продукт переработки старых резиновых изделий, заменяет каучук, дешевле его.

Красители служат для окраски резины (окись титана, сурик, ультрамарин).

Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, при­меняемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготовляют только на основе неполярных каучуков НК, СКБ; СКС, СКТ и бутилкаучука.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей получают из каучуков НК, СКН, наирита, особенно из полярного каучука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита (65-70 %).

Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей, используют для уплотнения подвижных и неподвижных соеди­нений гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание которой в жидкости не превышает 1-4 %. Для кремнийорганических жидкостей применимы неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector