Kaapeli (luultavasti saksalaisen kaapelin kautta tai hollantilaisen kaapelin kautta ranskalaisesta kaapelista , latinasta carulum " lasso ") - yksi siirtojohtotyypeistä , laite sähkömagneettisen energian tai signaalien siirtämiseksi kohteesta toiseen. [1] Signaalin siirtoon pitkissä pneumaattisissa linjoissa käytetään pneumaattista kaapelia . [2] [3] Historiallisesti kaapeli oli langasta kudottu köysi. Lennätin-, puhelin- ja virtakaapeleista puhuttaessa käytettiin termiä sähkökaapeli . [neljä]
Sähkökaapeleissa suurtaajuisten värähtelyjen sähkömagneettinen energia keskittyy pääasiassa eristykseen, kantaja ei ole ytimet, vaan niitä ympäröivä ympäristö. Tietoliikennekaapelin ytimet määrittävät vain energian liikkeen suunnan. [5]
Lennätinkaapeleiden kaupallinen tuotanto aloitettiin Englannissa vuonna 1851. Kaapelituotannon pohjalta kehitetty lennätinkaapeleiden valmistustekniikka. Ennen erikoistuneen kaapelituotannon luomista kaapeleita valmistettiin muun muassa köysitehtailla. Voimakaapeleiden tuotanto on kehittynyt pienvirtakaapelitekniikasta . Saksan vanhin kaapelitehdas, Carlswerk, rakennettiin vuonna 1874. [6] :5
Vuonna 1878 prosessiinsinööri M. M. Podobedov järjesti Venäjän ensimmäiset käsityöpajat Pietarin Vasilyevsky -saarella silkki- ja puuvillaeristeisten johtimien valmistukseen , jotka työllistivät useita ihmisiä. Samaan paikkaan hän perusti pienen yrityksen "Podobedovin, Leburden ja Co:n eristettyjen sähköjohtimien venäläinen tuotanto", joka muutettiin vuonna 1888 M. M. Podobedovin "Venäläisen sähköjohtojen tuotannon" tehtaaksi. 25. lokakuuta 1879 Werner von Siemensille ( Siemens ja Halske ) myönnettiin todistus töiden tuottamisesta hänen rakentamassaan tehtaassa , joka valmistaa eristettyjä lankoja ja lennätinjohtoja Pietarin Vasilyevsky-osassa (myöhemmin Sevkabelin tehdas). ) [7] .
Rakenne koostuu yhdestä tai useammasta toisistaan eristetystä johtimesta (ytimestä) tai optisista kuiduista , jotka on suljettu vaippaan [8] . Johtimien ja eristyksen lisäksi kaapeli voi sisältää suojan , sydämen, täyteaineen, teräs- tai lankapanssarin, metallivaipan, ulkovaipan. Jokaista rakenneosaa tarvitaan, jotta kaapeli toimii tietyissä ympäristöolosuhteissa.
Toisin kuin kaapelia, johtoja ei voida suunnitella asennettavaksi veden alle ja maahan. [9] :84 Ensimmäisessä offshore-kaapelissa (1850) ei ollut vaippaa, sydämen eristys kesti kosteutta ja suojana käytettiin panssaria. [9] :103
On myös kaapeleita, joissa yhdistyvät radiosignaalien lähettäminen ja lähettäminen ( säteilykaapeli ) tai sähköenergian muuntaminen lämmöksi pitkän matkan päässä ( lämmityskaapeli ).
Homogeenisiin kaapelituotteisiin kuuluvat kaapelit:
Kaapelit jaetaan myös seuraavasti:
ISO 11801 2002 -standardi kuvaa yksityiskohtaisesti kaapeleiden luokittelua.
Kaapeleiden johtimet on valmistettu seuraavista materiaaleista:
Tehokaapeleiden virtaa kuljettavat ytimet normalisoidaan kohdan [11] mukaisesti . Radiotaajuisten ja koaksiaalisten tietoliikennekaapeleiden sisäjohdin, symmetristen tietoliikennekaapeleiden sydämet, merkinanto- ja estokaapelisydämet on standardoitu halkaisijansa mukaan [12] .
