Mantai de protectie si mantale de cablu: scop, materiale, tipuri, anticoroziune, blindate

Numirea cochiliilor și capacelor de protecție

Husele de protecție servesc la protejarea stratului de izolație fir sau cablu din influența mediului, dar mai ales din influența umidității. Cu cât izolația cablului sau a sârmei este mai puțin rezistentă la umiditate, cu atât teaca trebuie aplicată mai perfectă.

Condițiile fizice de funcționare ale cablului influențează, de asemenea, alegerea materialului de manta, de exemplu, dacă este necesară o flexibilitate sporită a cablului, atunci ar trebui utilizată o manta flexibilă.

Materialele folosite pentru izolare sunt puține, și anume plumb, aluminiu, cauciuc, materiale plastice și combinații ale acestora.

Capacele de protecție ale firelor și cablurilor servesc la protejarea conductorului de solicitările mecanice în timpul așezării sau în timpul funcționării, precum și pentru a proteja mantaua cablului de coroziune, prin urmare, acoperirile anticorozive se disting uneori de grupul de capace de protecție.

Ca acoperire anticoroziune, cel mai des se folosește hârtia de cablu, aplicată dintr-un strat cu udare simultană cu compoziții de bitum de vâscozitate corespunzătoare.

Învelișurile de protecție constau din fire de bumbac sau de cablu aplicate sub formă de împletitură sau împletitură pe stratul izolator sau mantaua de protecție a cablului sau o împletitură pe stratul izolator sau mantaua de protecție a cablului sau conductorului.

Acoperirea carcaselor de protecție cu materiale plastice este larg răspândită pentru a le proteja de coroziune și deteriorări mecanice.

Ca acoperire anticoroziune, cel mai des se folosește hârtia de cablu, aplicată dintr-un strat cu udare simultană cu compoziții de bitum de vâscozitate corespunzătoare.

O împletitură din fire subțiri de oțel este adesea folosită pentru protecția mecanică a firelor și cablurilor flexibile.

Într-o serie de modele, împletiturile din bumbac și alte fire sunt acoperite cu lacuri speciale (lacuri de acoperire) care protejează firul de influența mediului, de acțiunea ozonului și cresc rezistența firului la umiditate și benzină.

Învelișuri compozite din materiale plastice, folie metalică și pânză sau hârtie acoperită sunt, de asemenea, utilizate, iar în unele cazuri pot înlocui mantaua de plumb (în special pentru cablurile utilizate pentru instalații interioare și temporare).

Materiale de reținere

Plumbul este principalul material din care sunt fabricate cele mai fiabile veste. Principalul avantaj al mantalei de plumb față de toate celelalte mantale și acoperiri este rezistența sa completă la umiditate, flexibilitatea suficientă și capacitatea de a aplica rapid și ieftin pe cablu folosind o presă de plumb.

Cu toate acestea, plumbul are multe dezavantaje: greutate specifică mare, rezistență mecanică scăzută, rezistență insuficientă la coroziune mecanică și electrochimică.

Toate acestea, ținând cont de rezervele limitate și naturale de plumb, fac necesară îmbunătățirea calității mantalelor de plumb, introducerea de înlocuitori și proiectarea de noi tipuri de produse de cablu fără mantale de plumb.

Plumbul nu mai mic decât gradul C-3, cu un conținut de plumb de 99,86%, este utilizat pentru scufundarea mantalelor de cablu.

Rezistența mecanică a carcasei de plumb este determinată în mare măsură de structura acesteia.Structura fin-poroasă obținută ca urmare a producerii carcasei din plumb de calitatea C-2 și C-3 cu răcire rapidă și intensivă a carcasei extrudate este cel mai puternic și mai stabil din punct de vedere mecanic.

Cu o structură cu granulație medie și grosieră, se obțin puncte de calitate scăzută. Din astfel de cochilii, chiar și în condiții normale de producție, cresc cristale de plumb, care apoi se deplasează unul față de celălalt de-a lungul planurilor de clivaj, ceea ce duce la distrugerea prematură a cochiliei.

