Skyddsmantlar och kabelmantlar: syfte, material, typer, korrosionsskydd, pansar
Utnämning av skyddsskal och omslag
Skyddsöverdrag tjänar till att skydda isoleringsskiktet tråd eller kabel från påverkan av miljön, men främst från påverkan av fukt. Ju mindre fukttålig isoleringen av kabeln eller tråden är, desto mer perfekt måste manteln appliceras.
Kabelns fysiska driftsförhållanden påverkar också valet av mantelmaterial, till exempel om ökad flexibilitet hos kabeln krävs bör en flexibel mantel användas.
Material som används för inneslutning är få, nämligen bly, aluminium, gummi, plast och kombinationer därav.
Skyddshöljen av ledningar och kablar tjänar till att skydda ledaren från mekanisk påfrestning under läggning eller under drift, samt att skydda kabelmantlar från korrosion, därför särskiljs ibland korrosionsbeläggningar från gruppen av skyddskåpor.
Som en korrosionsskyddsbeläggning används oftast kabelpapper, applicerat från ett lager med samtidig vattning med bitumenkompositioner med lämplig viskositet.
Skyddsmantlar består av bomulls- eller kabelgarn som appliceras i form av en fläta eller fläta på isoleringsskiktet eller skyddsmanteln på kabeln eller en fläta på isoleringsskiktet eller skyddsmanteln av kabeln eller ledaren.
Att täcka skyddshöljen med plast är utbrett för att skydda dem från korrosion och mekaniska skador.
Som en korrosionsskyddsbeläggning används oftast kabelpapper, applicerat från ett lager med samtidig vattning med bitumenkompositioner med lämplig viskositet.
En fläta av tunna ståltrådar används ofta för mekaniskt skydd av flexibla ledningar och kablar.
I ett antal mönster är flätor gjorda av bomull och andra garn täckta med speciella lacker (beläggningslacker) som skyddar tråden från påverkan av miljön, från ozonverkan och ökar trådens motstånd mot fukt och bensin.
Kompositöverdrag av plast, metallfolie och tyg eller bestruket papper används också, och kan i vissa fall ersätta blymanteln (särskilt för kablar som används för inomhus- och tillfälliga installationer).
Hålla material
Bly är huvudmaterialet från vilket de mest pålitliga västarna är gjorda. Den främsta fördelen med blymanteln jämfört med alla andra mantel och beläggningar är dess fullständiga fuktbeständighet, tillräcklig flexibilitet och möjligheten att snabbt och billigt applicera på kabeln med hjälp av en blypress.
Bly har dock många nackdelar: hög specifik vikt, låg mekanisk hållfasthet, otillräcklig motståndskraft mot mekanisk och elektrokemisk korrosion.
Allt detta, med hänsyn till de begränsade och naturliga reserverna av bly, gör det nödvändigt att förbättra kvaliteten på blymantlar, att införa substitut och att designa nya typer av kabelprodukter utan blymantlar.
Bly som inte är lägre än klass C-3, med en blyhalt på 99,86 %, används för att sänka kabelmantlar.
Blyskalets mekaniska styrka bestäms till stor del av dess struktur.Den finporösa struktur som erhålls som ett resultat av tillverkningen av skalet från blykvaliteterna C-2 och C-3 med snabb och intensiv kylning av det extruderade skalet är mest mekaniskt stark och stabil.
Med en medelstor och grov kornstruktur erhålls prickar av låg kvalitet. Från sådana skal, även under normala produktionsförhållanden, växer blykristaller, som sedan skiftar i förhållande till varandra längs klyvningsplanen, och detta leder till för tidig förstörelse av skalet.
Mycket rent bly är mycket benäget för kristallbildning och tillväxt även vid rumstemperatur, vilket gör det olämpligt för tillverkning av blyhylsor.
En åtgärd för att bekämpa blykristallisation är, förutom kylning efter blybeläggning, tillsats av tenn, antimon, kalcium, tellur, koppar och andra metaller till blyet.
Battlecruiser-kabel, byggd för Royal Navy of Great Britain, beställd 1920. Tre ledare, blymantlade, i pansar.
Den bästa tillsatsen är tenn, som, när det ingår i bly i en mängd av 1-3 viktprocent, ger en stabil finkornig struktur. Tenn är dock mycket sällsynt och håller för närvarande på att ersättas i kabelmantlar av andra metaller.