Tapauksissa, joissa kaapelit on tiivistettävä (esimerkiksi laivojen kaapelit), kierrettyjen johtimien väliset raot täytetään tiivisteaineella [13] .
Symmetristen suurtaajuus-, asema-, puhelin- (paikallispuhelinverkkojen kytkentä- ja tilaajalinjojen) kaapeleiden yksilankaisten kuparijohtimien halkaisijan tulee vastata aluetta: 0,32; 0,4; 0,5; 0,64; 0,7; 0,9; 1,2 mm; kierretyille johtimille - kuparilankojen halkaisija (0,1 ... 0,52) mm, johtojen lukumäärä 7 - 19 [14] .
Kaapelin vaippa on suunniteltu suojaamaan johtimia ja eristeitä ulkoisilta vaikutuksilta, pääasiassa kosteudelta, mikä johtaa sähkökaapeleiden eristyksen rikkomiseen sekä optisten kuitujen samemiseen.
Kaapelin vaippa voi koostua yhdestä tai useammasta tiivistys- ja vahvistuskerroksesta, jolloin kerroksina voidaan käyttää erilaisia materiaaleja: kangasta , muovia , metallia , kumia jne. Sähköisten signaalien siirtokaapelit voidaan varustaa metalliverkosta, metallilevystä (foliosta) tai ohuella metallipinnoitteella varustetusta polymeerikalvosta valmistetulla näytöllä.
Kaapelituotteissa käytetyt PVC-yhdisteet jaetaan kolmeen pääryhmään:
Kovalla PVC:llä on korkea klooripitoisuus (noin 57 %) ja se on vaikea sytyttää. Yhdestä kilogrammasta kiinteää PVC:tä vapautuu 350 litraa kloorivetykaasua, joka liuotettuna voi tuottaa yli 2 litraa väkevää (25-prosenttista) suolahappoa.
Kaapelin eristykseen käytetään pehmeää PVC- tai kaapelimuoviseosta. Tämä materiaali sisältää 50% erilaisia lisäaineita (pehmitteitä jne.), jotka muuttavat suuresti polymeerin palavia ominaisuuksia. Pehmittimet alkavat haihtua jo 200 °C:ssa ja syttyvät. Klooripitoisuus laskee noin 35 %:iin, eikä se riitä estämään palon leviämistä. Kuitenkin, kun kloorivetyä vapautuu voimakkaasti, tulisijasta poistettu kiinteä PVC ei syty, ja tuli sammuu.
Lämpötilaerosta johtuen kaapelikuiluissa syntyvästä vedosta kloorivetyä sisältävät kaasut kulkeutuvat pois tulesta, tunkeutuvat kojetauluun ja laitetiloihin ja laskeutuvat laitteisiin [16] .
Kaapeleiden paloturvallisuusvaatimukset rajoittuivat 1980-luvun alussa pääosin palon leviämättömyyteen yksittäisten tai nippuina asetettujen kaapelituotteiden pituudella. Tätä varten käytettiin O-40, GOST 5960-72 (kaapelit VVG, AVVG) [17] muoviyhdisteistä valmistettujen kaapelituotteiden vaipat ; muoviseosta testattaessa 130 mm pitkä, 10 mm leveä ja 2 mm paksu näyte viedään kaasu- tai alkoholipolttimen liekkiin pitäen sitä liekissä 45° kulmassa syttymiseen asti, minkä jälkeen näyte otetaan. pois liekistä ja sen tulee sammua enintään 30 sekunnissa [18] ja NGP 30-32 (NGP 40-32) (TU 1328-86) [19] .
Kokeellisia tutkimuksia tehtiin simuloimalla kaapelin asennusta palovaaralliseen tilaan. AVVG 3x25+1x16 kaapelit asetettiin vaakasuoraan tarjottimille ja peitettiin sahanpurukerroksella. Kun vedettiin kolmessa rivissä ja 14 kaapelia peräkkäin, kaapelireitti paloi kokonaan koko pituudelta. Samalla mitattiin nopeuksia: alemmalla rivillä 0,00154 m/s, keskirivillä 0,00167 m/s, ylärivillä 0,00170 m/s [20] .