Plumbul foarte pur este foarte predispus la formarea și creșterea cristalelor chiar și la temperatura camerei, ceea ce îl face nepotrivit pentru producerea de teci de plumb.

O măsură de combatere a cristalizării plumbului este, pe lângă răcirea după acoperirea cu plumb, adăugarea în plumb de staniu, antimoniu, calciu, telur, cupru și alte metale.

Cablu Battlecruiser, construit pentru Marina Regală a Marii Britanii, pus în funcțiune în 1920. Trei conductori, înveliți cu plumb, în ​​armură.

Cel mai bun aditiv este staniul, care, atunci când este conținut în plumb într-o cantitate de 1-3% în greutate, oferă o structură stabilă cu granulație fină. Cu toate acestea, staniul este foarte rar și în prezent este înlocuit în mantaua cablurilor cu alte metale.

Introducerea de antimoniu în plumb într-o cantitate de 0,6 până la 0,8% afectează în mod favorabil structura învelișului de plumb și crește rezistența mecanică, scăzând oarecum elasticitatea, adică capacitatea învelișului de plumb de a se îndoi. Un adaos de telur într-o cantitate de aproximativ 0,05% dă rezultate bune. Așa-numitul plumb de cupru, care este plumb cu un amestec de cupru - într-o cantitate de aproximativ 0,05% - a devenit, de asemenea, răspândit.

Pe lângă aliajele duble, există aliaje ternare de plumb cu cadmiu, staniu (0,15%), antimoniu și alte metale. Aceste aliaje sunt mai puțin convenabile de fabricat, iar rezultatele testelor lor sunt apropiate de cele ale unor aliaje binare și cupru-plumb.

Aluminiul poate fi folosit și pentru a face mantale de cablu. În acest scop se utilizează atât aluminiu tehnic, cât și aluminiu de înaltă puritate (cu conținut de aluminiu 99,5 și 99,99%), ale cărui caracteristici mecanice sunt mai bune decât cele ale plumbului și aliajelor de plumb.

Rezistența carcasei de aluminiu este de cel puțin 2-3 ori mai mare decât rezistența plumbului. Temperatura de recristalizare a aluminiului, precum și rezistența acestuia la vibrații, sunt semnificativ mai mari decât cele ale plumbului.

Greutatea specifică a aluminiului este de 2,7, iar cea a plumbului este de 11,4, prin urmare, înlocuirea mantalei de plumb cu aluminiu poate avea ca rezultat o reducere mare a greutății cablului și o creștere a rezistenței mecanice a mantalei, ceea ce va face posibilă. în unele cazuri să refuze armarea cablului cu benzi de oţel.

Principalul dezavantaj al aluminiului este acesta rezistență insuficientă la coroziune… Procesul de aplicare a mantalei pe cablu este semnificativ complicat de punctul de topire ridicat al aluminiului (657 ° C) și de presiunea crescută în timpul presării, care atinge de trei ori presiunea la împingerea învelișului de plumb.

Învelișul din aluminiu poate fi aplicat nu numai prin sertizare, ci și printr-o metodă la rece, în care firele și cablurile izolate sunt trase în tuburi de aluminiu realizate anterior prin extrudare, urmate de înveliș prin tragere sau laminare. Această metodă permite utilizarea aluminiului de calitate comercială.

Destul de comună este metoda de sudare la rece a unei mantale de aluminiu, care constă în faptul că marginile unei benzi de aluminiu aplicate longitudinal pe cablu trec între role, cu ajutorul căreia se creează o presiune specifică mare asupra aluminiului, suficientă. pentru sudarea sa la rece.

În prezent, materialele plastice sunt utilizate cu succes pentru a produce învelișuri de protecție pentru fire și cabluri în loc de plumb.Când este necesară o flexibilitate sporită a cablurilor, cele mai potrivite sunt cauciucul vulcanizat și teaca din plastic.

