Классификация и конструктивные элементы кабелей связи

Курсовая работа

на тему:

«Классификация и конструктивные элементы кабелей связи»

2009

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электрическим кабелем связи называют кабельное изделие, содержащее одну или более изолированных электрических цепей, заключенных в оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может быть наложен соответствующий защитный покров [1-5].

Электрические кабели связи классифицируют по следующим признакам: область применения, спектр передаваемых частот, конструкции, условия прокладки и эксплуатации.

В соответствии с построением ЕАСС (ВСС РФ) в зависимости от области применения кабели связи подразделяют на магистральные, зоновые (внутриобластные), местные (городские и сельские), станционные, структурированные кабельные сети (внутриобъектовые).

По спектру передаваемых частот кабели делят на низкочастотные (до 10 кГц) и высокочастотные (свыше 10 кГц).

В зависимости от условий прокладки и эксплуатации кабели подразделяют на подземные, для размещения в кабельной канализации, для подвески на опорах воздушных линий, подводные, станционные, для внутридомовых телефонные сетей и структурированных кабельных систем.

По конструкции и взаимному расположению проводников цепи электрических кабелей разделяют на симметричные и коаксиальные.

Симметричная цепь (пара) состоит из двух изолированных проводников с одинаковыми конструктивными и электрическими свойствами.

У коаксиальной цепи (пары) внутренний проводник концентрически расположен внутри внешнего проводника, имеющего форму полого цилиндра. Внутренний проводник изолирован от внешнего различными прокладками (шайбами, баллонами, корделем, сплошным слоем).

Для удобства классификации и пользования электрическим кабелям связи присваиваются буквенно-цифровое обозначение - марка кабеля, которая позволяет определить его конструкцию и назначение.

Первая труппа букв в марке кабеля обозначает область применения: МК - магистральный кабель; ЗК - зоновый кабель (симметричный); ВК - внутризоновый коаксиальный; КС - кабель сельский; Ф - телефонный низкочастотный.

Марки станционных низкочастотных кабелей отличают стоящей на втором месте букве «С» - станционный (ТС), распределительный (TP).

Как правило, кабели связи имеют парную скрутку жил. В обозначении и марке это не указывается.

В конструкциях кабелей, имеющих «звездную» (четверочную) скрутку жил, вводится буква «3», например, ТЗБ.

Малогабаритные коаксильные кабели имеют марку MKT (малогабаритный коаксильный с трубчатополиэтиленовой изоляцией).

Основу марок радиочастотных кабелей составляет буква «Р».

Следующая буква в симметричных кабелях означает тип изоляции: С - кордельно-полистерольная (стерофлексная); Р - полиэтиленовая.

Отсутствие буквы в обозначении - изоляция на основе бумаги (сплошная, кордельно-бумажная), например, кабель Т.

Еще одна буква относится к материалу оболочки: отсутствие буквы - свинцовая, А -алюминиевая, Ст - стальная гофрированная; Р -- полиэтиленовая; В - поливинилхлорид-ная.

Последняя буква маркировки кабеля обозначает тип защитных покровов: Г - без защитных покровов, т.е. голый (для кабеля со свинцовой оболочкой); Б - бронированный стальными лентами; К - круглыми проволоками; Ш - шланговое покрытие.

Группа цифр обозначает емкость (парность) кабеля и диаметр жил: например МКС 4x4x1,2 - четырехчетверочный кабель звездной скрутки жил с диаметром 1,2 мм; ТПП 50x2x0,5 - низкочастотный кабель парной скрутки жил емкостью 50 цепей с диаметром жил 0,5 мм.

Здесь приведены основные «устоявшиеся» обозначения марок кабелей, широко выпускаемых отечественной промышленностью конструкции кабелей и находящихся в эксплуатации на сетях ЕАСС (ВСС РФ). Последние годы в марку кабелей вводятся дополнительные обозначения, определяющие предприятие изготовитель и другие отличительные признаки.

Например, появился новый класс структурированных сетей КВП категорий 3, 5, 5е, 6, уплотняемый в «мегагерцовом» диапазоне, основанных на «витой» паре.

Кабели с алюминиевыми, алюмомедными жилами не рассматриваются, так как эти кабели в связи с их малой надежностью не нашли широкого применения на сетях связи.

2 КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КАБЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

Конструктивно кабель состоит из сердечника и защитных покровов. Сердечник - это скрученные в определенном порядке изолированные проводники, образующие электрические цепи, защитные покровы -- влагонепроницаемая оболочка (металл, пластмасса, металлопластмасса) и наружные покровы (джут, броня, шланг).

Токопроводящие жилы электрических кабелей связи изготовляют, в основном, из меди. Как правило, используют отожженную мягкую медь марки ММ с удельным сопротивлением с = 0,01754 Оммм²/м и температурным коэффициентом сопротивления постоянному току (Xr - 0,0041/град.

Для высокочастотных кабелей связи чаще всего применяют медные жилы диаметром 0,9 и 1,2 мм. В подводных и радиочастотных кабелях используют многопроволочную жилу, состоящую из скрученных проволок разного сечения. Для городских кабелей применяют медные жилы диаметром 0,32; 0,4; 0,5; 0,64 и 0,7 мм. В коаксиальных кабелях в качестве внешнего проводника служат цилиндрические медные трубки с продольным швом, гофрированные или оплетенные, а также алюминиевые трубки.

Для изоляции жил кабелей связи наряду с бумагой используют полимеризационные пластмассы - полистирол (стерофлекс) для магистральных кабелей, полиэтилен для кабелей зоновой и местной связи.

При конструировании кабельной изоляции стремятся сделать так, чтобы количество твердого диэлектрика было минимальным, обеспечивающим устойчивость изоляции и жесткость конструкции кабеля, а количественно воздуха как наилучшего диэлектрика (е = 1, с --> оо, tg5 --> со) - максимальным. Такая конструкция изоляции принята в магистральных кабелях МКС.

