Vỏ bảo vệ và vỏ bọc cáp: mục đích, vật liệu, chủng loại, chống ăn mòn, bọc thép

Chỉ định vỏ và vỏ bảo vệ

Vỏ bảo vệ phục vụ để bảo vệ lớp cách nhiệt dây hoặc cáp do ảnh hưởng của môi trường, nhưng chủ yếu là do ảnh hưởng của độ ẩm. Lớp cách điện của cáp hoặc dây có khả năng chống ẩm càng kém thì lớp vỏ bọc càng phải hoàn hảo.

Các điều kiện vận hành vật lý của cáp cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu vỏ bọc, ví dụ, nếu cần tăng tính linh hoạt của cáp, thì nên sử dụng vỏ bọc linh hoạt.

Vật liệu được sử dụng để ngăn chặn rất ít, cụ thể là chì, nhôm, cao su, nhựa và sự kết hợp của chúng.

Vỏ bảo vệ của dây và cáp dùng để bảo vệ dây dẫn khỏi ứng suất cơ học trong quá trình đặt hoặc trong quá trình vận hành, cũng như để bảo vệ vỏ cáp khỏi bị ăn mòn, do đó, lớp phủ chống ăn mòn đôi khi được phân biệt với nhóm vỏ bảo vệ.

Là một lớp phủ chống ăn mòn, giấy cáp thường được sử dụng nhất, được phủ từ một lớp có tưới nước đồng thời với các chế phẩm bitum có độ nhớt thích hợp.

Vỏ bảo vệ bao gồm sợi bông hoặc sợi cáp được tạo thành dạng bện hoặc bện trên lớp cách điện hoặc vỏ bảo vệ của cáp hoặc bện trên lớp cách điện hoặc vỏ bảo vệ của cáp hoặc dây dẫn.

Bọc vỏ bảo vệ bằng nhựa phổ biến để bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn và hư hỏng cơ học.

Là một lớp phủ chống ăn mòn, giấy cáp thường được sử dụng nhất, được phủ từ một lớp có tưới nước đồng thời với các chế phẩm bitum có độ nhớt thích hợp.

Bện dây thép mỏng thường được sử dụng để bảo vệ cơ khí cho dây và cáp mềm.

Trong một số thiết kế, dây bện bằng bông và các loại sợi khác được phủ một lớp vecni đặc biệt (véc ni phủ) giúp bảo vệ dây khỏi tác động của môi trường, khỏi tác động của ozon và tăng khả năng chống ẩm và xăng của dây.

Lớp phủ tổng hợp bằng nhựa, lá kim loại và vải hoặc giấy tráng cũng được sử dụng và trong một số trường hợp có thể thay thế vỏ bọc chì (đặc biệt đối với cáp được sử dụng trong nhà và lắp đặt tạm thời).

vật liệu giữ lại

Chì là vật liệu chính để tạo ra những chiếc áo vest đáng tin cậy nhất. Ưu điểm chính của vỏ chì so với tất cả các vỏ bọc và lớp phủ khác là khả năng chống ẩm hoàn toàn, đủ độ linh hoạt và khả năng dán lên cáp nhanh chóng và rẻ tiền bằng máy ép chì.

Tuy nhiên, chì có nhiều nhược điểm: khối lượng riêng lớn, độ bền cơ học thấp, không đủ khả năng chống ăn mòn cơ học và điện hóa.

Tất cả những điều này, có tính đến trữ lượng chì tự nhiên và hạn chế, cần phải cải thiện chất lượng của vỏ bọc chì, giới thiệu các sản phẩm thay thế và thiết kế các loại sản phẩm cáp mới không có vỏ bọc chì.

Chì không thấp hơn loại C-3, hàm lượng chì 99,86%, dùng làm vỏ cáp chìm.

Độ bền cơ học của vỏ chì phần lớn được quyết định bởi cấu trúc của nó. Cấu trúc xốp mịn thu được là kết quả của quá trình sản xuất vỏ từ chì loại C-2 và C-3 với quá trình làm lạnh nhanh và mạnh vỏ ép đùn là máy móc mạnh mẽ và ổn định nhất.

