книги из ГПНТБ / Князев, В. К. Облученный полиэтилен в технике

фторэтилена недопустимо, так как в этом случае для экструдирования полимера необходима температура 540 °С, при которой покрытие разрушается. В качестве изоляции в этих проводах применяется облученный по­ лиэтилен низкой плотности [761]. Такие провода исполь­ зуются при монтаже радиоэлектронной аппаратуры.

Приведенные в работе [762] данные показывают, что по механической прочности (стойкости к прорезанию) облученная полиэтиленовая изоляция значительно пре­ восходит необлученную полиэтиленовую и политетрафторэтиленовую изоляцию.

Т а б л и ц а 69. Стойкость различной изоляции проводов на продавливание

В табл. 69 сопоставлены результаты испытаний про­ водов с изоляцией из облученного полиэтилена и поли­

тетрафторэтилена на продавливание стержнем диамет­ ром 9,1 мм.

Отечественные предприятия выпускают кабельные изделия с облученной изоляцией из специального кабель­ ного полиэтилена тератен [2]. Выбор этих изделий ре-

274

гламептируется ÖCT4, ГО. 022. 069, ОСТ4, ГО. 022.070 и

другими нормативными документами.

Изоляция из тератена Л применяется при изготовле­ нии монтажных теплостойких проводов с медными лу­ жеными жилами, выпускаемых согласно ТУ 017-34—63.

Провода применяются для фиксированного внутри- и межприборного монтажа электроустройств и предна­ значены для работы при переменном воздействии тем­ ператур от —60 до 110°С и относительной влажности до 98% при 40 °С в течение 10 000 ч. Допускаются перегре­ вы изоляции до 200 °С в течение 5 мин, но их общая продолжительность не должна превышать 30 мин. Про­ вода выпускаются следующих марок: М ПО — провода с изоляцией из тератена А и М ПОЭ — провода с изоляци­ ей из тератена А, экранированные.

Провода изготавливаются с гибкой многопроволоч-

5 -ІО4 МОм-м. Сопротивление изоляции, измеренное при 100 °С после выдержки в течение 2 ч при этой темпе­ ратуре, составляет не менее ІО3 МОм-м при рабочем

Изоляция из тератена Б применяется для одножиль­ ных монтажных терморадиационностойких проводов, выпускаемых по ТУ 16.06.269—68. Эти провода приме­ няются для подвижного и фиксированного внутри- и межприборного монтажа электроустройств и предназна­ чены для работы при переменном воздействии темпера­ тур от —60 до 100—150°С (в зависимости от марки) и относительной влажности до 98% при температуре 40 °С, а также для эксплуатации в полях интенсивного радиа­ ционного воздействия. Продолжительность работы в ука­ занных температурных условиях — не менее 10 000 ч. Д о­ пускаются перегревы до 200°С в течение ограниченного времени (не более 3 ч).

В соответствии с действующими техническими усло­ виями в промышленности выпускаются провода обшир­ ной номенклатуры (марки М Л П , М Л ПГ, М Л ПЭ, М СТП,

МСТПГ, М СТПЛ , МСТПЭ, МЛТГІ, МЛТПГ, М Л ТПЭ), которые отличаются видом материала, используемого для оплетки. Они производятся с гибкой многопроволоч­ ной жилой сечением от 0,12 до 6,0 мм2.

Сопротивление изоляции из тератена Б после вы­ держки проводов 3 ч в воде при 20°С составляет не ме­ нее 5 -ІО4 МОм-м; сопротивление такой изоляции, изме­ ренное при температуре 150°С и после двухчасовой вы­ держки при этой температуре, — не менее 5-10^ МОм-м, а после 56-суточного пребывания в условиях относитель­ ной влажности до 98% при 40 °С — не менее 5 -ІО3 МОм-м. Испытания проводили при рабочем на­ пряжении 220 В переменного тока и частоте до 1000 Гц. Провода допускают более чем 500 двойных перегибов

на угол до 90° при радиусе изгиба, равном пятикратному диаметру провода.

Экспериментальная проверка зависимости сопротив­

условиях испытаний сопротивление изоляции не умень­ шается ниже ІО2 МОм-м. Было также установлено [2], что при выдержке проводов 1000 ч и более в бескисло­ родной среде при 200 °С цвет изоляции изменяется не­ значительно, а при 300 °С — существенно, хотя потерь эластичности изоляции в обоих случаях не наблюдалось.