GOST 5960-72 "Polyvinyylikloridimuovi johtojen ja kaapeleiden eristykseen ja suojavaippaan" kehitettiin ja otettiin voimaan 1. tammikuuta 1974, ja siinä on 9 muutosta. Vuodesta 1991 lähtien työ GOST 5960-72:n teknisten muutosten tekemiseksi on lopetettu. Nykyisten PVC-yhdisteiden laatujen jatkokehitykset ja muunnelmat virallistettiin eritelmien muodossa [21] . 1. heinäkuuta 2010 alkaen standardien GOST 6323-79 "Polyvinyylikloridieristeiset johdot sähköasennuksiin" vaikutus Venäjän federaation alueelle. TU" ja GOST 16442-80 "Virtakaapelit muovieristeellä. TU" ja voimaan GOST R 53768-2010 "Sähköasennusten johdot ja kaapelit nimellisjännitteelle 450/750 V mukaan lukien. OTU" ja GOST R 53769-2010 "Muovieristetyt tehokaapelit nimellisjännitteelle 0,66; 1 ja 3 kV. OTU" [22] . Tammikuun 1. päivästä 2014 alkaen standardien GOST R 53768-2010 "Sähköasennusten johdot ja kaapelit nimellisjännitteellä 450/750 V mukaan lukien" vaikutus Venäjän federaation alueelle. OTU" ja GOST R 53769-2010 "Muovieristetyt tehokaapelit nimellisjännitteelle 0,66; 1 ja 3 kV. OTU" ja voimaan GOST 31947-2012 "Sähköasennusten johdot ja kaapelit nimellisjännitteelle 450/750 V mukaan lukien. OTU" ja GOST 31996-2012 "Muovieristetyt tehokaapelit nimellisjännitteelle 0,66; 1 ja 3 kV. OTU" [23] .
GOST 23436-83:n mukainen kaapelipaperi, joka on tarkoitettu eristämään voimakaapeleita 35 kV:n jännitteisiin asti, luokkien K ja KMP on valmistettu valkaisemattomasta sulfaattimassasta, laatu KM - valkaisemattomasta sulfaattimassasta monikerroksiseen kaapelipaperiin. GOST 645-79:n mukainen kaapelipaperi 110 - 500 kV jännitteiden kaapelieristykseen valmistetaan valkaisemattomasta erityisestä sulfaattimassasta, paperilajit KVM (monikerroksinen) ja KVMS (monikerroksinen stabiloitu) valmistetaan koneen tasaisesti ja paperilaatua KVMSU ( monikerroksinen stabiloitu tiivistetty) - kalanteroitu [24] .
Nykyaikaiset kaapelit valmistetaan XLPE-eristyksellä ja niitä käytetään eri jänniteluokkien verkoissa (500 kV asti). Silloitetun polyeteenin käyttö tarjoaa eristyksen korkeat dielektriset ominaisuudet, korkeat mekaaniset ominaisuudet, korkeammat lämpöolosuhteet verrattuna paperiöljyeristykseen, kaapeleiden luotettavuuden ja kestävyyden. Tehokkaaseen liittämiseen käytetään lämpökutistuvia kaapeliholkkeja [25] .
Tulen leviäminen Ostankinon televisiotornissa ylhäältä alas johtui syöttölaitteiden polyeteenivaipan valuvasta sulasta . Laboratorio-olosuhteissa liekin etenemisnopeus oli 0,25-0,50 m/min; TV-tornin tulipalon aikana korkeasta tilavuuslämpötilasta johtuen etenemisnopeus kasvoi 2-4-kertaiseksi, kun taas alas putoavat palavat polyeteenipisarat aiheuttivat toissijaisia tulipaloja.
Tulipesän korkeasta lämpötilasta ja kupariytimien korkeasta lämmönjohtavuudesta johtuen antennin syöttölaitteiden palosuojaus ei ollut tehokasta. Palonsuojana syöttölaitteiden polyeteenivaippaan käytettiin maalia ja pinta eristettiin lasikuitukankaalla. Palonkestävä rakenne painui ja putosi sisäpuolelta intensiivisen polyeteenin palamisen aikana. Syttyvillä polyeteenivaippoilla varustettujen syöttölaitteiden aktiivisen palamisen lisäksi vaikutti myös muiden kaapeleiden palaminen, joita ei suojattu palonestoaineilla [26] .