Применяют конструкции сплошной или комбинированной изоляции жил:

- трубчатой - выполняется в виде бумажной или пластмассовой ленты, нанизанной в виде трубки;

- кордельной - состоящей из корделя, накладываемого на проводник по спирали, и тонкой ленты наложенной поверх корделя;

- сплошной - выполненной из сплошного слоя пластмассы; ^!;

- пористой - из пористого слоя полиэтилена;

- пленко-пористой - из пористого полиэтилена с покрытием тонким слоем сплошного полиэтилена;

- баллонной - представляющей собой тонкостенную пластмассовую трубку, внутри которой свободно располагается проводник. Трубка периодически в точках или по спирали обжимается горячим инструментом и надежно удерживает после затвердения жилу в центре изоляции;

- шайбовой - выполненную в виде шайбы из твердого диэлектрика, насаживаемого на проводник через определенное расстояние.

- наибольшее применение в настоящее время находят следующие виды изоляции:

- для симметричных ВЧ кабелей - кордельно-полистерольная (стерофлексная), сплошная пористополиэтиленовая;

- для кабелей ГТС и СТС - сплошная полиэтиленовая, пористо-бумажная;

- для коаксильных кабелей - шайбовая, баллонная и пористополиэтиленовая;

- для станционных кабелей - сплошная поливинилхлоридная.

В симметричных кабелях применяют следующие наиболее распространенные способы скрутки изолированных проводников в группы:

- парной скрутки (П) - два изолированных проводника скручиваются определенным шагом (100...300 мм);

- звездной скрутки (3) - четыре изолированные жилы, расположенные по углам квадрата, скручиваются с шагом 150...300 мм;

- двойной парной скрутки (ДП) - две предварительные свитые пары скручивают между собой в четверку с шагом 150...300 мм;

- разнонаправленная скрутка, обеспечивающая транспозицию жил с определенным шагом с промежуточным параллельным участком (SZ скрутка).

Скрученные в группы изолированные жилы систематизируют в группы по определенному закону и объединяют в общий кабельный сердечник.

Различают сердечники с однородной (одинаковой структурой элементарных групп -четверки, пары) и неоднородные (разнородные по скрутке и диаметру элементарных групп) группами.

В зависимости от характера образования сердечника различают повивную и пучковую скрутки. В повивной скрутке элементарные группы располагают последовательными концентрическими слоями (повивами) вокруг центральной группы. Смежные повивы скручивают в противоположные стороны для уменьшения взаимных влияний и придания кабельному сердечнику большой механической прочности. При пучковой скрутке группы сначала объединяют в пучки, а затем пучки скручивают вместе, образуя сердечник кабеля.

Для обеспечения стабильности электрических характеристик и защиты от проникновения влаги, сердечник кабеля заполняется гидрофобной массой. Для защиты сердечника кабеля от воздействия внешней среды применяют герметичные оболочки. Оболочки в зависимости от материала, используемого для их изготовления, подразделяют на металлические (свинцовые, алюминиевые, стальные гофрированные) и пластмассовые (полиэтиленовые, поливинилхлоридные) и металлопластиковые.

Поверх оболочки кабеля накладывают наружные (броневые) покровы, защищающие кабель от механических повреждений. В зависимости от механических воздействий на кабель в процессе прокладки и эксплуатации применяют следующие разновидности брони: две стальные ленты (Б), повив из круглых стальных проволок (П).

Для защиты от воздействия грызунов в малопарных кабелях применяют однослойную тонкостенную ленту (0,1 мм), размещенную поверх сердечника в виде спирали с перекрытием или продольной гофрированной оболочкой.

Предусматривается также конструкция кабеля для подвески на опорах воздушных линий со встроенным стальным тросом.

В последующих параграфах по просьбе многочисленных читателей приведены основные технические характеристики элементов конструкций кабелей по материалам справочника «Городские телефонные кабели», А.С. Брискера, А.Д. Рута, Д.Л. Шарле, 1984 г. Необходимость в сведениях столь отдаленных времен вызвана тем, что на местных телефонных сетях проложено более 800 тыс. км различных конструкций кабелей.

В процессе развития кабельной техники совершенствовались и материалы, применяемые для кабелей связи. Изменялись стандарты, технические характеристики. Однако основные характеристики элементов кабелей оставались неизменными. Перечень ГОСТ и ТУ на эти материалы приведены в приложениях.

3 ТОКОПРОВОДЯЩИЕ ЖИЛЫ

Для изготовления токопроводящих жил кабелей связи применяется медная мягкая проволока марки ММ (ГОСТ 2112-79) следующих диаметров: 0,32; 0,4; 0,5; 0,64; 0,7; 0,9; 1,2 мм. Медная проволока изготовляется на кабельных заводах путем многократного волочения заготовок - медной катанки диаметром 7,2-8,0 мм преимущественно марки МК-ЛПС, полученной методом непрерывного литья и прокатки, светлой, не требующей последующего травления. Основные физико-механические и электрические характеристики медных токопроводящих проволок:

- плотность г = 8,9 т/м³ (г/см³);.

- временное сопротивление разрыву овр МПа (кгс/мм) - 196...274,5 (20...28);

- относительное удлинениеД1, не менее% - 20...25;

- удельное электрическое сопротивление с при температуре 20 °С, не более 17,24 Оммм²/км;

- удельная электрическая проводимость у при температуре 20 °С, не менее; 58,9 МОм/м;

- температурный коэффициент сопротивления cir» С»' ч 10»³ - 3,93.

4 ИЗОЛЯЦИЯ ЖИЛ

В качестве изоляции жил в кабелях местной связи применяют трубчато-бумажную, сплошную полиэтиленовую бумаго-массную, пористо-полиэтиленовую изоляцию, для магистральных кабелей кордельно-стерафлексную изоляцию. На рис. 1 показаны конструкции изолированных жил.



Воздушно-бумажная изоляция.