Với cấu trúc hạt trung bình và thô, thu được các chấm chất lượng thấp. Từ những lớp vỏ như vậy, ngay cả trong điều kiện sản xuất bình thường, các tinh thể chì phát triển, sau đó các tinh thể này dịch chuyển tương đối với nhau dọc theo các mặt phẳng phân cắt và điều này dẫn đến sự phá hủy sớm của lớp vỏ.

Chì rất tinh khiết rất dễ hình thành và phát triển tinh thể ngay cả ở nhiệt độ phòng, khiến nó không thích hợp để sản xuất vỏ chì.

Một biện pháp để chống lại sự kết tinh của chì là ngoài việc làm nguội sau khi phủ chì, việc bổ sung thiếc, antimon, canxi, telua, đồng và các kim loại khác vào chì.

Cáp tuần dương hạm, được chế tạo cho Hải quân Hoàng gia Anh, đưa vào hoạt động năm 1920. Ba dây dẫn, bọc chì, bọc trong áo giáp.

Phụ gia tốt nhất là thiếc, khi chứa chì với lượng từ 1-3% trọng lượng sẽ tạo ra cấu trúc hạt mịn ổn định. Tuy nhiên, thiếc rất khan hiếm và hiện đang được thay thế trong vỏ cáp bằng các kim loại khác.

Việc đưa antimon vào chì với lượng từ 0,6 đến 0,8% có tác dụng thuận lợi đối với cấu trúc của vỏ chì và làm tăng độ bền cơ học, làm giảm phần nào tính đàn hồi, tức là khả năng uốn cong của vỏ chì. Việc bổ sung telua với lượng khoảng 0,05% sẽ cho kết quả tốt. Cái gọi là chì đồng, là chì với hỗn hợp đồng - với lượng khoảng 0,05% - cũng trở nên phổ biến.

Ngoài hợp kim kép, còn có hợp kim bậc ba của chì với cadmium, thiếc (0,15%), antimon và các kim loại khác. Các hợp kim này ít thuận tiện hơn để sản xuất và kết quả thử nghiệm của chúng gần với kết quả của một số hợp kim nhị phân và đồng chì.

Nhôm cũng có thể được sử dụng để làm vỏ cáp. Với mục đích này, cả nhôm kỹ thuật và nhôm có độ tinh khiết cao (với hàm lượng nhôm 99,5 và 99,99%) đều được sử dụng, các đặc tính cơ học của chúng tốt hơn so với chì và hợp kim chì.

Độ bền của vỏ nhôm cao hơn ít nhất 2-3 lần so với độ bền của chì. Nhiệt độ kết tinh lại của nhôm, cũng như khả năng chống rung của nó, cao hơn đáng kể so với chì.

Trọng lượng riêng của nhôm là 2,7 và của chì là 11,4, do đó, việc thay thế vỏ chì bằng nhôm có thể giúp giảm đáng kể trọng lượng của cáp và tăng độ bền cơ học của vỏ bọc, điều này sẽ làm cho nó có thể trong một số trường hợp từ chối gia cố cáp bằng dải thép.

Nhược điểm chính của nhôm là chống ăn mòn không đủ… Quá trình áp vỏ bọc vào cáp phức tạp đáng kể do nhiệt độ nóng chảy của nhôm cao (657 ° C) và áp suất tăng lên trong quá trình ép, áp suất này gấp ba lần áp suất khi đẩy vỏ bọc chì ra.

Vỏ bọc nhôm có thể được áp dụng không chỉ bằng phương pháp uốn mà còn bằng phương pháp nguội, trong đó dây và cáp cách điện được kéo vào các ống nhôm được tạo ra trước đó bằng phương pháp ép đùn, sau đó được bọc bằng cách kéo hoặc cán. Phương pháp này cho phép sử dụng nhôm cấp thương mại.

Phương pháp hàn nguội vỏ nhôm khá phổ biến, bao gồm thực tế là các cạnh của dải nhôm được áp dụng theo chiều dọc cho cáp đi qua giữa các con lăn, với sự trợ giúp của áp suất riêng cao được tạo ra trên nhôm, đủ cho hàn lạnh của nó.

Hiện nay, nhựa được sử dụng thành công để sản xuất vỏ bọc bảo vệ cho dây và cáp thay cho chì, khi cần tăng tính linh hoạt của cáp thì vỏ bọc bằng cao su lưu hóa và nhựa là phù hợp nhất.

