أغلفة الحماية وأغلفة الكابلات: الغرض ، المواد ، الأنواع ، مقاومة التآكل ، المصفحة
تعيين الأغطية والأغطية الواقية
تعمل الأغطية الواقية على حماية طبقة العزل سلك أو كابل من تأثير البيئة ، ولكن بشكل رئيسي من تأثير الرطوبة. كلما كان عزل الكابل أو السلك أقل مقاومة للرطوبة ، كلما كان من الضروري استخدام الغمد بشكل مثالي.
تؤثر ظروف التشغيل المادية للكابل أيضًا على اختيار مادة الغلاف ، على سبيل المثال ، إذا كانت هناك حاجة إلى زيادة مرونة الكبل ، فيجب استخدام غلاف مرن.
المواد المستخدمة للاحتواء قليلة ، وهي الرصاص والألمنيوم والمطاط والبلاستيك وتوليفات منها.
تعمل الأغطية الواقية للأسلاك والكابلات على حماية الموصل من الإجهاد الميكانيكي أثناء التمديد أو أثناء التشغيل ، فضلاً عن حماية أغلفة الكابلات من التآكل ، وبالتالي تتميز الطلاءات المضادة للتآكل أحيانًا عن مجموعة الأغطية الواقية.
كطلاء مضاد للتآكل ، غالبًا ما يتم استخدام ورق الكابلات ، ويتم تطبيقه من طبقة ذات سقي متزامن بتركيبات البيتومين ذات اللزوجة المناسبة.
تتكون الأغماد الواقية من القطن أو خيوط الكابلات المطبقة على شكل جديلة أو جديلة على الطبقة العازلة أو الغلاف الواقي للكابل أو جديلة على الطبقة العازلة أو الغمد الواقي للكابل أو الموصل.
إن تغطية الأغلفة الواقية بالبلاستيك منتشر على نطاق واسع لحمايتها من التآكل والضرر الميكانيكي.
كطلاء مضاد للتآكل ، غالبًا ما يتم استخدام ورق الكابلات ، ويتم تطبيقه من طبقة ذات سقي متزامن بتركيبات البيتومين ذات اللزوجة المناسبة.
غالبًا ما يتم استخدام جديلة من الأسلاك الفولاذية الرقيقة للحماية الميكانيكية للأسلاك والكابلات المرنة.
في عدد من التصميمات ، يتم تغطية الضفائر المصنوعة من القطن والخيوط الأخرى بورنيش خاص (طلاء الورنيش) الذي يحمي السلك من تأثير البيئة ومن تأثير الأوزون ويزيد من مقاومة السلك للرطوبة والبنزين.
تُستخدم أيضًا الأغطية المركبة من البلاستيك والرقائق المعدنية والقماش أو الورق المطلي ، وفي بعض الحالات يمكن أن تحل محل غلاف الرصاص (خاصة للكابلات المستخدمة في التركيبات الداخلية والمؤقتة).
الاحتفاظ بالمواد
الرصاص هو المادة الرئيسية التي تصنع منها السترات الواقية من الرصاص. الميزة الرئيسية لغمد الرصاص على جميع الأغلفة والطلاءات الأخرى هي مقاومته الكاملة للرطوبة ، والمرونة الكافية والقدرة على التطبيق بسرعة وبتكلفة منخفضة على الكابل باستخدام مكبس الرصاص.
ومع ذلك ، فإن الرصاص له العديد من العيوب: الجاذبية النوعية العالية ، القوة الميكانيكية المنخفضة ، المقاومة غير الكافية للتآكل الميكانيكي والكهروكيميائي.
كل هذا ، مع مراعاة الاحتياطيات المحدودة والطبيعية من الرصاص ، يجعل من الضروري تحسين جودة أغلفة الرصاص ، وإدخال البدائل وتصميم أنواع جديدة من منتجات الكابلات بدون أغلفة الرصاص.
يستخدم الرصاص الذي لا يقل عن درجة C-3 ، مع محتوى الرصاص بنسبة 99.86٪ ، في غرق أغلفة الكابلات.
يتم تحديد القوة الميكانيكية لقذيفة الرصاص إلى حد كبير من خلال هيكلها.الهيكل المسامي الدقيق الناتج عن إنتاج القشرة من درجات الرصاص C-2 و C-3 مع التبريد السريع والمكثف للقشرة المبثوقة هو الأكثر قوة واستقرارًا ميكانيكيًا.
مع بنية الحبوب المتوسطة والخشنة ، يتم الحصول على نقاط منخفضة الجودة. من هذه القذائف ، حتى في ظل ظروف الإنتاج العادية ، تنمو بلورات الرصاص ، والتي تتحول بعد ذلك بالنسبة لبعضها البعض على طول مستويات الانقسام ، وهذا يؤدي إلى تدمير مبكر للقشرة.
الرصاص النقي جدًا عرضة لتكوين الكريستال ونموه حتى في درجة حرارة الغرفة ، مما يجعله غير مناسب لإنتاج أغلفة الرصاص.
يتمثل أحد التدابير لمكافحة تبلور الرصاص ، بالإضافة إلى التبريد بعد الطلاء بالرصاص ، في إضافة القصدير والأنتيمون والكالسيوم والتيلوريوم والنحاس ومعادن أخرى إلى الرصاص.
كبل Battlecruiser ، الذي صنع للبحرية الملكية لبريطانيا العظمى ، بتكليف من عام 1920. ثلاثة موصلات ، مغلفة بالرصاص ، في درع.