Трубчато-бумажная изоляция образуется путем неплотной спиральной обмотки токо-проводящей жилы лентой телефонной или кабельной бумаги. Обмотка производится с перекрытием каждого предыдущего витка последующим примерно на 20...25% по ширине ленты. Ширина и шаг наложения ленты рассчитываются так, чтобы между формирующейся бумажной трубкой и токопроводящей жилой образовался воздушный зазор (рис. 1,а).

Наложение трубчато-бумажной изоляции производится на многоходовых вертикальных машинах с центральным бумагообмотчиком.

Бумаго-массная изоляция, называется также пористо-бумажной, формируется на жиле непосредственно из волокон целлюлозы и представляет собой цилиндрический слой бумажной массы с внутренними порами, заполненными воздухом (рнс. 1,в). Сырьем для изготовления бумажной массы является древесная хвойная сульфатная небеленая целлюлоза, используемая для изготовления различных кабельных бумаг и электроизоляционных картонов.

К целлюлозе могут добавляться отходы кабельной и телефонной бумаг. Основные параметры кабельных изоляционных материалов приведены в табл. 1.

Технологический процесс изолирования бумажной массой включает следующие операции: размол (укорочение и расщепление) волокон целлюлозы в воде, перемешивание и очистку массы, разбавление ее водой до концентрации 0,1...0,2%, дозированную подачу водной суспензии бумажной массы в изолированную часть бумаго-массного агрегата - в ванну, в которой вращается сетчатый цилиндр.

Таблица 1 - Свойства телефонной и кабельной бумаг

Марка бумаги	Состав по волокиу, %	Толщина, мкм	Объемная масса, г/см3	Разрушающее усилие, не менее, З (кгс)	Удлинение, %, не менее	Влажность
				продольное	поперечное	продольное	поперечное
КФ-50	100% целлюлозы древесной сульфатной небеленой	50^	Не более 0,82	60,8 (6,2)	19,6 (2,0)	2,0	4,0	7^
К-080		80±5	0,78±0,05	83,4 (8,5)	39,2 (4,0)	2,2	6,6	4-8

Волокна целлюлозы осаждаются одновременно на 60 проволоках, огибающих сетчатый цилиндр, и образуют на каждой изоляционный слой, а вода фильтруется сквозь сетчатую поверхность цилиндра. Затем проволоки с изоляцией проходят через формирующее устройство -- быстро вращающиеся винтообразные гладилки, где изоляции придается цилиндрическая форма. Завершает процесс высокотемпературная сушка на проход в электрической печи (температура в первой зоне 600...700 °С), благодаря чему влага интенсивно испаряется, образуя в толще массы поры.

Полиэтиленовая изоляция.

Полиэтиленовая изоляция накладывается на жилу методом экструзии (выпрессова-ния). Различаются три ее разновидности: сплошная, пористая и пористо-сплошная. Материалом для сплошной изоляции служит композиция полиэтилена и содержащие в основе своей полиэтилен, а также термостабилизирующие и другие добавки.

Полиэтилен - твердый высокомолекулярный продукт полимеризации непредельного углеводорода этилена С2Н4. В зависимости от способа получения различают полиэтилен высокого (ПЭВД) и низкого (ПЭНД) давления. Первый получают при давлении 140...250 МПа и температуре 70...100 °С. Плотность ПЭВД 0,918...0,930 г/см³. Он считается полиэтиленом низкой плотности. Плотность ПЭНД 0,949...0,967 г/см³. Его считают полиэтиленом высокой плотности. Способ получения полиэтилена обуславливает не только его плотность, но и молекулярную структуру, следовательно, основные свойства.

Полиэтиленовая изоляция накладывается на линиях, совмещающих волочение проволоки, ее отжиг на проход, экструдирование и охлаждение изолированной жилы.

Сплошная изоляция состоит из композиции па основе ПЭВД (низкой плотности). Допускается также использование композиции на основе ПЭНД (высокой плотности).

Основные свойства полиэтиленовых композиций приведены в табл. 2.

Таблица 2. Физико-механические и электроизоляционные свойства полиэтиленов

Параметр	Нормированное значение для полиэтилена марки
	107-01 (02, 04) К	178-01 (02, 04)К	153-01 (02, 04) К	102-01 (02, 04) К	206-07 (19) К
Плотность т/м3 (г/см3)	0,917-0,920	0,917-0,921	0,9185-0,922	0,922-0,924	0,949-0,955
Показатель текучести расплава, г/Ш мин	1,7-2,3	1,05-1,95	0,21-0,39	0,24-0,36	0,9-1,5
Предел текучести при растяжении, МПа (кгс/см2), не менее	9,3 (95)	9,3 (95)	9,8(100)	11,3(115)	23,5 (240)
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа (кгс/см2), не менее	12,2(125)	11,7(120)	13,7(140)	14,7(150)	20,5
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	550	600	600	600	500
Температура хрупкости, °С, не выше	-100	-100	-120	-120	-80-150
Температура плавления, °С	106-110	125-135
Стойкость к растрескиванию, г, не менее	2,5	2,5	500	500	50
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц, не более	3-ю-4	з-ю-4	З-Ю»4	310-4	5· 10»4
Относительная диэлектрическая проницаемость на частоте МГц, не более	2,3	2,4
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом-см	1·1016-1·1и'7
Водопоглощение за 30 суток, %		0,02		0,03 0,04

Пористая полиэтиленовая (пенополиэтиленовая) изоляция получается в процессе экструдирования на жилу полиэтилена с некоторым количеством пенообразующего концентрата. Пенообразующий концентрат представляет собой полиэтилен высокого давления (низкой плотности) с равномерно распределенными в нем газообразователями, активаторами разложения газообразователей и стабилизатором.

Плотность пенополиэтилена зависит от степени его пористости f, равной отношению объемов пузырьков воздуха и твердого диэлектрика в пористом материале.