Capacele pentru furtunuri din cauciuc vulcanizat sunt cele mai utilizate pe scară largă în fabricarea cablurilor. pe cauciucuri naturale sau sintetice și din materiale termoplastice precum PVC, polietilena.

Rezistența mecanică a unor astfel de cochilii este destul de mare (rezistența la rupere în intervalul de la 1,0 la 2,0 kg / mm2, alungire de la 100 la 300%).

Principalul dezavantaj este permeabilitatea vizibilă la umiditate, care este înțeleasă ca o valoare care caracterizează capacitatea materialului de a trece vaporii de apă sub influența unei diferențe de presiune pe ambele părți ale stratului de material.

Cauciucul vulcanizat pe cauciuc natural poate funcționa mult timp în intervalul de temperatură de la -60 la + 65 ° C. Pentru majoritatea materialelor plastice, aceste limite sunt mult mai înguste, în special pentru temperaturi sub zero grade.

Există cauciucuri siliconice, materiale de cauciuc noi care sunt polimeri de siliciu siliciu.Aceștia sunt substanțe cu moleculară înaltă, în baza cărora structura atomilor de siliciu este combinată cu atomii de carbon.

Învelișul din materiale termoplastice, în comparație cu mantaua de plumb a cablurilor, poate reduce semnificativ greutatea cablului și poate crește rezistența la coroziune a mantalei și rezistența mecanică (vezi, de asemenea, - Fire și cabluri cu izolație din cauciuc).

Distrugerea tecii de plumb

Rezistența mecanică a mantalei de plumb este necesară pentru a asigura o protecție suficientă a stratului izolator de mediul care înconjoară cablul. Această proprietate (rezistență mecanică) trebuie menținută timp îndelungat în timpul funcționării cablului timp de câteva decenii și să nu se modifice în timp sub influența unor cauze mecanice (vibrații) și chimice (coroziune).

Proprietățile mecanice ale tecilor de plumb și stabilitatea lor sub influența diferitelor cauze depind în principal de structura tecii și de modificările acesteia sub influența căldurii și vibrațiilor.

Cablurile cu manta de plumb cu structură cu granulație grosieră nu rezistă adesea transportului pe termen lung, chiar și pe calea ferată (mai ales vara).

Sub influența tremurului și a creșterii temperaturii, cristalele de plumb încep să crească, pe coajă apare o rețea de mici crăpături, care se adâncesc din ce în ce mai mult și duc în cele din urmă la distrugerea cochiliei.Învelișurile de plumb ale cablurilor așezate pe poduri sunt deosebit de susceptibile la deteriorarea vibrațiilor.

Au fost cazuri în care cablurile de plumb, trimise vara pe calea ferată pe câteva mii de kilometri, au ajuns la destinație cu o carcasă complet distrusă.

Astfel de cazuri apar cel mai adesea pe tecile de plumb din plumb pur. Adăugările de staniu, antimoniu, telur și alte metale conferă o structură stabilă a granulelor fine și, prin urmare, sunt utilizate în producția de mantale pentru cabluri de plumb.

Când curentul de scurgere părăsește învelișul de plumb al unui cablu așezat în sol calcaros umed care conține ion C0 3 carbonat de plumb PbC03 la punctul de ieșire de unde mantaua de plumb este ulterior distrusă.

Coroziunea electrochimică a plumbului poate duce la distrugerea completă a învelișului de plumb în unul până la doi ani, deoarece un curent de 1 A pe an poate transporta aproximativ 25 kg de plumb sau 9 kg de fier și, prin urmare, cu un curent mediu de scurgere de 0,005 A în un an distruge aproximativ 170 g de plumb sau aproximativ 41,0 g de fier.

O măsură radicală lupta împotriva coroziunii electrochimice este așa-numita protecție catodică, bazată pe faptul că metalului protejat i se oferă un potențial negativ față de structurile din jur, ceea ce face ca acest metal să fie imun la aproape toate tipurile de coroziune a solului.

