Ізоляція
Матеріал, який використовується для ізоляції кабельних жил, повинен мати високі та стабільні у часі електричні характеристики, бути гнучким, механічно міцним та не повинен вимагати складної технологічної обробки. В електричному відношенні властивості ізоляції визначаються наступними параметрами:
– електричною міцністю U, при якій відбувається пробій ізоляції;
– питомим електричним опором ρ, який характеризує струм утічки в діелектрику;
– діелектричною проникністю ε, яка характеризує ступінь зміщення (поляризації) зарядів в діелектрику при впливі на нього електричного поля;
– тангенсом кута діелектричних втрат (або величиною діелектричних втрат) tgδ, який характеризує втрати високочастотної енергії в діелектрику.
Найкращим діелектриком є повітря, яке має ε→1; ρ→∞ та tgδ→0. Проте створити ізоляцію тільки з повітря практично неможливо. Тому кабельна ізоляція, як правило, є комбінованою і містить як повітря, так і твердий діелектрик, причому кількість твердого діелектрика повинна бути мінімальною і визначатися вимогою стійкості ізоляції і жорсткості її конструкції. Ізоляція повинна оберігати струмопровідні жили від зіткнення між собою і строго фіксувати взаємне розташування жил в групі по всій довжині кабелю.
Як діелектрики в кабелях зв'язку широко використовуються полімеризаційні пластмаси типу полістирол (стирофлекс), поліетилен, фторопласт, поліхлорвініл та ін. Поєднання високих електричних характеристик в широкому спектрі частот, вологостійкості до різних агресивних середовищ і порівняно нескладної технологічної обробки забезпечило пластмасам широке вживання в кабелях зв'язку як ізоляція і захисної оболонки.
При оцінці придатності того або. іншого типу кабелю слід мати на увазі, що ширина смуги частот, передаваної по кабелю, обумовлена якістю діелектрика, що використовується, і в першу чергу величиною діелектричних втрат. Втрати високочастотної енергії в діелектрику кабелю αд безпосередньо пов'язані з величиною tgδ і прямолінійно зростають із зростанням частоти. Для порівняння вкажемо, що при частоті 1 Мгц величина кордельно-паперової ізоляції складає 400•10-4, а поліетилену – не більше 5... 10-4. Із зростанням частоти ця різниця у втратах лінійно зростає і для високочастотних кабелів стають придатними лише певні пластмаси.
Папір, призначений для ізоляції жил НЧ кабелів, виробляється з сульфатної целюлози. Для міжнародних кабелів застосовується папір завтовшки 0,12 і 0,17 мм Для зручності монтажу папір фарбують в різний колір: червоний, синій, зелений.
Паперовий кордель є ниткою, скрученою з кабельного паперу діаметром 0,6; 0,76 і 0,85 мм. Міцність паперового корделя рівна 70 МПа (7 кгс/мм2).
Полістирол (стирофлекс) виробляють з рідкого стиролу, початковою сировиною для якого є нафта або кам'яне вугілля. Полістирол прозорий, гнучкий і негігроскопічний матеріал, з якого виробляють стрічки завтовшки 0,045 мм і шириною 10... 12 мм і кордель діаметром 0,8 мм для ізоляції жил високочастотних кабелів зв'язку.
Полістирол має різне забарвлення – червоне, синє, зелене. Недоліком полістиролу є його низька теплостійкість, що знаходиться в межах 65...80°С.
Поліетилен одержують шляхом полімеризації рідкого етилену. Поліетилен є молочно-білим (іноді жовтувато-білий) матеріалом, на дотик нагадує парафін. При підпалі спалахує поволі і горить синюватим полум'ям без кіптяви. Поліетилен термопластичний, температура його розм'якшення біля 110°С. При звичайній температурі на нього не діють кислоти і луги.
Існують два способи отримання поліетилену: при високому тиску (150 ...350 МПа або 1500... 3500 ат) і температурі +200°С і при низькому тиску (0,3 ...0,4 МПа або 3...4 ат) і температурі +70 °С. Поліетилен низького тиску відрізняється більшою густиною (до 0,97 г/см3) і більш кристалічною структурою, ніж поліетилен високого тиску. Поліетилен випускається у вигляді дрібних частинок-гранул розміром 3 мм.
Пористий поліетилен виходить введенням до складу композиції поліетилену газоутворювачів або порофорів, здатних при певних температурах переходити в газоподібний стан.
Полівінілхлорид виходить шляхом полімеризації вінілхлорида. Щоб одержати з полівінілхлориду м'який матеріал, його змішують з пластифікатором. Полівінілхлорид вельми стійкий до дії хімічних реагентів, проте він порівняно легко розкладається при нагріванні, виділяючи хлористий водень. Важливою властивістю його є негорючість, тому він знайшов широке використання як оболонки станційних кабелів зв'язку.
Істотним недоліком полівінілхлорида є порівняно низька теплостійкість (не вище 70°С). При низьких температурах пластикат втрачає міцність, а при високих різко погіршує свої електричні властивості.
Найчастіше у кабелях зв’язку використовуються такі види ізоляції (рис. 8):
- трубчаста – виконується у вигляді паперової або пластмасової стрічки накладеної у вигляді трубки (рис.8а);
- кордельна – складається з корделю, що навитий на провід спірально, та намотаної поверх корделю паперової або пластмасової (як правило стирофлексової) стрічки (рис. 8 б);
- суцільна – виконується із суцільного поліетилену та пориста – виконується із пористого поліетилену (рис. 8 в);
- балонна – являє тонку поліетиленову трубку, в якій розташовано провід, трубка періодично або спіраллю стискається та фіксує провід (рис. 8 г);
- шайбова – виконується з поліетиленових, фторопластових або керамічних шайб, розташованих на провіднику через певні проміжки (рис. 8 д);
- спіральна (гелікоїдальна) – представляє собою рівномірно розподілену по всій довжині провідника пластмасову спіраль, яка має прямокутний зріз.
Рис. 8 Типи ізоляцій кабелів зв’язку
а) трубчаста; б) кордельна; в) суцільна г) пориста; д,е) балонна;
ж) шайбова; з) спіральна
Найбільше використання отримали:
для кабелів міського та сільського зв’язку – трубчата, виконана у вигляді обмотки паперовими стрічками, суцільна поліетиленова, пориста паперова або поліетиленова;
для симетричних кабелів – кордельно-стрирофлексна, балонна, кордельно-трубчата або пориста з поліетилену;
для коаксіальних кабелів – шайбова, балонна, гелікоїдальна та пориста (в усіх випадках діелектриком є поліетилен);
для підводних кабелів – суцільна поліетиленова ізоляція.