Зависимость относительной диэлектрической проницаемости пористого полиэтилена е_Г пэп от степени его пористости f и, следовательно, плотности показана на рис.

Преимуществами пористой полиэтиленовой изоляции перед сплошной являются ее меньшая относительная диэлектрическая проницаемость, и, следовательно, меньшие диаметры и массы кабелей. К недостаткам пористой изоляции по сравнению со сплошной относятся: большая влагоемкость, меньшие механическая и электрическая прочности.

Пористо-сплошная полиэтиленовая изоляция состоит из двух слоев. Внутренний пористый слой (на его долю приходится примерно 80% общей толщины) обеспечивает снижение эквивалентной относительной диэлектрической проницаемости изоляции. Внешний слой - сплошной, его назначение - предотвратить доступ влаги в случае ее проникновения в кабель или заполнителя (в герметизированных кабелях) к пористой изоляции с тем, чтобы воспрепятствовать ухудшению ее свойств. Наложение двухслойной пористо-сплошной изоляции сложнее, чем одинарной: оно производится на линии со сдвоенным экструдером или двумя последовательно расположенными экструдерами.

В последние годы разработана трехслойная пленко-пористо-пленочная изоляция жил: пленка 0,05 мк накладывается на медную жилу, затем слой из пористой изоляции, поверх которого размещается защитная пленочная «оболочка» - 0,08 мк.

5 ГИДРОФОБНЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ

С целью защиты от проникновения влаги из внешней среды применяется продольная герметизация кабелей.

Известны следующие способы герметизации кабелей:

- полное заполнение всего межжильного пространства сердечника, так называемого свободного объема, гидрофобным компаундом;

- периодическое образование по длине кабеля внутренних водостойких пробок из компаунда;

- нанесение на изолированные жилы сухого порошка (например, на основе целлюлозы), который при проникновении внутрь кабеля влаги набухает и, заполняя свободный объем сердечника, препятствует ее продольному распространению;

- введение в сердечник кабеля влагопоглащающих элементов в виде лент и корде-лей.

В качестве заполнителя сердечника кабелей используется композиция из продуктов перегонки нефти - петролатум, или нефтяное желе, часто с добавкой полиэтилена. В отечественной практике используется гидрофобный заполнитель МЗК (масса защитная кабельная), представляющий собой смесь парафина, церезина и минерального масла с добавкой полиэтилена. Основные свойства заполнителя МЗК:

вязкость кинематическая при 100 °С, м²/С(Ст)…............(25-28) 10»⁶(0,25-0,28)

температура каплепадения °С, не ниже..............................................................65

плотность при 20 °С, т/м³(г/см³)...............................................................0,86-0,88

пенетрация при 25 °С, 0,1 мм........................................................................50-150

температура вспышки, определяемая в открытом тигле,

не ниже, °С...........................................................................................................220

удельное объемное электрическое сопротивление при 20 °С, не ниже,

Ом-см …………………………………………………………………………...10¹⁵

относительная диэлектрическая проницаемость при 20 °С

и частоте 1 кГц, не выше.....................................................................................2,8

усадка объема, %, не более.....................................................................................8

Степень совместимости заполнителя с полиэтиленовой изоляцией определяется в первую очередь величиной ее набухания. Набухание изоляции тем больше, чем ниже плотность полиэтилена (рис. 3). Величина набухания изоляции ДЗ в процентах определяется по результатам взвешивания образцов до и после выдержки в заполнителе (соответственно массы Мй и М₂).



При 100%-ном заполнении свободного объема сердечника кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией 6'из толщиной аиз возрастает рабочая емкость с С* до С» (в среднем на 15%). Сохранять рабочую емкость на уровне С можно, если увеличить толщину изоляции (д» > д'), но при этом примерно на 15% увеличивается наружный диаметр кабеля. Масса кабелей со сплошным заполнением в среднем на 35% больше, чем незаполненных.

Сохранить неизменной толщину изоляции при введении заполнителя и прежнем условии С = const можно, заменив сплошную изоляцию на пористую или пористо-сплошную. При этом на 5... 10% увеличивается масса кабелей (табл. 3).

Таблица 3 - Относительные параметры незаполненных и заполненных кабелей с различными вариантами полиэтиленовой изоляции

Параметр	Значение,% для кабелей
	негермети-зированных со сплошной изоляцией	герметизированных с изоляцией
		сплошной	пористой	пористо-сплошной
		нормальной	утолщенной
Толщина изоляции, 8т	100	100	140	100	100
Рабочая емкость, С	100	112-120	100	100	100
Коэффициент затухания	100	106-110	100	100	100
Наружный диаметр, dHap	100	100	110-120	100(±5)	100
Масса кабеля, М	100	112-120	125-150	107	107

При частичном периодическом заполнении сердечника для образования водостойких пробок применяется компаунд на основе кремнийорганического каучука. Компаунд вводится в скрученный сердечник порциями методом инжекции на проход. Длина пробки -примерно 0,2 м, расстояние между пробками - около 4 м. При подобном соотношении степень заполнения свободного объема сердечника равна 5%, что практически почти не сказывается на конструктивных и электрических параметрах кабелей (за исключением незначительного увеличения их массы по сравнению с незаполненными). Способ образования пробок пригоден для кабелей как со сплошной, так и с пористой и пористо-сплошной изоляцией.

В последние годы в качестве гидрофобного заполнителя применяются и другие композиции.

6 ПОЯСНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Поясная изоляция накладывается на скрученный сердечник с целью его скрепления и сохранения формы, а также для механической и тепловой защиты изоляции жил при последующих технологических процессах: экранировании, введении заполнителя, особенно наложении оболочки, бронировании (поливке горячим битумом). Поясная изоляция дополнительно увеличивает электрическую прочность изолированных жил по отношению к металлической оболочке или экрану.