Экспериментальной проверкой установлено, что про­ вода с изоляцией из тератена А выдерживают изгиб на стержне с диаметром, равном пяти диаметрам провода, после старения на воздухе при 150°С в течение 40— 50 ч. Для изоляции из тератена Б характерна еще более высокая стойкость к тепловому воздействию. При тех же условиях испытаний изоляция из тератена Б сохраняет эластичность после 4000—5000 ч старения. Аналогичные испытания проводов на старение при 200 °С показали, что провода с изоляцией из тератена Б выдерживают из­ гиб после нагревания в течение 20 ч, а провода с изо­ ляцией из тератена А выдерживают нагревание до 200 С без потери эластичности не более 2 ч. Провода с изоляцией из тератена А выдерживают изгиб на стерж­ не при температуре —60 °С после пребывания на воз­

276

духе при 150 °С в течение 4000—5000 ч, но изоляция из тератена А дает те же результаты после выдержки проводов на воздухе при температуре испытаний 150°С всего лишь 200 ч.

Изучение зависимости электрического сопротивления и электрической прочности изоляции из тератена Б от продолжительности выдержки на воздухе при 150— 200 °С показало, что электрическое сопротивление в на­ чальный период испытаний несколько возрастает, а затем длительное время остается практически неизменным. Электрическая прочность в тех же условиях сначала не­ значительно снижается, затем сохраняет постоянное зна­ чение. Провода с изоляцией из тератена Б имеют высо­ кие электрические показатели в процессе старения на воздухе при повышенных температурах, и предел их ра­ ботоспособности определяется ухудшением физико-меха­ нических, а не электрофизических свойств изоляции. Вве­ дение термостабилизирующих добавок в полиэтилен при­ равнивает условия эксплуатации изоляции из него на воздухе к условиям эксплуатации нестабилизированного материала в бескислородной среде. Однако и изоляция из тератена А при высокотемпературных (до 150 °С) ис­ пытаниях на воздухе длительное время (500 ч) сохра­ няет высокую электрическую прочность.

Таким образом, результаты проведенных испытаний проводов с изоляцией из тератена показывают, что они имеют высокие эксплуатационные показатели, поэтому применение их целесообразно в условиях длительной ра­ боты при температурах 100—200 °С, т. е. именно в тех случаях, когда использование изоляции из политетра­ фторэтилена (дорогостоящей, дефицитной и менее стой­ кой в условиях радиационного воздействия) не оправ­ дано.

Взарубежной технике широко используются провода

сизоляцией хайрад, которая может быть окрашена в де­ сять стандартных цветов или изготовлена в виде про­ зрачного материала [371, 574]. Для маркировки жил

наносятся трехцветные полосы в виде спирали. Стан­

0,64 мм с изоляцией из облученного полиэтилена хайрад толщиной 0,25 мм приведены ниже:

277

Сравнительная стойкость к деформации проводов с сечением жилы 0,37 мм2, изолированных облученным полиэтиленом хайрад и политетрафторэтиленом толщи­ ной 0,25 мм, приведена в табл. 70.

П р и м е ч а н и е . При испытаниях провода образцы, находящиеся под осевой нагрузкой, огибают острие ножа.

Весьма эффективно применение изоляции из материа­ ла новатен для изготовления широкого ассортимента монтажных проводов, одно- и трехжильных экранирован­ ных кабелей, коаксиальных кабелей и др. [398].

Фирмой «Norddeutche Seekabel Werke» (ФРГ) раз­ работано несколько типов обмоточных проводов с облу­ ченной полиэтиленовой изоляцией, рассчитанных на ра­ бочее напряжение до 10 кВ и эксплуатацию при темпе­ ратурах до 120°С [761]. Такие провода применяются в водопогружиых электродвигателях и обеспечивают их длительную, надежную работу [761, 764].

Фирмой «Filotex» разработаны провода с двухслой­ ной изоляцией. Внутренний слой изоляции изготовлен из облученного полиэтилена марки полиалкен, а наружная защита представляет собой слой негорючей износостой­ кой изоляции из иоливинилфторида кинар [765].

Высоким качеством отличаются провода с облучен­

ной полиэтиленовой изоляцией, производимые фирмой

«Grace» [766].

278

В связи со значительными преимуществами много­ жильных ленточных проводов и необходимостью их ис­

проводов быстро развиваются. Известно много ориги­ нальных методов их изготовления с применением одинар­ ных и дублированных электроизоляционных лент, лент специального профиля и др. [577]. Толщина ленточных кабелей колеблется от 0,5 до 1,5 мм, шаг укладки про­ водников и их диаметр составляют доли миллиметра. Число проводников в отечественных ленточных кабелях может достигать 60.