Införandet av antimon i bly i en mängd av 0,6 till 0,8 % påverkar gynnsamt strukturen hos blyskalet och ökar den mekaniska styrkan, vilket sänker elasticiteten något, det vill säga blyskalets förmåga att böjas. En tillsats av tellur i en mängd av ca 0,05 % ger goda resultat. Även det så kallade kopparblyet, som är bly med inblandning av koppar — i en mängd av ca 0,05 % — fick stor spridning.
Förutom dubbla legeringar finns det ternära legeringar av bly med kadmium, tenn (0,15%), antimon och andra metaller. Dessa legeringar är mindre bekväma att tillverka och deras testresultat ligger nära de för vissa binära legeringar och koppar-bly.
Aluminium kan också användas för att tillverka kabelmantel. För detta ändamål används både tekniskt och högrent aluminium (med aluminiuminnehåll 99,5 och 99,99%), vars mekaniska egenskaper är bättre än hos bly och blylegeringar.
Styrkan på aluminiumskalet är minst 2-3 gånger högre än blyets styrka. Omkristallisationstemperaturen för aluminium, liksom dess motståndskraft mot vibrationer, är betydligt högre än för bly.
Den specifika vikten för aluminium är 2,7 och för bly är 11,4, därför kan byte av blymanteln med aluminium resultera i en stor minskning av kabelns vikt och en ökning av mantelns mekaniska hållfasthet, vilket gör det möjligt i vissa fall att vägra förstärkning av kabeln med stålband.
Den största nackdelen med aluminium är dess otillräcklig korrosionsbeständighet... Processen att applicera manteln på kabeln är avsevärt komplicerad av den höga smältpunkten för aluminium (657 ° C) och det ökade trycket under pressningen, som når tre gånger trycket när blymanteln trycks ut.
Aluminiummantel kan appliceras inte bara genom krympning, utan också genom en kall metod, där isolerade ledningar och kablar dras in i aluminiumrör som tidigare tillverkats genom extrudering, följt av mantling genom att dra eller rulla. Denna metod gör att aluminium av kommersiell kvalitet kan användas.
Metoden för kallsvetsning av en aluminiummantel är ganska vanlig, vilket består i det faktum att kanterna på en aluminiumremsa som appliceras längsgående på kabeln passerar mellan rullar, med hjälp av vilken ett högt specifikt tryck skapas på aluminiumet, tillräckligt för dess kallsvetsning.
För närvarande används plast framgångsrikt för att tillverka skyddsmantlar för ledningar och kablar istället för bly. När ökad kabelflexibilitet krävs är vulkaniserade gummi- och plastmantlar mest lämpliga.
Vulkaniserade gummislangskydd är de mest använda vid kabeltillverkning. på naturliga eller syntetiska gummin och från termoplastiska material såsom PVC, polyeten.
Den mekaniska hållfastheten hos sådana skal är ganska hög (rivhållfasthet i intervallet från 1,0 till 2,0 kg / mm2, förlängning från 100 till 300%).
Den största nackdelen är den märkbara fuktgenomsläppligheten, vilket förstås som ett värde som kännetecknar materialets förmåga att passera vattenånga under påverkan av en tryckskillnad på båda sidor av materialskiktet.
Vulkaniserat gummi på naturgummi kan fungera under lång tid i temperaturområdet från -60 till + 65 ° C. För de flesta plaster är dessa gränser mycket snävare, särskilt för temperaturer under noll grader.
Det finns silikongummin, nya gummimaterial som är kiselkiselpolymerer. Dessa är högmolekylära ämnen, på grundval av vilka kiselatomernas struktur kombineras med kolatomer.
Manteln gjord av termoplastiska material, jämfört med kablarnas blymantel, kan avsevärt minska kabelns vikt och öka korrosionsbeständigheten hos manteln och den mekaniska hållfastheten (se även — Ledningar och kablar med gummiisolering).
Förstörelse av blymanteln
Den mekaniska hållfastheten hos blymanteln är nödvändig för att säkerställa tillräckligt skydd av isoleringsskiktet från miljön som omger kabeln. Denna egenskap (mekanisk styrka) måste bibehållas under lång tid under driften av kabeln i flera decennier och inte förändras över tiden under inverkan av mekaniska (vibrationer) och kemiska (korrosion) orsaker.