В кабелях с воздушно-бумажной изоляцией жил и числом пар 10-100 в качестве поясной изоляции используются две ленты телефонной бумаги КТ-50 толщиной 0,05 мм, а в кабелях с числом пар более 100 - кабельной бумаги К-120 толщиной 0,12 мм. В кабелях с полиэтиленовой изоляцией жил поясной изоляцией служит одна-две (в зависимости от диаметра кабеля) пластмассовые ленты: поливинилхлоридные, полиэтиленовые или поли-этилентерефталатные (лавсановые). Применяются поливинилхлоридная пластифицированная (ПВХ) пленка марки К, полиэтиленовая (ПЭ) марки Мс, полиэтилентерефталатная (ПЭТ) марки ПЭТ-Э.

Основные свойства указанных пленок, обозначенных соответственно ПВХ, ПЭ и ПЭТ, приведены в табл. 4. Полиэтиленовая пленка обладает хорошими электроизоляционными свойствами, однако вследствие невысокой температуры размягчения (108...112 °С) оплавляется при прохождении через головку экструдера в процессе наложения полиэтиленовой оболочки. Наиболее употребительна поливинилхлоридная пленка. Возможно применение двух разнородных пленок, например ПВХ и ПЭТ.

Поясная изоляция накладывается спирально с перекрытием по ширине лент 15..50% или продольно. При спиральном наложении угол обмотки изменяется в широких пределах: от 80° для самых тонких кабелей до 20° для самых толстых.

Таблица 4 - Свойства пленок, применяемых для поясной изоляции

Параметр	Значение для пленки (по ГОСТ)
	ПЭ (10354-73)	ПЭТ (24234-80)	ПВХ (16272-79)
Толщина, мм	0,10; 0,12; 0,15; 0,20; 0,25*	0,05±0,005	0,23±0,04
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа (кгс/см2), не менее	15(150)	180(1800)	12,5 (125)
Относительное удлинение,%, не менее	450	80	120
Температура хрупкости, °С, не выше	-70	-	-25
Водопоглощение за 24 ч при 20 °С,%, не более	0,1	-	1,0
Удельное объемное электрическое сопротивление при 20 °С, Ом-см, не менее	ПО16	1.1014	-
Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 кГц при 20 °С	(2-5)· 10»4	5.10»3	-
Электрическая прочность при переменном напряжении частотой 50 Гц и 20 °С, кВ/мм, не менее	200	140	-
* С допуском соответственно ±0,016; 0,016; 0,02; 0,02 и 0,035 мм

7 ЭКРАН

Для защиты цепей кабелей в пластмассовой и стальной оболочках от внешних электромагнитных влияний поверх поясной изоляции накладывается ленточный экран. В случае алюминиевой и свинцовой оболочек функции экрана выполняют сами оболочки, поскольку обладают существенно меньшими по сравнению со стальной оболочкой электрическими сопротивлениями: алюминиевая - благодаря высокой электропроводности материала, свинцовая - вследствие своей относительно большой толщины.

Экран может быть выполнен из мягкой медной или алюминиевой ленты. Последняя, менее дефицитная, предпочтительнее. Экран накладывается на сердечник спирально или продольно; этот способ технологичнее, так как не связан с вращательным движением. При спиральном наложении смежные витки ленты перекрываются по ширине на 10... 15%. Продольный экран может быть гладким или гофрированным. Гофрированный экран значительно более стоек к многократным изгибам, но на него расходуется материала на 10...15% больше, чем на гладкий. Высота гофра 0,8...1,0 мм.

В отечественной практике применяется алюминиевый экран. Материалом для него служит лента из мягкой алюминиевой фольги марки АО или А5 толщиной 0,10...0,15 мм (реже до 0,20 мм). Основные конструктивные параметры алюминиевой фольги приведены в табл. 5. Временное сопротивление разрыву не менее 40 МПа (4 кгс/мм²), относительное удлинение - не менее У/а. Фольга выпускается шириной 10...500 мм с интервалом 5 мм.

В кабелях со стальной оболочкой во избежание контакта алюминия со сталью поверх экрана накладывается разделительная обмотка из бумажных или пластмассовых лент.

Таблица 5 - Параметры алюминиевой фольги

Номинальная толщина, мм	Допуск иа толщину, мм	Расчетная масса, г/м2
0,10	+0,005/-0,01	270
0,12	±0,01	324
0,15	+0,05/-0,015	405
0,18	±0,015	486
0,20	±0,015	540

Значительно более высокими физико-механическими свойствами обладает продольный экран из алюмополиэтиленовой ленты, представляющей собой алюминиевую фольгу, покрытую с одной или с обеих сторон полиэтиленовой пленкой толщиной 0,03±0,01 мм (рис. 4), Двухслойная лента накладывается на поясную изоляцию металлом внутрь, а полиэтиленовым слоем наружу.

Экран из алюмополиэтиленовой двух- или трехслойной ленты применяется в сочетании с полиэтиленовой оболочкой, к которой он приваривается изнутри в процессе наложения последней. При прохождении экранированного сердечника через головку экструдера, температура в которой достигает 200 °С, полиэтиленовый слой алюмополиэтиленовой ленты нагревается и сваривается с формируемой в головке оболочкой. Таким образом, получается монолитная конструкция полиэтиленовой оболочки, покрытой слоем металла, т.е. металлизированной, изнутри. Такая оболочка называется алюмополиэтиленовой.

В отечественных кабелях применяется двухслойная лента «алюминий-полиэтилен» с толщиной алюминиевой фольги 0,10 и 0,15 мм. Ширина ленты составляет 1,1...1,2 периметра сердечника по поясной изоляции (с учетом 10...20%-ного перекрытия ее краев). Алюминиевый экран, составляющий с оболочкой одно целое, во-первых, характеризуется во много раз большей стойкостью к многократным изгибам, чем отдельный экран, и, во-вторых, что является главным его достоинством, на несколько порядков увеличивает влагонепроницаемость оболочки, так как служит барьером на пути диффузии паров влаги из окружающей среды внутрь кабеля.