Отечественной промышленностью [2] освоен термо­ радиационностойкий кабель КТР с изоляцией из тератена Б (ТУ 017. 101—65). Кабель предназначен для рабо­ ты при температуре окружающей среды от —60 °С до 150°С и относительной влажности до 98% при 40°С. Продолжительность его работы при 150 °С не менее 1000 ч. При этом могут допускаться перегревы изоляции до 200 °С при общей продолжительности не более 3 ч. Кабель изготавливается с гибкой многопроволочной жи­ лой сечением 0,5 мм2. Поверх изоляции токопроводящей жилы накладывается экранирующая оплетка и защитная оболочка из полиэтилена, который затем модифицирует­ ся излучением. Сопротивление изоляции кабеля после выдержки в течение 3 ч в воде при 20 °С составляет не менее 5 -ІО4 МОм-м. Определение этого параметра при рабочем напряжении 500 В постоянного тока после 2-ча­ сового пребывания кабеля при 150°С (с измерением при указанной температуре) показывает, что сопротивление изоляции составляет не менее 5-103 МОм-м, а после 48-часового пребывания кабеля в условиях 98%-ной от­ носительной влажности при 40°С — не менее ІО3 МОм-м.

Теплостойкий бортовой экранированный коаксиаль­ ный кабель с изоляцией из облученного полиэтилена марки КБКЭО (ТУ 017.84—64) применяется при фикси­ рованном монтаже и предназначается для работы в сле­ дующих условиях:

в интервале температур от —50 до 100°С — без ограничения времени;

при 120 °С — в течение 1000 ч;

279

при 250 °С — в течение 30 мин, а при 350 °С — 5 мин при одно­ временном действии статической нагрузки 4 кгс на 1 см длины;

при относительной влажности окружающей среды до 98% и температуре 40 °С;

в вакууме (160 мм рт. ст.) и 150 °С — в течение 48 ч.

Кабель КБКЭО устойчив при вибрации в диапазоне частот 10—2500 Гц и ускорении 20 g, а также при ли­ нейных ускорениях до 1000 g и температурах до 120 °С— длительно или при 350°С — кратковременно.

В качестве полуфабриката при изготовлении кабеля КБКЭО используется кабель КБКЭ (СТУ 27-407—64).

Кабель КБКЭО выдерживает 1 мин напряжение 2000 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенное между жилой и внешним проводом и между внешним

проводом и экраном, а также напряжение 1000 В посто­ янного тока.

Электрическое сопротивление изоляции кабеля, изме­ ренное между жилой и внешним проводом и экраном, должно составлять: при 120°С после 5 суток пребы­ вания в воде с температурой 50 °С — не менее 10 МОм-

•км, при 240 °С — не менее 1 М О м -км и при 350 °С — не менее 0,1 М О м -км.

Одножильные экранированные антивибрационные терморадиационностойкие кабели с изоляцией из облу­ ченного термостабилизированного полиэтилена тератен Б выпускаются по ТУ 017.94—65. Они предназначены для работы на воздухе при температурах от —40 до 150 °С, а также в среде нейтральных газов при 150—250 °С и одновременном воздействии реакторного излучения с плотностью потока нейтронов 1010 нейтрон/(см2-с) и мощностью экспозиционной дозы у-излучения 300 Р/с.

Эти кабели предназначены для работы при номиналь­ ном напряжении постоянного тока 500 В. Срок службы кабелей в эксплуатационных условиях не менее 10 000 ч.

Монтаж кабелей допускается при температурах не ниже —15°С.

Облученная полиэтиленовая изоляция имеет электри­ ческое сопротивление при 20 °С и относительной влажно­ сти 95±3% , а также при температурах 100, 150 и 250°С

280

не более 200 мкВ/м. Кабели должны выдерживать испы­ тательное напряжение 3,5 кВ переменного тока частотой 50 Гц и 500 циклов изгибов по радиусу 60 мм под на­ грузкой 20 кгс в течение 1 мин.

Испытания проводов и кабелей из тератена на

мощностью поглощенной дозы 14 000 рад/с показали, что сопротивление изоляции и ее электрическая прочность не претерпевают существенных изменений при облучении потоком 1,15-ІО18 нейтрон/см2 в среде аргона при нагре­ вании до 160°С; изменения параметров изоляции кабе­ лей и проводов определяли в рабочем режиме эксплуа­ тации изделий.

При исследовании влияния электронного излучения на изоляцию из полиэтилена низкой плотности (ПЭН-1, ПЭН-2 и др.) было установлено значительное возраста­ ние ее электрической прочности. Так, после облучения изоляции до поглощенной дозы ІО3 Мрад электрическая прочность при постоянном токе увеличивалась в 2,5 ра­ за. Такие же закономерности наблюдались и при пе­ ременном токе. Показано, что при разных температурах испытаний и различных толщинах изоляции электриче­ ская прочность в первом случае значительно больше, чем во втором [770].