Öljyllä täytetty kaapeli on öljyn aiheuttama ylipaineinen kaapeli, joka on osa kyllästettyä paperieristystä ja joka on tarkoitettu kompensoimaan öljymäärän lämpötilan muutoksia.
Öljyllä täytetty kaapeli putkilinjassa on öljytäytteinen kaapeli, jossa on erikseen suojatut sydämet, jotka on suljettu vaipana toimivaan putkilinjaan [27] .
Tulipalojen kehittyminen kaapelihuoneissa, joissa on kaapeleita öljytäytteisissä putkissa tasaisissa kaasunvaihtoolosuhteissa, tapahtuu voimakkaammin kuin ilmakaapeleissa. Tämä johtuu siitä, että putkissa olevan öljyn lämpötila on 35-40 °C ylipaineen alaisena ja kun putkesta poistetaan paine, se leviää, mikä lisää paloaluetta [28] .
Venäjällä valmistettiin kaapeleita 110-500 kV jännitteelle tarvittavin liittimin. Tuotanto poistunut vuodesta 2005, ja nykyisin olemassa olevia linjoja korvataan suurjännitekaapeleilla, joissa on XLPE-eristys.
Fyysinen malli auringonotosta kannellisessa metallilaatikossa:
Ylikuormitusvirralle altistuessaan johtava sydän, eristys ja kaapelin vaippa kuumenevat. Kun rajalämpötila saavutetaan, alkavat eristemateriaalin ja kaapelin vaipan lämpöhajoamisen ja kaasutuksen kemialliset reaktiot. Tuloksena olevat lämpöhajoamistuotteet kuumennetaan ja sekoitetaan ilman kanssa, jolloin tapahtuu lämpöhapetusta. Kun termisen hajoamistuotteiden pitoisuuden kriittiset arvot ilmassa ja kaasuseoksen lämpötila saavutetaan, syttyminen tapahtuu [30] .
Monet kaapelit levittävät palamista ryhmä- tai yksittäisasennuksen aikana, ja niiden vaipat on valmistettu tavallisesta PVC-yhdisteestä (AVVG, VVG, KVVG jne.) tai jopa polyeteenistä (TPP) [31] . VVG- ja NRG-kaapelit viiden tai useamman kimpun numeroineen levittävät useimmissa tapauksissa palamista pystysuorassa järjestelyssä [32] .
Palamista levittävien kaapelien eristyksen alempi lämpöarvo on 16,9-19,2 MJ/kg ja maakaasun ja palonkestävän 22,5-25,2 ja 32 MJ/kg [33] .
Palamisen leviäminen kaapelilinjoja ja sähköjohtoja pitkin riippuu palamislämmön suhteesta kaapeli- ja/tai johtonipun tilavuuteen (tilavuus sisältää kaapelien ja johtojen väliset ilmaraot) [34] .
Vain yhden kaapelin palonestovaatimukset täyttävien kaapeleiden käyttö voimalaitoksilla ja muilla voimalaitoksilla on liittynyt huomattavaan määrään suuria vahinkoja aiheuttavia tulipaloja. Vuosina 1984-1986 koko Venäjän kaapeliteollisuuden tutkimuslaitoksessa kehitettiin massakäyttöisiä kaapelituotteita, jotka eivät levitä palamista ryhmäasennuksen aikana. Aluksi tällaisia kaapeleita ja johtoja käytettiin ydinvoimalaitoksissa, mutta sitten näitä kaapelituotteita käytettiin muilla teollisuudenaloilla. Indeksi "ng" on otettu käyttöön tämän tyyppisten kaapelimerkkien nimityksessä [35] . Tilastojen mukaan vuosina 1990–2008 ydinvoimalaitoksilla ei poltettu ng-tyyppisiä kaapeleita [33] .
"ng"-merkittyjen kaapelien vaippojen kemiallisessa koostumuksessa on halogeenisarjan elementtejä. Kaapelissa on lisääntynyt vastus oikosulkujen aiheuttaman palamisen ja syttymisen leviämistä vastaan. Kuitenkin sen polttaminen tulessa, kun se itse on alttiina liekeille, voi lisätä palamistuotteiden myrkyllisyyttä. Siksi niiden käyttö Länsi-Euroopan metroissa kiellettiin 1970-luvun lopulla [36] .