8 ОБОЛОЧКИ

Оболочка - это непрерывная металлическая или неметаллическая трубка, расположенная поверх сердечника с поясной изоляцией (и экраном, если имеется) и предназначенная для защиты изолированных жил от влаги и других внешних воздействий. Представление о современных типах оболочек дает рис. 5.

Металлические оболочки

Свинцовая оболочка кабелей связи изготавливается из свинцово-сурьмянистого сплава марок ССу, ССуМ, ССуМ2, ССуМО, ССуМТ. Все эти сплавы (за исключением ССу) кроме сурьмы содержат и другие легирующие присадки (табл. 6), повышающие механическую прочность оболочки и особенно ее вибростойкость. Оболочки кабелей, предназначенных для эксплуатации в условиях значительной вибрационной нагрузки, следует изготовлять из сплавов повышенной прочности марок ССуМ2 с содержанием сурьмы 0,6...0,8% и ССуМТ, в который входит теллур. Вибростойкость сплавов ССуМ2 и ССуМТ в 1,5...2 раза выше, чем остальных.

Таблица 6 - Химический состав сплавов свинца

Марка сурьмянистого свинца	Содержание легирующих присадок, %
	сурьмы	меди	теллура	олова
ССу	0,0,4-0,6	-	-	-
ССуМ	0,04-0,6	0,02-0,05	-	-
ССуМ2	0,4-0,8	0,02-0,05	-	-
ССуМТ	0,3-0,45	0,02-0,05	0,03-0,05	-
ССуМО	0,15-0.25	0,02-0,05	до 0,005	0,35-0,45

Свинцовая оболочка накладывается на сердечник методом выпрессования на свинцовых прессах: поршневых периодического действия, непрерывного действия. Основные достоинства свинца - технологичность (легко прессуется, паяется). Недостатки - дефицитность и большая плотность. Достоинства свинцовой оболочки - гибкость, коррозионностойкость, удовлетворительные параметры экранирования. Недостатки - большая масса, малая вибростойкость, нестойкость к многократным изгибам, малая прочность на растяжение и сжатие.

Стальная гофрированная оболочка, служащая заменителем свинцовой, обладает значительно большими вибростойкостью и прочностью на растяжение и на сжатие. Благодаря этому она в несколько раз тоньше свинцовой и, следовательно, имеет меньшую массу и, кроме того, что особенно важно, может выполнять функции двух конструктивных элементов кабеля: герметичной металлической оболочки, защищающей сердечник кабеля от влаги, и стальной ленточной брони, защищающей кабель от механических воздействий. Поэтому кабели в стальной оболочке могут применяться взамен небронированных и бронированных кабелей в свинцовой оболочке марок ТГ и ТБ, а также кабелей в полиэтиленовой оболочке с защитным покровом типа Б и т.п. Стальная оболочка формируется путем продольного наложения на сердечник кабеля стальной ленты с одновременной герметизацией шва. Известны три способа герметизации продольного шва:

- высокочастотная сварка кромок ленты в стык;

- высокочастотная пайка краев ленты, наложенной с перекрытием (так называемая оболочка «сталпэт»);

- дуговая сварка кромок ленты в стык в атмосфере защитного нейтрального газа - аргона (так называемая оболочка «велльмантель»).

Основные недостатки стальной оболочки и меры по их устранению следующие:

Недостатки Меры по их устранению

Слабое защитное действие от внешних электромагнитных влияний. Наложение поверх поясной изоляции сердечника, под оболочкой, алюминиевого экрана. Малая гибкость и нестойкость к многократным изгибам. Гофрирование стальной ленты или оболочки. Сильная подверженность коррозии. Покрытие оболочки антикоррозийным компаундом и полиэтиленовым шлангом. При высокочастотной пайке стальная оболочка формируется из предварительно гофрированных алюминиевой и стальной лент. При аргонно-дуговой и высокочастотной сварке стальная оболочка, а также алюминиевый экран формируются из гладких лент; гофрируется уже сваренная оболочка. В отечественной практике распространен синусоидальный гофр оболочки: спиральный, или винтовой, при аргонно-дуговой сварке и кольцевой при высокочастотной.

Алюминиевая оболочка также применяется в качестве заменителя свинцовой, но главное ее назначение - защита кабелей, прокладываемых в зонах влияния сильных электромагнитных полей: вблизи линий электропередачи (ЛЭП), электрифицированных железных дорог, заземляющего контура энергоустановок, мощных радиостанций и т.п. Значительная электропроводность алюминия обеспечивает более высокие экранирующие свойства алюминиевой оболочки от внешних электромагнитных влияний по сравнению с другими металлическими оболочками. Алюминиевая оболочка накладывается на кабель методом выпрессования на поршневых прессах либо методом сварки - высокочастотной или аргонно-дуговой. Алюминиевые оболочки могут быть гладкими или гофрированными. Толщина алюминиевой оболочки для кабелей повышенной защищенности от внешних электромагнитных влияний выбирается в зависимости от требований к величине их коэффициента защитного действия (КЗД).

Пластмассовые оболочки

Пластмассовые оболочки - преимущественно полиэтиленовые и алюмополиэтилено-вые, а в отдельных случаях поливинилхлоридные - являются основными заменителями свинцовой. Так как через любую пластмассу все же диффундируют пары влаги, то пластмассовые оболочки применяются, как правило, в сочетании с невлагоемкой полиэтиленовой изоляцией жил. Кабели для наружной прокладки выпускаются в полиэтиленовой или алюмополиэтиленовой оболочке, поскольку полиэтилен обладает на один-два порядка меньшей влагонепроницаемостью, чем поливинилхлоридный пластикат.

Полиэтиленовая и алюмополиэтиленовая оболочка изготовляется из светостабилизированного полиэтилена высокого давления (низкой плотности), содержащего примерно 2% мелкодиспергироваиной газовой сажи. Его основные свойства приведены в табл. 7.