De mekaniska egenskaperna hos blyhylsor och deras stabilitet under påverkan av olika orsaker beror huvudsakligen på höljets struktur och dess förändringar under inverkan av värme och vibrationer.
Kablar med blymantel med grovkornig struktur tål ofta inte långvarig transport, inte ens på järnväg (särskilt på sommaren).
Under påverkan av skakning och ökad temperatur börjar blykristaller växa, ett nätverk av små sprickor uppstår på skalet, som fördjupas mer och mer och slutligen leder till att skalet förstörs.Blymanteln på kablar som läggs på broar är särskilt känsliga för vibrationsskador.
Det har förekommit fall då blykablar, som på sommaren skickades med järnväg i flera tusen kilometer, anlände till sin destination med ett helt förstört skal.
Sådana fall förekommer oftast på blyhylsor av rent bly. Tillsatser av tenn, antimon, tellur och vissa andra metaller ger en stabil finkornig struktur och används därför vid tillverkning av blykabelmantlar.
När läckströmmen lämnar blymanteln på en kabel som lagts i fuktig kalkhaltig jord innehållande C0-jon3blykarbonat PbC03 vid utgångspunkten där blymanteln därefter förstörs.
Elektrokemisk korrosion av bly kan leda till fullständig förstörelse av blymanteln på ett till två år, eftersom en ström på 1A per år kan bära omkring 25 kg bly eller 9 kg järn, och därför med en genomsnittlig läckström på 0,005 A i ett år förstör cirka 170 g bly eller cirka 41,0 g järn.
En radikal åtgärd bekämpa elektrokemisk korrosion är det så kallade katodskyddet, baserat på att den skyddade metallen ges en negativ potential med avseende på omgivande strukturer, vilket gör denna metall immun mot nästan alla typer av jordkorrosion.
Den minsta elektronegativa potentialen vid vilken alla typer av korrosion upphör är 0,85 V för stålrör och 0,55 V för blymantlar av elektriska kablar.
I ett antal fall ger blymantelns beläggning ett bra skydd mot elektrokorrosion med ett skyddshölje bestående av ett lager halvledande bitumen, två halvledande gummilister och en fixerande vit tejp. typ av elektroniskt filter erhålls, som passerar den elektriska strömmen som lämnar manteln och separerar ledningen från den direkta effekten av den mottagna vid jonelektrolys.
Mekaniska krafter i kabelmanteln
Mekaniska krafter i kabelmanteln uppstår som ett resultat av flödet av impregneringsblandningen i en vertikalt upphängd Strömkablar, samt på grund av termisk expansion av impregneringsblandningen när kabeln värms upp. I modern högspänningskablar fyllda med olja och gas blymanteln måste motstå avsevärt inre tryck.
När impregneringsblandningen värms upp ökar trycket i kabeln till ett värde som motsvarar det hydrostatiska trycket. Ju bättre impregnering av isoleringsskiktet är, desto högre erhålls trycket i kabeln under uppvärmning, eftersom volymen av gasinneslutningar minskar med förbättringen av impregneringen av kabeln.
Under påverkan av trycket som verkar på insidan av höljet, tenderar den senare att expandera, och om gränsen för elastisk deformation av ledningen överskrids, kommer en permanent deformation att inträffa, vilket försvagar blyhöljet och minskar driften. kabelns egenskaper.
Upprepade uppvärmnings- och kylcykler av kabeln som resulterar i permanenta deformationer i ledningen kan göra att blymanteln brister.
Eftersom bly utan tillsatser vid rumstemperatur nästan inte har någon elastisk gräns, kommer uppkomsten av sådana permanenta deformationer i arbetskabelns blymantel utan tvekan att leda till ett brott mot dess mekaniska styrka.
Närvaron av tillsatser i blyet ökar de mekaniska egenskaperna och i synnerhet mantelns elastiska gräns, därför är det obligatoriskt att använda legerat bly eller speciella dubbel- och trippellegeringar för kablar som utsätts för tryck från insidan.
Minskningen av blyskalets mekaniska egenskaper över tiden bestämmer dess livslängd Ur denna synvinkel uppstår begreppet «skallivslängdskurva», vilket betyder förhållandet mellan draghållfastheten i skalet och varaktigheten av dess åtgärder tills skalet brister.
I de fall där förstärkning av kabelns blymantel krävs, till exempel i gasfyllda kablar eller avsedda att läggas på en brant lutande sträcka, ökar appliceringen av en bandpansar av två tunna mässings- eller stålband den mekaniska hållfastheten hos mantel och gör den lämplig för högt tryck, utvecklas i kabeln.