Развитие методов глубокого бурения нефтяных сква­ жин потребовало создания специальных каротажных ка­ белей. Особенностью эксплуатации этого типа кабелей является контакт с буровым раствором при температурах до 200 °С и давлениях до 1000 кгс/см2 [2]1.

Отечественной промышленностью разработаны каро­ тажные кабели с изоляцией из облученного полиэтилена для работы в сверхглубоких скважинах (до 4—7,5 км) [123]. Конструкция кабелей состоит из двухповивной сталемедной жилы, полиэтиленовой изоляции, облучен­ ной в среде аргона до дозы 140 Мрад, хлопчатобумажной оплетки и двухслойной брони. Высокие эксплуатацион­ ные качества кабеля подтверждены 170-кратным исполь­ зованием его в промыслово-каротажных исследованиях.

Перспективно применение радиационно-технологиче­ ских процессов и для производства кабелей управления типа КУГШ 0,5 и др. [328]. Испытания показали, что

281

изоляция кабеля КУГШ 0,5 сохраняет после облучения до дозы 65—70 Мрад высокую электрическую прочность при температурах до 180 °С, тогда как электрическая прочность необлученной изоляции уже при 100°С стано­ вится настолько малой, что не поддается определению.

Наряду с использованием облученного полиэтилена в качестве изоляции для монтажных проводов и силовых кабелей он все больше применяется в изоляции радио­ частотных коаксиальных кабелей вместо изоляции из по­ литетрафторэтилена. При этом значительно улучшаются рабочие характеристики изделий и расширяются экс­ плуатационные показатели аппаратуры, особенно в высо­ кочастотной технике [763].

Как известно, емкость кабеля изменяется пропорцио­ нально изменению диэлектрической проницаемости е изо­ ляции. Следовательно, при постоянных размерах кабеля с уменьшением е уменьшается и емкость кабеля. Сравне­ ние показателей высокочастотных коаксиальных кабелей, имеющих наружный диаметр 3,2 мм, медную жилу диа­ метром 0,64 мм, толщину изоляции 0,62 мм, металли­ ческий экран поверх изоляционного слоя и внешнюю по­ лимерную оболочку, показывает, что при использовании кремнийорганической изоляции ее емкость составляет 173 пФ/м, для изоляции из политетрафторэтилена — 100 пФ/м, а для изоляции из облученного полиэтилена —

120 пФ/м.

Снижение значения е может быть достигнуто приме­ нением пористой изоляции. Однако недостатком пори­ стой изоляции на основе полиэтилена и политетрафтор­ этилена является относительно низкая механическая прочность, что существенно ограничивает области ее применения. Использование в качестве изоляционного материала для кабельных изделий термостабилизиро­ ванных полиэтиленовых композиций с добавками порообразующих веществ позволяет после их облучения по­ лучать покрытия такой же прочности, какой обладает изоляция из монолитного полиэтилена или политетра­ фторэтилена. Это открывает дополнительные возможно­ сти для конструирования и производства термостойких коаксиальных кабелей пониженной массы и уменьшен­ ных габаритов [2, 763].

Диэлектрическая проницаемость облученной пори­ стой изоляции из полиэтилена не превышает 1,5, благода­

282

ря чему значительно улучшаются электрические харак­ теристики кабеля по сравнению с показателями кабеля с монолитной изоляцией из того же материала. Примене­ ние пористого облученного полиэтилена позволяет пони­ зить емкость кабеля до 73 пФ/м и существенно улуч­ шить параметры, определяющие эффективную работу изделий. Поскольку волновое сопротивление кабеля из­ меняется обратно пропорционально корню квадратному из диэлектрической проницаемости, при одинаковых гео­ метрических размерах коаксиальный кабель с изоля­ цией из облученного пористого полиэтилена имеет наибо­ лее высокое волновое сопротивление, а при равных зна­ чениях волнового сопротивления кабель с изоляцией из пористого облученного полиэтилена имеет меньший диа­ метр. В табл. 71 приведены сравнительные характеристи­ ки миниатюрного кабеля типа RG 195A/V с изоляцией из

политетрафторэтилена и кабеля с облученной пористой изоляцией из полиэтилена, иллюстрирующие преимуще­ ства ее использования при сохранении неизменным диа­ метра центрального проводника [767]. Из табл. 71 вид­ но, что диаметр кабеля с пористой полиэтиленовой изо­ ляцией, модифицированной облучением, на 22% меньше,

•чем диаметр кабеля с изоляцией из политетрафторэти­ лена, а его сечение меньше на 40 %.

283