Vỏ ống cao su lưu hóa được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất cáp. trên cao su tự nhiên hoặc tổng hợp và từ các vật liệu nhiệt dẻo như PVC, polyetylen.

Độ bền cơ học của các loại vỏ này khá cao (độ bền xé trong khoảng từ 1,0 đến 2,0 kg / mm2, độ giãn dài từ 100 đến 300%).

Hạn chế chính là khả năng thấm ẩm đáng chú ý, được hiểu là giá trị đặc trưng cho khả năng truyền hơi nước của vật liệu dưới tác động của chênh lệch áp suất ở cả hai mặt của lớp vật liệu.

Cao su lưu hóa trên cao su tự nhiên có thể hoạt động lâu dài trong khoảng nhiệt độ từ -60 đến + 65 ° C. Đối với hầu hết các loại nhựa, các giới hạn này hẹp hơn nhiều, đặc biệt là ở nhiệt độ dưới 0 độ.

Có cao su silicon, vật liệu cao su mới là silicon silicon polyme... Đây là những chất cao phân tử, trên cơ sở cấu trúc của các nguyên tử silicon được kết hợp với các nguyên tử carbon.

Vỏ bọc làm bằng vật liệu nhựa nhiệt dẻo, so với vỏ bọc bằng chì của cáp, có thể giảm đáng kể trọng lượng của cáp và tăng khả năng chống ăn mòn của vỏ bọc cũng như độ bền cơ học (xem thêm — Dây và cáp cách điện bằng cao su).

Phá hủy vỏ chì

Độ bền cơ học của vỏ bọc chì là cần thiết để đảm bảo đủ khả năng bảo vệ lớp cách điện khỏi môi trường xung quanh cáp. Tính chất này (độ bền cơ học) phải được duy trì lâu dài trong quá trình vận hành của cáp trong vài chục năm và không bị thay đổi theo thời gian dưới tác động của các nguyên nhân cơ học (rung động) và hóa học (ăn mòn).

Các tính chất cơ học của vỏ bọc chì và độ ổn định của chúng dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc của vỏ bọc và những thay đổi của nó dưới tác động của nhiệt và rung động.

Cáp có vỏ bọc bằng chì với cấu trúc thô thường không chịu được vận chuyển trong thời gian dài, kể cả bằng đường sắt (đặc biệt là vào mùa hè).

Dưới tác động của rung lắc và nhiệt độ tăng, các tinh thể chì bắt đầu phát triển, mạng lưới các vết nứt nhỏ xuất hiện trên vỏ, các vết nứt này ngày càng sâu và cuối cùng dẫn đến sự phá hủy vỏ.Vỏ bọc chì của cáp đặt trên cầu đặc biệt dễ bị hư hại do rung động.

Đã có trường hợp khi cáp chì, được gửi vào mùa hè bằng đường sắt trong vài nghìn km, đã đến đích với lớp vỏ bị phá hủy hoàn toàn.

Những trường hợp như vậy thường xảy ra nhất trên vỏ chì làm bằng chì nguyên chất. Việc bổ sung thiếc, antimon, telua và một số kim loại khác tạo ra cấu trúc hạt mịn ổn định và do đó được sử dụng trong sản xuất vỏ bọc cáp chì.

Khi dòng điện rò rỉ rời khỏi vỏ bọc chì của cáp đặt trong đất đá vôi ẩm có chứa C0 ion3chì cacbonat PbC03 tại điểm thoát ra nơi vỏ bọc chì sau đó bị phá hủy.

Sự ăn mòn điện hóa của chì có thể dẫn đến sự phá hủy hoàn toàn vỏ bọc chì trong một đến hai năm, vì dòng điện 1A mỗi năm có thể mang theo khoảng 25 kg chì hoặc 9 kg sắt, và do đó với dòng rò trung bình là 0,005 A trong một năm phá hủy khoảng 170 g chì hoặc khoảng 41,0 g sắt.

Một biện pháp triệt để chống ăn mòn điện hóa cái gọi là bảo vệ catốt, dựa trên thực tế là kim loại được bảo vệ có điện thế âm đối với các cấu trúc xung quanh, điều này làm cho kim loại này miễn nhiễm với hầu hết các loại ăn mòn đất.