Armerade kablar
Blymanteln ger inte tillräckligt skydd mot mekanisk påverkan, till exempel oavsiktliga stötar på kabeln under installationen, och i synnerhet mot dragkrafter som uppstår både under kabelläggningen och under dess drift.
I kablar för vertikal installation, särskilt i floder och hav, är det nödvändigt att skydda blymanteln från dragkrafter, eftersom utan ett sådant skydd kommer blymanteln att slitas sönder eller skadas med tiden.
Det finns två huvudtyper av pansar: tejp, som skyddar kabeln främst från oavsiktlig mekanisk påverkan under läggning, och tråd - från dragkrafter.
Bandpansaret består av två stålremsor skiktade på en baksida av fibröst material så att mellanrummen mellan varven på en remsa överlappar varven på den andra remsan. Mellanrummen mellan kanterna på varven på en remsa är lika med ungefär en tredjedel av remsans bredd, och överlappningen av varven på en remsa med varv, den andra, bör vara minst en fjärdedel av bredden på remsan. remsa pansarremsa.
En sådan implementering av kabelskyddet gör det möjligt att skydda blymanteln från att slå med en spade vid läggning av kabeln och andra inte alltför starka mekaniska influenser, och samtidigt bevara den flexibilitet som krävs för att lägga kabeln, vilket erhålls genom att flytta « böjningar av tejprustningen i förhållande till varandra.
Nackdelen med tejppansringen är möjligheten till förskjutning av pansarbandets böjningar när kabeln dras längs marken under läggning. Sådana pansar används främst för armering av jordkablar, såväl som kablar som läggs inomhus i kabeltunnlar och på byggnaders väggar.
Ståltejpen som används inom kabelindustrin bör ha en draghållfasthet på 30 till 42 kg/mm2, eftersom tejpen med hög draghållfasthet är mycket fjädrande och sitter inte bra på kabeln vid bokning. Förlängning vid brott 20 - 36 % krävs (med en beräknad provlängd på 100 mm).
För armering av kraftkablar används ett stålband med en tjocklek på 0,3, 0,5 och 0,8 mm och en bredd på 15, 20, 25, 30, 35, 45 och 60 mm, beroende på kabelns diameter. Tejpen ska levereras i cirklar med en diameter på ca 500 - 700 mm.
Pansartråd används rund och segmenterad (platt). Rund tråd används för att pansra kablar som måste stå emot betydande dragkrafter under installation eller drift (t.ex. undervattenskablar). Segmenterad tråd används för kablar som läggs i gruvor och på branta lutande vägar.
För att skydda mot korrosion måste tråden som används för armering vara belagd med ett tjockt, kontinuerligt lager av zink.
I reservation, en trådpansar, liknande tejp, appliceras på kabeln på en kudde, som kan bestå av ett lager kabelgarn förimpregnerat med en anti-röta blandning, täckt med ett lager av bituminös blandning ovanpå.
För vajerpansar tas vridningsriktningen i motsatt riktning mot riktningen för full vridning av kabelkärnorna.
För att skydda rustningen från korrosion (korrosion) är den täckt med en bituminös förening och ett lager av förimpregnerat kabelgarn täckt ovanpå med samma blandning. Det yttre lagret av kabelgarnet är utformat inte bara för att skydda pansartejpen eller pansartråden från korrosion, utan tjänar också för att fästa, det vill säga det tillåter inte pansarbanden att röra sig och håller de pansrade ledningarna i ett garn.
Kablar avsedda för installation inomhus får av brandsäkerhetsskäl inte ha ett lager impregnerat kabelgarn över pansarbeläggningen. Sådana kablar, till exempel kablar av märket SBG, ska vara bepansrade med lackerad pansartejp.
Reservationsprocessen består av att applicera skyddsöverdrag och rustning.Blykabel bör appliceras i sekvens: ett lager av bituminös sammansättning tvinnat med två remsor av kabelpapper (korrosionsbeläggning), ett lager av sammansatt, kabelgarn eller impregnerat sulfatpapper (kudde under pansaret), ett lager av bituminös sammansättning , en pansar gjord av två stålremsor eller ståltrådar, ett lager av bituminös sammansättning, kabelgarn (yttre hölje), ett lager av bituminös sammansättning och kritalösning.