Dây và cáp cách điện cao su: chủng loại, ưu nhược điểm, vật liệu, công nghệ sản xuất

Dây và cáp cách điện bằng cao su được sử dụng để kết nối các điện thế và phân phối điện trong mạng dòng điện thứ cấp, đồng thời cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, xây dựng và sinh hoạt.

Các loại cáp và dây điện có cách điện cao su

Cáp, dây và cáp có cách điện cao su có thể được chia thành các nhóm sau:

• cáp lắp đặt, dây và cáp;
• dây cáp điện;
• cáp điều khiển;
• cáp mềm và dây cho ống mềm;
• cáp và dây điện biển;
• thân cáp;
• dây cho toa xe điện;
• dây máy bay, ô tô và máy kéo.

Việc sử dụng cách điện bằng cao su hoặc nhựa không phải do mong muốn có được một loại cáp linh hoạt, vì nó được thực hiện để tạo điều kiện thuận lợi và đơn giản hóa các đầu cáp.

Việc sử dụng vỏ bọc chì không cho phép sử dụng tính linh hoạt tăng lên của lớp cách điện của cáp, và do đó, trong trường hợp cần cáp có tính linh hoạt tăng lên, không phải chì mà là áo khoác ống làm bằng cao su lưu hóa hoặc nhựa. đã sử dụng.

Độ bền điện môi trung bình cao của lớp cách điện cao su trong hầu hết các trường hợp không thể sử dụng được do có những chỗ yếu trong lớp cách nhiệt, điều này đòi hỏi phải tăng độ dày của lớp cách nhiệt so với, ví dụ, cách điện bằng giấy tẩm và dẫn đến tiêu thụ quá nhiều lớp phủ vật liệu bảo vệ.để tăng đường kính của cáp.

Giai đoạn sản xuất ban đầu là kéo dài dây nhiều lõi cho dây, cáp và dây từ dây đồng đóng hộp và không đóng hộp.

Công nghệ sản xuất dây và cáp điện cách điện cao su

Các hoạt động quy trình chính bao gồm sản xuất cao su và nhựa và ứng dụng của chúng vào lõi hoặc dây điện. Sản xuất cao su bao gồm cao su hóa dẻo và sự ra đời của chất độn (phấn, hoạt thạch), chất làm mềm, chất cải tiến và chất lưu hóa.

Hợp chất cao su được đưa vào lõi bằng cách ép nóng trên máy ép sâu hoặc ép nguội trên các con lăn định hình đặc biệt. Độ dày của lớp cách điện cao su phụ thuộc vào kích thước mặt cắt ngang của dây và điện áp định mức của dây hoặc cáp, trong khi độ dày của vỏ ống được xác định bởi đường kính của cáp.

Độ dày của vỏ bọc có thể thay đổi từ 1 đến 8 mm đối với ống cao su và từ 2 đến 4 mm đối với áo khoác vinyl PVC.

Lớp cách nhiệt cao su sau khi đưa vào lõi bằng phương pháp nguội hoặc nóng sẽ được lưu hóa để tạo cho lớp cách nhiệt những tính chất vật lý cần thiết: độ bền cơ học và độ đàn hồi. Bọc nhựa không yêu cầu lưu hóa.

Trên cùng của lớp cách điện cao su của dây, một sợi bông được bện, có thể được tẩm bitum hoặc một chế phẩm khác hoặc phủ một lớp sơn mài nitro (dây máy bay và ô tô).

Phần còn lại của các hoạt động công nghệ, chẳng hạn như xoắn vào cáp và đặt vỏ bảo vệ, được thực hiện theo cách tương tự như đối với các hoạt động khác. sản phẩm cáp.

Ưu nhược điểm của cao su cách nhiệt

Các đặc tính cơ và điện cao của cách điện cao su giúp có thể nhận ra một số cấu trúc dây và cáp hoạt động trong điều kiện làm việc cực kỳ khó khăn (cắt, khai thác gỗ, máy đào, v.v.).