Điện thế âm điện tối thiểu mà tại đó tất cả các loại ăn mòn chấm dứt là 0,85 V đối với ống thép và 0,55 V đối với vỏ bọc chì của cáp điện.

Trong một số trường hợp, lớp phủ của vỏ bọc chì giúp bảo vệ tốt chống ăn mòn điện nhờ lớp vỏ bảo vệ bao gồm một lớp bitum bán dẫn, hai dải cao su bán dẫn và một dải băng trắng cố định. thu được loại bộ lọc điện tử, cho dòng điện đi qua vỏ bọc và tách dây dẫn khỏi tác động trực tiếp của dòng điện nhận được trong điện phân ion.

Lực cơ học trong vỏ cáp

Các lực cơ học trong vỏ cáp phát sinh do dòng hỗn hợp ngâm tẩm được treo thẳng đứng dây cáp điện, cũng như do sự giãn nở nhiệt của hỗn hợp ngâm tẩm khi cáp được nung nóng. Ở thời hiện đại cáp điện áp cao chứa đầy dầu khí vỏ chì phải chịu được áp suất bên trong đáng kể.

Khi hỗn hợp ngâm tẩm được làm nóng, áp suất trong cáp tăng lên một giá trị tương ứng với áp suất thủy tĩnh. Khả năng ngâm tẩm của lớp cách điện càng tốt thì áp suất thu được trong cáp trong quá trình gia nhiệt càng lớn, do thể tích khí bao gồm càng giảm khi khả năng ngâm tẩm của cáp được cải thiện.

Dưới ảnh hưởng của áp suất tác động lên mặt trong của vỏ bọc, phần sau có xu hướng giãn ra và nếu vượt quá giới hạn biến dạng đàn hồi của dây dẫn thì sẽ xảy ra biến dạng vĩnh viễn, làm suy yếu vỏ bọc chì và giảm khả năng vận hành. đặc tính của cáp.

Các chu kỳ làm nóng và làm mát lặp đi lặp lại của cáp dẫn đến biến dạng vĩnh viễn trong dây dẫn có thể khiến vỏ bọc dây dẫn bị đứt.

Vì chì không có chất phụ gia ở nhiệt độ phòng hầu như không có giới hạn đàn hồi, nên sự xuất hiện của các biến dạng vĩnh viễn như vậy trong vỏ chì của cáp làm việc chắc chắn sẽ dẫn đến vi phạm độ bền cơ học của nó.

Sự có mặt của các chất phụ gia trong chì làm tăng tính chất cơ học và đặc biệt là giới hạn đàn hồi của vỏ bọc, do đó, đối với cáp chịu áp lực từ bên trong, bắt buộc phải sử dụng chì hợp kim hoặc hợp kim kép và ba đặc biệt.

Tính chất cơ học của vỏ chì giảm dần theo thời gian quyết định tuổi thọ của nó.Từ quan điểm này nảy sinh khái niệm «đường cong tuổi thọ vỏ chì», có nghĩa là mối quan hệ giữa độ bền kéo trong vỏ và thời gian sử dụng của nó. hành động cho đến khi vỡ vỏ.

Trong trường hợp cần gia cố vỏ bọc chì của cáp, ví dụ như trong cáp chứa đầy khí hoặc được thiết kế để đặt trên tuyến đường dốc nghiêng, việc áp dụng áo giáp dạng dải gồm hai dải đồng thau hoặc thép mỏng sẽ làm tăng độ bền cơ học của cáp. vỏ bọc và làm cho nó phù hợp với áp suất cao, phát triển trong cáp.

cáp bọc thép

Vỏ bọc chì không cung cấp đủ khả năng bảo vệ chống lại các tác động cơ học, ví dụ như các tác động ngẫu nhiên lên cáp trong quá trình lắp đặt và đặc biệt là chống lại các lực kéo xảy ra cả trong quá trình đặt cáp và trong quá trình vận hành cáp.

Đối với các loại cáp lắp đặt thẳng đứng, đặc biệt ở sông biển, cần phải bảo vệ vỏ chì khỏi lực kéo căng, vì nếu không có lớp bảo vệ này vỏ chì sẽ bị rách hoặc hư hỏng theo thời gian.

Có hai loại áo giáp chính: băng, bảo vệ cáp chủ yếu khỏi các tác động cơ học ngẫu nhiên trong quá trình đặt và dây - khỏi lực kéo.