Таблица 7 - Свойства пластмасс, применяемых для оболочек: полиэтилена (ПЭ) и поливинилхлоридного пластиката (ПВХ)

Параметры	Значение для
	ПЭ марок 102-ЮКи 153-10К	ПВХ марки 0-40
Показатель текучести расплава, г/10 мин	0,24-0,36 0,21-0,29	-
Плотность, г/м2 (г/см3)	-	1,20-1,30
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа (кгс/см2), не менее	14,7(150) 13,7(140)	13,7(140)
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее Температура, °С: хрупкости, не выше плавления размягчения	600 -120 106-110	280 -40 170±10
Удельное объемное электрическое сопротивление при 20 °С, Ом.см, не менее	11016-1Ю'7	110ю
Коэффициент влагонепроиицаемости при 20 °С* кг/см.Па [г/ч.см.мм рт.см]	1046 (10»9)	ю-,5-1о14 (10»8-10»7)
* Значения приближенные, не стандартизованные

Для готовой оболочки кабелей ГОСТ 22498-77 нормированы следующие механические параметры:

разрушающее напряжение при растяжении, МПа (кгс/см²),

не менее........................................................................................................6,85 (70)

относительное удлинение при разрыве, %, не менее.......................................250

усадка, %, не более..................................................................................................3

Значительно более высокую влагозащищенность кабелей по сравнению с полиэтилене вой обеспечивает алюмополиэтиленовая оболочка, представляющая собой полиэтиленовую трубку металлизированную изнутри слоем алюминиевой фольги. Тонкий металлический барьер препятствует диффузии паров влаги через оболочку. Коэффициент влагонепроницаемое™ алюмополиэтиленовой оболочки в зависимости от ее конструкции и технологии изготовления может быть уменьшен в сотни, тысячи и даже десятки тысяч раз (т.е. на два-четыре порядка) по сравнению с однородной полиэтиленовой оболочкой. Единственный путь проникновения влага в кабель с такой оболочкой - между перекрывающимися краями полиэтиленовой ленты (рис. 6). При использовании двухслойной ленты «алюминий-полиэтилен» ее перекрывающиеся края 4 не герметизируются, так как полиэтиленовая пленка 2 нижнего края лишь соприкасается с алюминиевой фольгой 1 верхнего края. Если же экран выполнен из трехслойной ленты «полиэтилен-алюминий-полиэтилен», то смежные полиэтиленовые слои 2 перекрывающихся краев ленты также свариваются между собой. В этом случае на пути диффундирующих паров влаги находится узкий (2 ч 0,03 мм) и относительно длинный (равный ширине перекрытия) слой полиэтилена.

Алюминиевая лента не должна отслаиваться от полиэтиленовой оболочки: нормированное усилие отслаивания не менее 9,8 З на 0,01 м длины оболочки.

Поливииилхлоридная оболочка, точнее оболочка из поливинилхлоридного пластиката, применяется весьма ограниченно, а именно в кабелях с числом пар не более 100, прокладываемых в пожароопасных местах. В отличие от полиэтилена, поливинилхлорид не распространяет горения.

Поливинилхлоридный пластикат представляет собой переработанную смесь термопластичной смолы - поливинилхлорида с различными пластификаторами, стабилизаторами и наполнителями, повышающими эластичность поливинилхлорида и облегчающими процесс его экструдирования. Для изготовления оболочки применяется пластикат марки О-40 (буква О - от слова «оболочка», цифры характеризуют морозостойкость). Этой марке соответствуют рецептуры поливинилхлоридного пластиката 288, 288/1, 239 и 239/1.

9 НЕСУЩИЙ ТРОС

Самоиесущие кабели типа ТП, специально предназначенные для подвески на опорах, отличаются от других кабелей с полиэтиленовой изоляцией и оболочкой наличием в их конструкции стального несущего троса. Кабель с несущим тросом в сечении имеет форму, близкую к цифре «8». Наложение общей оболочки, состоящей из двух цилиндрических частей и перемычки между ними, на экранированный сердечник и несущий трос производится одновременно.



В качестве несущего троса применяется стальной канат спиральный, скрученный из семи проволок (по системе 1 + 6) с временным сопротивлением разрыву не менее 1,4 ГПа (140 кгс/мм²). Тип каната ЛК-0, что означает «с линейным касанием проволок», марка его РВ-ЛС-Н: грузовой, из проволок высшего качества, оцинкованных, для легких условий работы, правой скрутки, нераскручивающийся».

10 ЗАЩИТНЫЕ ПОКРОВЫ

В состав защитных покровов в общем случае входят три элемента (рис. 7) - подушка, броня, наружный покров: Б, К и БбШп.

В пожароопасных местах применяется защитный покров без наружного элемента: его обозначение БГ. Поверх стальной оболочки, не требующей для своей механической защиты брони, накладывается только один элемент защитных покровов, а именно наружный покров в виде экструдированного полиэтиленового шланга (Шп).

Подушка - внутренняя часть защитного покрова. Она накладывается на оболочку для предохранения последней от коррозии и от механических повреждений стальными броне-лентами или бронепроволоками как в процессе бронирования кабелей, так и при их прокладке. Подушка представляет собой комбинированный элемент, состоящий преимущественно из чередующихся слоев крепированной бумаги и битума (табл. 8).

Крепированная кабельная бумага представляет собой два слоя основы -- двухслойной водонепроницаемой бумаги, склеенных между собой битумом. Ее масса 200...260 г/м Содержание битума в ней - не менее 50%, а нафтената меди - не менее 5%.

Так как пластмассовая оболочка не подвержена коррозии, а контактирование ее с битумом нежелательно из-за возможного ухудшения свойств (старения) пластмассы, то подушка в кабелях с пластмассовой оболочкой не содержит первого и второго слоев битума.

Стальная броня - центральный элемент защитного покрова - служит для защиты кабеля от механических воздействий.