Một loạt các giá trị điện trở suất (từ 1013 đến 1017 omcm) và sự thay đổi đáng kể hằng số điện môi tùy thuộc vào thành phần của cao su và công nghệ sản xuất của nó, cung cấp khả năng sản xuất cách điện của dây và cáp các loại.

Cùng với những phẩm chất tích cực của vật liệu cách nhiệt cao su, cũng có những tiêu cực, đặc trưng nhất trong số đó là:

• sự hiện diện của bọt khí và màng trong lớp cách nhiệt;
• sự mất ổn định của cao su lưu hóa đối với ozone;
• ảnh hưởng của các lực và ứng suất cơ học đến độ bền điện môi của lớp cách điện;
• giảm các đặc tính cơ và điện của cao su khi nung nóng;
• sự không đồng nhất của cấu trúc vĩ mô (sự hiện diện của các hạt chất độn, tạp chất, v.v.);
• độ thấm ẩm và hấp thụ độ ẩm đáng chú ý;
• sức đề kháng thấp với tác động của các sản phẩm dầu mỏ và dầu khoáng;
• mất tính chất cơ học tùy thuộc vào thời gian gia nhiệt với sự có mặt của oxy trong khí quyển (lão hóa nhiệt).

Vật liệu cách điện cao su và đặc tính công nghệ

Cao su lưu hóa trên cao su tự nhiên và tổng hợp được sử dụng để sản xuất các loại sản phẩm cáp khác nhau và do đó đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất cáp.

Những khó khăn lớn nhất gặp phải khi sử dụng cách điện cao su để sản xuất dây và cáp điện áp cao, ví dụ, đối với cáp điện 6 và 10 kV cung cấp điện cho máy đào, máy nạo vét, máy than bùn, máy kéo điện, v.v.

Khả năng chống ôzôn của cao su không đủ dẫn đến sự phá hủy nhanh chóng và giảm đáng kể tuổi thọ của cáp như vậy. Trong những trường hợp này, một loại cao su chống ôzôn đặc biệt được sử dụng, ít bị ảnh hưởng bởi tác động của ôzôn và lớp vỏ được đánh vecni như một lớp phủ bảo vệ.

Các công thức cao su chịu dầu và xăng đã được phát triển cho phép sản xuất cao su cách điện cho thân cáp hoạt động trong các giếng dầu ở nhiệt độ cao trong các điều kiện đặc biệt khắc nghiệt. Dây đánh lửa cao áp hoạt động ở cường độ điện trường cao và trong dải nhiệt độ rộng từ -50 đến +150°C.

Thành phần của cao su cách nhiệt bao gồm các vật liệu cơ bản sau:

• Cao su — tự nhiên (NK) hoặc tổng hợp (SK);
• Chất độn — phấn, cao lanh, hoạt thạch, v.v.
• Chất làm mềm - axit stearic, parafin, dầu hỏa, bitum, v.v.
• Chất gia cố cải thiện tính chất cơ học của các hợp chất cao su (cacbon đen).

Lượng cao su trong các hợp chất cao su được sử dụng trong sản xuất dây và cáp thay đổi (theo trọng lượng) trong khoảng từ 25 đến 60% và tổng lượng của tất cả các chất độn - từ 70 đến 35%/ Khoảng 2% rơi vào chất làm mềm và khoảng 1 .5% đối với chất lưu hóa (lưu huỳnh).

Hiện nay, cao su được sử dụng rộng rãi để cách điện dây và cáp, quá trình lưu hóa được thực hiện do lưu huỳnh được giải phóng trong quá trình lưu hóa trong quá trình phân hủy một số hợp chất lưu huỳnh, ví dụ, tetramethylthiuram disulfide (thiuram). Những chiếc lốp "không chứa lưu huỳnh" như vậy đã tăng khả năng chịu nhiệt và do đó có tuổi thọ cao. Các tính chất cơ học của cao su này thấp hơn một chút so với cao su lưu hóa bằng lưu huỳnh.