Áo giáp dải bao gồm hai dải thép được xếp lớp trên một lớp nền bằng vật liệu dạng sợi sao cho khoảng cách giữa các vòng của một dải chồng lên các vòng của dải kia. Khoảng cách giữa các cạnh của các lượt của một dải bằng khoảng một phần ba chiều rộng của dải và sự chồng chéo của các lượt của dải này với các lượt của dải kia ít nhất phải bằng một phần tư chiều rộng của dải. dải bọc thép dải.

Việc triển khai áo giáp cáp như vậy cho phép bảo vệ vỏ bọc chì khỏi bị xẻng va vào khi đặt cáp và các tác động cơ học không quá mạnh khác, đồng thời duy trì tính linh hoạt cần thiết khi đặt cáp, điều này có được khi di chuyển « uốn cong của giáp băng so với nhau.

Nhược điểm của băng giáp là khả năng dịch chuyển các khúc cua của băng giáp khi cáp được kéo dọc theo mặt đất trong quá trình đặt. Áo giáp như vậy chủ yếu được sử dụng để bọc cáp ngầm, cũng như cáp đặt trong nhà trong đường hầm cáp và trên tường của các tòa nhà.

Băng thép dùng trong ngành cáp phải có độ bền kéo từ 30 đến 42 kg/mm2, vì băng thép có độ bền kéo cao rất đàn hồi và không bám chắc vào cáp trong quá trình đặt. Cần có độ giãn dài khi đứt 20 - 36% (với chiều dài mẫu ước tính là 100 mm).

Đối với cáp điện bọc thép, băng thép có độ dày 0,3, 0,5 và 0,8 mm và chiều rộng 15, 20, 25, 30, 35, 45 và 60 mm được sử dụng, tùy thuộc vào đường kính của cáp. Băng phải được phân phối theo hình tròn có đường kính khoảng 500 - 700 mm.

Dây giáp được sử dụng tròn và phân đoạn (dẹt). Dây tròn được sử dụng để bọc cáp phải chịu lực kéo đáng kể trong quá trình lắp đặt hoặc vận hành (ví dụ như cáp ngầm). Dây phân đoạn được sử dụng cho cáp đặt trong mỏ và trên các tuyến đường dốc nghiêng.

Để bảo vệ chống ăn mòn, dây được sử dụng để bọc thép phải được phủ một lớp kẽm dày và liên tục.

Để đặt trước, một lớp giáp dây, tương tự như băng dính, được dán vào cáp trên đệm, có thể bao gồm một lớp sợi cáp được tẩm sẵn hợp chất chống mục nát, phủ một lớp hỗn hợp bitum lên trên.

Đối với áo giáp dây, chiều xoắn lấy theo chiều ngược với chiều xoắn hoàn toàn của lõi cáp.

Để bảo vệ áo giáp khỏi bị ăn mòn (ăn mòn), nó được phủ một hợp chất bitum và một lớp sợi cáp đã được ngâm tẩm trước được phủ lên trên cùng một hợp chất. Lớp ngoài của sợi cáp được thiết kế không chỉ để bảo vệ băng bọc thép hoặc dây bọc thép khỏi bị ăn mòn mà còn dùng để buộc chặt, nghĩa là nó không cho phép băng bọc thép di chuyển và giữ dây bọc thép trong một sợi dây.

Cáp dành cho lắp đặt trong nhà không được có một lớp sợi cáp được ngâm tẩm trên lớp bọc thép vì lý do an toàn cháy nổ. Những loại cáp như vậy, ví dụ như cáp của thương hiệu SBG, phải được bọc bằng băng giáp đánh vecni.

Quá trình bảo lưu bao gồm áp dụng vỏ bảo vệ và áo giáp.Cáp chì nên được áp dụng theo trình tự: một lớp thành phần bitum xoắn với hai dải giấy cáp (lớp phủ chống ăn mòn), một lớp hợp chất, sợi cáp hoặc giấy ngâm tẩm sunfat (đệm dưới áo giáp), một lớp thành phần bitum , áo giáp làm bằng hai dải thép hoặc dây thép, một lớp thành phần bitum, sợi cáp (vỏ ngoài), một lớp thành phần bitum và dung dịch phấn.