Стальная лента изготовляется из низкоуглеродистой стали: с цинковым покрытием или без покрытия. Марка оцинкованной бронеленты Апл; буквы «пл» означают «плоская». Оцинкованная лента должна обязательно применяться для бронирования кабелей, не имеющих наружного покрова, т.е. защитным покровом типа БГ. Неоцинкованную ленту в зависимости от предельных отклонений по толщине подразделяют на два вида: СЙ и РН Конструктивные параметры стальной ленты и допуски на них приведены в табл. 9.

Таблица 8. Конструкция подушки в защитных покровах городских телефонных кабелей

Покров типа	Последовательность слоев подушки	Толщина подушки, мм, не менее
Б; БГ; поверх оболочки: металлической пластмассовой	1. Битумный состав или битум Крепированная бумага 3. Битумный состав или битум 4. Крепированная бумага 5. Битумный состав или битум 1. Крепированная бумага Битум	1,5 1,0
БбШп; поверх пластмассовой оболочки	1. Пластмассовые ленты (2-4)	0,3-0,5
К; поверх металлической или пластмассовой оболочки	1. Битумный состав или битум Крепированная бумага 3. Битумный состав или битум 4. Пропитанная кабельная пряжа 5. Битумный состав или битум	2,0
Примечание: вместо крепированной допускается применение пропитанной кабельной бумаги

Таблица 9 - Конструктивные данные стальной брони

Диаметр кабеля по оболочке, мм	До 13	13-16	16-37	37-50	Свыше 50
Число и толщина бронелент, мм, в покровах:
Б, БГ БбШп	2x0,3 2x0,3	2x0,5 2x0,3	2x0,5 2x0,3	2x0,5 2x0,3	2x0,8 2x0,3
Диаметр бронепроволок, мм	-	-	4	4-6	6
Примечание: взамен брони из стальных лент толщиной 0,3 мм допускается применение брони из стальных лент толщиной 0,5 мм или из стальных оцинкованных проволок диаметром 1,4--1,8 мм

Стальная оцинкованная круглая проволока также изготовляется из низкоуглеродной стали. В зависимости от назначения и поверхностной плотности цинкового покрытия стальная проволока разделяется на две группы: Ж и ОЖ для эксплуатации соответственно в жестких и особо жестких коррозионных условиях.

Стальные ленты накладываются с зазором 20...40% ширины ленты (К_н>ср= 0,3). Верхняя лента симметрично перекрывает зазор между витками нижней ленты. Средний для каждого диапазона диаметров кабелей угол наложения стальных лент а, лежит в пределах 45...25°, уменьшаясь по мере увеличения диаметра.

11 НАРУЖНЫЙ ПОКРОВ

Наружный покров является внешним элементом защитного покрова и служит главным образом для защиты стальной брони от коррозии. Как и подушка, наружный покров состоит из нескольких слоев.

В кабелях связи применяются три варианта наружного покрова (табл. 10).

Входящая в состав покровов типов Б и К кабельная пряжа разделяется на три группы: специальную, повышенную и обыкновенную. Специальная пряжа изготовляется из джутово-кенафного волокна, а пряжа двух других групп - из короткого льняного, пенькового и кенафного волокон. Нормированная влажность пряжи: специальной 14%, остальной 12%. Разрывное усилие для пряжи, не менее, кгс:

специальной 14,..18,6 (14,4...19,0);

повышенной 9,8...18,6 (10...19,0);

обыкновенной 9,3...17,6 (9,5...18,0).

Таблица 10 - Состав наружного покрова

Тип защитного покрова	Последовательность слоев
Б, К	1. Битумный состав или битум Пропитанная кабельная пряжа или стеклянная пряжа из штапе-лированного волокна 3. Битумный состав или битум 4. Покрытие, предохраняющее витки кабеля от слипания (обычно меловое)
БбШп	5. Вязкий подклеивающий (выпрессованный) полиэтиленовый защитный шланг 6. Экструдированная (выпрессованный) полиэтиленовый защитный шланг
Шп	7. Вязкий подклеивающий состав 8. Лента поливинилхлоридная, полиэтилен-терефталатная, полиамидная или другая равноценная 9. Экструдированный полиэтиленовый шланг

Минимальная толщина битумно-волоконного наружного покрова независимо от диаметра кабеля 2 мм. Толщина защитного полиэтиленового шланга указана в табл. 11. Предельное отклонение от минимальной толщины шланга минус 15%; плюсовой допуск не нормируется.

Таблица 11 - Номинальная толщина полиэтиленового защитного шланга, мм

Тип защитного покрытия	Толщина шланга при диаметре кабеля по оболочке, мм
	До 10	10-15	15-20	20-30	30-40	40-50	50-60	Свыше 60
БбШп (ГОСТ 22498-77)	1,5	2,0	2,3	2,6	3,0	3,3	3,3	3,3
Шп (ГОСТ 7006-72)	2,0	2,0	2,0	2,5	2,5	2,5	2,5	3,0

Для защитного шланга используется такой же полиэтилен высокого давления (низкой плотности), как и для оболочки.

Кабельную пряжу и кабельную бумагу для защитных покровов предварительно пропитывают противогнилостным составом на нефтяной основе с добавкой не менее 10% антисептика - нефтената меди так, чтобы содержание последнего было не менее 4% к массе пропитанной пряжи и соответственно бумаги.

Для поливочного состава применяются нефтяные битумы - строительные и дорожные, получаемые из окисленных и неокисленных продуктов прямой перегонки нефти. Основные параметры битумов приведены в табл. 12.

Таблица 12. Основные параметры битумов

Параметр	Битум марки
	БН 50/50	БН 70/30	БН 90/10	БНД 60/90	БНД 40/60
Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не менее	50	70	90	47	51
Глубина проникновения иглы при 25 «С, 0,1 мм	41-60	21-40	5-20	61-90	40-60
Температура вспышки, °С, не ниже	220	230	240	220	220
Температура самовоспламенения, «С, не ниже			368
Температура хрупкости, «С, не выше	Не нормирована	-15	-10