Päästöihin ja savuun liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi on luotu kaapelimateriaalien luokka, joka ei sisällä halogeeneja, eli ne eivät aiheuta syövyttäviä kaasuja ja niillä on huomattavasti alhaisempi savupäästötaso - ns. Halogeenittomat kaapelikoostumukset kehitetään tarpeesta nostaa niiden happiindeksiä arvoihin luokkaa 35…40. Tämä saavutetaan lisäämällä palonestoaineita-hydroksideja alkuperäiseen polymeeriin. Teollisessa mittakaavassa käytetään synteettistä ja luonnollista alkuperää olevia alumiinihydroksideja Al (OH) 3 ja magnesium Mg (OH) 2 . Hydroksidien paloa hidastavan vaikutuksen mekanismi on suuren lämpömäärän imeytyminen johtuen veden vapautumisesta lämpötilan noustessa. Teollisuuden halogeenittomien koostumusten peruspolymeerit ovat pääasiassa eteenikopolymeerejä: eteenivinyyliasetaattia (EVA), eteeni-akrylaattipolymeerejä (EMA, EEA, EBA), metalloseenieteeni-okteenikopolymeerejä (mULDPE) ja eteeni-propeenikopolymeerejä (EPR/EPDM). ) [ 37] .
Eristeen lämmönkestävyys tarkoittaa eristeen kykyä kestää altistumista kohonneille lämpötiloille normaalikäyttöön verrattavan ajan ilman, että sen ominaisuudet huononevat kohtuuttomasti. Synonyymejä ovat termit: lämmönkestävyys, lämmönkestävyys, lämpöstabiilisuus, lämpöstabiilisuus [38] .
Palonkestävyys on parametri, joka kuvaa kaapelituotteen suorituskykyä, eli kaapelituotteen kykyä jatkaa määritettyjen toimintojensa suorittamista, kun se altistuu liekinlähteelle tietyn ajan [39] .
Kaapelituotteiden päätteet on yleensä valmisteltava ennen asennusta. Kaapelin valmistelua liittämistä varten kutsutaan kaapelin leikkaamiseksi. Useimmiten tämä tarkoittaa eristyksen poistamista vaaditun pituiseksi, liittimien tai kaapelikenkien asentamista, johtojen merkintää, päätteiden sähkö- ja vesieristystä.
Puristusta käytetään päätettäessä ja liitettäessä alumiini (kupari) kaapelisydämiä, joka perustuu periaatteeseen metallikorvan putkimaisen osan (GOST 9581-68 tai GOST 7368-70 mukaan) tai liitosholkin paikalliseen painamiseen. kaapelin ydin. Tässä tapauksessa sydämen johdot tiivistetään ja muodostuu luotettava sähköinen kosketus. Käytetty työkalu on puristin . Puristamiseen sallittu kaapelisydänpoikkileikkaus on 4 - 240 mm². Ennen sektoriytimien puristamista ne voidaan muotoilla (pyöristää). Puristuslaajuusohjeet löytyvät kohdasta "Eristetyn kaapeleiden alumiini- ja kuparijohtimien päättäminen ja liittäminen" МН139-67 MMSS СССС ja sen lisäyksissä.
Käytä vaihtoehtona:
Kosteuden tunkeutuminen kaapeliin vahingoittaa sekä sähkökaapeleita (johtuen eristysresistanssin heikkenemisestä, rikkoutumisesta, johtavien johtimien korroosiosta) että optisia (valokuidun samentumisen vuoksi) kaapeleita. Tietoliikennekaapeleiden suojaamiseksi kosteudelta käytetään hydrofobista täyteainetta sekä kompressorisignaaliasennuksia, jotka syöttävät kuivattua korkeapaineilmaa kaapeliin. Leikkauksen jälkeen kaapelin päät on suljettava . Myös sen vaipan tiiveyden rikkomiseen liittyvien kaapelivaurioiden havaitsemiseksi kaapeliin voidaan syöttää merkkikaasua , jonka vuotokohta voidaan havaita suurella tarkkuudella vuodonilmaisimien avulla [40] .
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
|
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|