Potențialul electronegativ minim la care încetează toate tipurile de coroziune este de 0,85 V pentru țevile de oțel și 0,55 V pentru mantaua de plumb a cablurilor electrice.

În unele cazuri, învelișul învelișului de plumb oferă o bună protecție împotriva coroziunii electrice cu un capac de protecție format dintr-un strat de bitum semiconductor, două benzi de cauciuc semiconductoare și o bandă albă de fixare. se obține un fel de filtru electronic, care trece curentul electric care părăsește teaca și separă plumbul de efectul direct al recepției în electroliza ionică.

Forțe mecanice în mantaua cablului

Forțele mecanice în mantaua cablului apar ca urmare a curgerii amestecului de impregnare într-un loc suspendat vertical. cabluri de alimentare, precum și din cauza expansiunii termice a amestecului de impregnare atunci când cablul este încălzit. În modern cabluri de înaltă tensiune umplute cu petrol și gaz mantaua de plumb trebuie sa reziste la o presiune interioara considerabila.

Pe măsură ce amestecul de impregnare este încălzit, presiunea din cablu crește până la o valoare corespunzătoare presiunii hidrostatice. Cu cât este mai bună impregnarea stratului izolator, cu atât presiunea se obține în cablu în timpul încălzirii, deoarece volumul incluziunilor de gaz scade odată cu îmbunătățirea impregnării cablului.

Sub influența presiunii care acționează pe partea interioară a tecii, aceasta din urmă tinde să se extindă, iar dacă limita de deformare elastică a plumbului este depășită, atunci va apărea o deformare permanentă, care slăbește teaca de plumb și reduce capacitatea operațională. proprietățile cablului.

Ciclurile repetate de încălzire și răcire ale cablului care au ca rezultat deformații permanente ale cablului pot cauza ruperea mantalei plumbului.

Deoarece plumbul fără aditivi la temperatura camerei nu are aproape nicio limită elastică, apariția unor astfel de deformații permanente în mantaua de plumb a cablului de lucru va duce, fără îndoială, la o încălcare a rezistenței sale mecanice.

Prezența aditivilor în plumb crește proprietățile mecanice și în special limita elastică a mantalei, prin urmare, pentru cablurile expuse la presiune din interior, este obligatorie utilizarea plumbului aliat sau aliaje speciale duble și triple.

Reducerea în timp a proprietăților mecanice ale carcasei de plumb determină durata de viață a acesteia.Din acest punct de vedere, apare conceptul de „curba de viață a carcasei”, ceea ce înseamnă relația dintre rezistența la tracțiune în carcasă și durata acesteia. actiune pana la rupere coaja .

În cazurile în care este necesară întărirea mantalei de plumb a cablului, de exemplu în cablurile umplute cu gaz sau destinate așezării pe un traseu înclinat abrupt, aplicarea unei armuri de bandă din două benzi subțiri de alamă sau oțel crește rezistența mecanică a manta si o face potrivita pentru presiune inalta, dezvoltandu-se in cablu.

Cabluri blindate

Învelișul de plumb nu asigură o protecție suficientă împotriva influențelor mecanice, de exemplu, impactul accidental asupra cablului în timpul instalării, și în special împotriva forțelor de tracțiune care apar atât în ​​timpul pozării cablului, cât și în timpul funcționării acestuia.

La cablurile pentru instalare verticală, în special în râu și mare, este necesar să se protejeze mantaua de plumb de forțele de tracțiune, deoarece fără o astfel de protecție, mantaua de plumb va fi ruptă sau deteriorată în timp.

Există două tipuri principale de armuri: bandă, care protejează cablul în primul rând de influențele mecanice accidentale în timpul așezării și sârmă - de forțele de tracțiune.