Cần đặc biệt lưu ý rằng các cao su chịu nhiệt không chứa lưu huỳnh hoặc như chúng được gọi là không có tác động phá hủy dây dẫn đồng của dây hoặc cáp, và do đó không cần phải đóng hộp dây và dây dẫn. đi vào sản xuất dây và cáp cách điện bằng cao su.

Cùng với cao su, như đã đề cập trước đó, vật liệu nhiệt dẻo tổng hợp, còn được gọi là chất đàn hồi, được sử dụng rộng rãi.

Trong số đó, trước hết phải kể đến hỗn hợp nhựa rất phổ biến làm từ nhựa PVC, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cáp, chủ yếu để sản xuất dây điện hạ thế và lớp phủ bảo vệ cáp (ống mềm).

Nhựa PVC thu được bằng cách trùng hợp vinyl clorua. Chất đàn hồi thu được bằng cách trộn nhựa được chia nhỏ với chất làm dẻo, chất ổn định và chất độn.

Carbon đen trắng, cao lanh thường được sử dụng làm chất độn, và trichrysyl phosphate, dibutide phthalate, v.v. được sử dụng làm chất hóa dẻo.Ngoài PVC, copolyme vinyl clorua, chẳng hạn như vinyl axetat, cũng được sử dụng.

Những nhược điểm chính của vật liệu cách nhiệt PVC:

• tính chất điện không đủ (không đủ điện trở cách điện và giá trị lớn của tiếp tuyến của góc tổn thất điện môi), điều này được giải thích là do sự hiện diện của chất hóa dẻo, cũng như sự dễ dàng loại bỏ ion Cl trong nhựa PVC;
• không đủ khả năng chống băng giá.

Với sự lựa chọn thích hợp của chất hóa dẻo, có thể đạt được các đặc tính điện thỏa đáng.

Các tính chất tích cực của PVC bao gồm:

• khả năng chống lão hóa nhiệt cao;
• khả năng chống lại tác động của dầu và bất kỳ chất bôi trơn nào;
• khả năng chống mài mòn cao;
• không thấm nước;
• khả năng chống lại một số dung môi, axit và bazơ, ngoại trừ axit sunfuric 93% và axit axetic băng; benzen bị ảnh hưởng xấu bởi dung môi, làm giảm hơn 7 lần độ bền kéo của hợp chất nhựa tiếp xúc với tác dụng của benzen trong 12 ngày trong 12 ngày và khả năng chịu thể tích cụ thể 2-2,5 lần;
• tính không bắt lửa.

Polyetylen được sử dụng rộng rãi để sản xuất dây và cáp cách điện chất lượng cao... Nó là một vật liệu tương đối mềm (khi được làm nóng đến 70 ° C, mật độ của nó giảm đều), có khả năng chống băng giá và chống ôzôn tốt, và là được sử dụng rộng rãi để cách nhiệt làm năng lượng (Cáp cách điện XLPE) và dây và cáp tần số cao.

Chất lượng của hợp chất nhựa không chỉ được xác định bởi các đặc tính của polyme cơ bản, mà phần lớn còn do việc lựa chọn chính xác và chất lượng của chất độn và chất làm dẻo.Việc lựa chọn chất độn và chất hóa dẻo là một thách thức lớn đối với các nhà sản xuất muốn đạt được các đặc tính cần thiết.

Tất cả các nhiệm vụ khó khăn nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế, chẳng hạn như thu được cao su kháng ozone, v.v., đều được giải quyết bằng cách chọn nhựa cơ bản hoặc vật liệu tổng hợp có các đặc tính cần thiết.

Với tình trạng hóa học hiện nay, có thể mong đợi sự xuất hiện của một số vật liệu tổng hợp trong tương lai gần, việc sử dụng chúng sẽ giúp giải quyết hoàn toàn các vấn đề cách điện của dây và cáp vẫn chưa được giải quyết.