Armura de bandă constă din două benzi de oțel stratificate pe un suport din materiale fibroase, astfel încât golurile dintre spirele unei benzi să se suprapună pe spirele celeilalte benzi. Spațiile dintre marginile spirelor unei benzi sunt egale cu aproximativ o treime din lățimea benzii, iar suprapunerea spirelor unei benzi cu spire, cealaltă, trebuie să fie de cel puțin un sfert din lățimea benzii. bandă blindată bandă.

O astfel de implementare a armurii cablului permite protejarea învelișului de plumb împotriva lovirii cu o lopată la așezarea cablului și a altor influențe mecanice nu prea puternice și, în același timp, păstrează flexibilitatea necesară așezării cablului, care se obține prin deplasarea « curbe ale armurii de bandă una față de alta.

Dezavantajul armurii cu bandă este posibilitatea deplasării îndoirilor benzii de blindaj atunci când cablul este târât de-a lungul solului în timpul așezării. O astfel de armură este utilizată în principal pentru blindarea cablurilor subterane, precum și a cablurilor așezate în interior în tunelurile de cabluri și pe pereții clădirilor.

Banda de oțel folosită în industria cablurilor ar trebui să aibă o rezistență la tracțiune de 30 până la 42 kg/mm2, deoarece banda cu rezistență mare la tracțiune este foarte elastică și nu se așează bine pe cablu în timpul rezervării. Este necesară o alungire la rupere de 20 - 36% (cu o lungime estimată a probei de 100 mm).

Pentru armarea cablurilor de alimentare se folosește o bandă de oțel cu grosimea de 0,3, 0,5 și 0,8 mm și lățime de 15, 20, 25, 30, 35, 45 și 60 mm, în funcție de diametrul cablului. Banda trebuie livrată în cercuri cu un diametru de aproximativ 500 - 700 mm.

Sârma de armătură este folosită rotund și segmentat (plat). Sârma rotundă este utilizată pentru a blinda cablurile care trebuie să reziste la forțe de tracțiune semnificative în timpul instalării sau exploatării (de exemplu, cabluri submarine). Sârma segmentată este utilizată pentru cablurile pozate în mine și pe trasee înclinate abrupte.

Pentru a proteja împotriva coroziunii, sârma folosită pentru blindaj trebuie să fie acoperită cu un strat gros, continuu de zinc.

În rezervare, pe cablu se aplică o armătură de sârmă, asemănătoare unei benzi, pe o pernă, care poate consta dintr-un strat de fire de cablu preimpregnat cu un compus anti-putregai, acoperit deasupra cu un strat de amestec bituminos.

Pentru armura de sârmă, direcția de răsucire este luată în direcția opusă direcției de răsucire completă a miezurilor de cablu.

Pentru a proteja armura de coroziune (coroziune), aceasta este acoperită cu un compus bituminos și un strat de fire de cablu preimpregnate acoperit deasupra cu același compus. Stratul exterior al firului de cablu este proiectat nu numai pentru a proteja banda blindată sau firul blindat de coroziune, ci servește și pentru fixare, adică nu permite benzilor blindate să se miște și ține firele blindate într-o sfoară.

Cablurile destinate instalării în interior nu trebuie să aibă un strat de fire de cablu impregnate peste învelișul blindat din motive de siguranță la incendiu. Astfel de cabluri, de exemplu cablurile mărcii SBG, trebuie să fie blindate cu bandă de blindaj lăcuită.

Procesul de rezervare constă în aplicarea de huse și armuri de protecție.Cablul de plumb trebuie aplicat în ordine: un strat de compoziție bituminoasă răsucită cu două benzi de hârtie de cablu (acoperire anticoroziune), un strat de compus, fire de cablu sau hârtie de sulfat impregnată (pernă sub armă), un strat de compoziție bituminoasă , o armură din două benzi de oțel sau fire de oțel, un strat de compoziție bituminoasă, fire de cablu (capac exterior), un strat de compoziție bituminoasă și soluție de cretă.