أفضل مادة مضافة هي القصدير ، والذي ، عند احتوائه في الرصاص بكمية تتراوح من 1-3٪ من حيث الوزن ، يوفر بنية ثابتة دقيقة الحبيبات. ومع ذلك ، فإن القصدير نادر للغاية ويتم استبداله حاليًا في أغلفة الكابلات بمعادن أخرى.
يؤثر إدخال الأنتيمون في الرصاص بمقدار 0.6 إلى 0.8 ٪ بشكل إيجابي على هيكل غلاف الرصاص ويزيد من القوة الميكانيكية ، مما يقلل إلى حد ما من المرونة ، أي قدرة غلاف الرصاص على الانحناء. تعطي إضافة التيلوريوم بكمية حوالي 0.05٪ نتائج جيدة. كما انتشر على نطاق واسع ما يسمى بالرصاص النحاسي ، وهو الرصاص بمزيج من النحاس - بكمية تقارب 0.05٪.
بالإضافة إلى السبائك المزدوجة ، توجد سبائك ثلاثية من الرصاص مع الكادميوم والقصدير (0.15٪) والأنتيمون ومعادن أخرى. هذه السبائك أقل ملاءمة للتصنيع ونتائج اختبارها قريبة من نتائج بعض السبائك الثنائية والرصاص النحاسي.
يمكن أيضًا استخدام الألمنيوم في صناعة أغطية الكابلات. لهذا الغرض ، يتم استخدام كل من الألومنيوم عالي النقاء والتقني (مع نسبة الألمنيوم 99.5 و 99.99٪) ، وخصائصه الميكانيكية أفضل من تلك الخاصة بسبائك الرصاص وسبائك الرصاص.
قوة غلاف الألمنيوم أعلى بمقدار 2-3 مرات على الأقل من قوة الرصاص. درجة حرارة إعادة بلورة الألمنيوم ، وكذلك مقاومته للاهتزاز ، أعلى بكثير من تلك الخاصة بالرصاص.
تبلغ الثقل النوعي للألمنيوم 2.7 ونسبة الرصاص 11.4 ، وبالتالي فإن استبدال غلاف الرصاص بالألمنيوم يمكن أن يؤدي إلى انخفاض كبير في وزن الكابل وزيادة القوة الميكانيكية للغلاف ، مما يجعل ذلك ممكنًا في بعض الحالات رفض تقوية الكابل بشرائط فولاذية.
العيب الرئيسي للألمنيوم هو مقاومة التآكل غير كافية... عملية تطبيق الغمد على الكابل معقدة بشكل كبير بسبب درجة انصهار الألمنيوم العالية (657 درجة مئوية) والضغط المتزايد أثناء الضغط ، والذي يصل إلى ثلاثة أضعاف الضغط عند دفع غمد الرصاص.
يمكن تطبيق غلاف الألمنيوم ليس فقط عن طريق العقص ، ولكن أيضًا بالطريقة الباردة ، حيث يتم سحب الأسلاك والكابلات المعزولة في أنابيب الألومنيوم التي تم تصنيعها مسبقًا بالبثق ، متبوعة بالتغليف بالسحب أو الدرفلة. تسمح هذه الطريقة باستخدام الألومنيوم من الدرجة التجارية.
طريقة اللحام البارد لغمد الألمنيوم شائعة جدًا ، والتي تتمثل في حقيقة أن حواف شريط الألمنيوم مطبقة طوليًا على ممر الكابل بين الأسطوانات ، مما يساعد على إنشاء ضغط محدد عالي على الألومنيوم ، وهو ما يكفي للحام البارد.
حاليًا ، يتم استخدام البلاستيك بنجاح لإنتاج أغلفة واقية للأسلاك والكابلات بدلاً من الرصاص.عند الحاجة إلى زيادة مرونة الكابلات ، يكون المطاط المفلكن والأغلفة البلاستيكية هي الأنسب.
أغطية الخراطيم المطاطية المفلكنة هي الأكثر استخدامًا في تصنيع الكابلات. على المطاط الطبيعي أو الاصطناعي ومن مواد لدن بالحرارة مثل بولي كلوريد الفينيل والبولي إيثيلين.
القوة الميكانيكية لهذه الأصداف عالية جدًا (قوة التمزق تتراوح من 1.0 إلى 2.0 كجم / مم 2 ، استطالة من 100 إلى 300 ٪).
العيب الرئيسي هو نفاذية الرطوبة الملحوظة ، والتي تُفهم على أنها قيمة تميز قدرة المادة على تمرير بخار الماء تحت تأثير فرق الضغط على جانبي طبقة المادة.
يمكن للمطاط المفلكن على المطاط الطبيعي أن يعمل لفترة طويلة في درجات حرارة تتراوح من -60 إلى +65 درجة مئوية.
هناك مطاط السيليكون ، مواد مطاطية جديدة عبارة عن بوليمرات سيليكون ، وهي مواد جزيئية عالية ، يتم على أساسها دمج بنية ذرات السيليكون مع ذرات الكربون.
يمكن للغلاف المصنوع من المواد البلاستيكية الحرارية ، مقارنة بغلاف الرصاص للكابلات ، أن يقلل بشكل كبير من وزن الكابل ويزيد من مقاومة التآكل للغلاف والقوة الميكانيكية (انظر أيضًا - الأسلاك والكابلات ذات العزل المطاطي).
تدمير غمد الرصاص
القوة الميكانيكية لغلاف الرصاص ضرورية لضمان الحماية الكافية للطبقة العازلة من البيئة المحيطة بالكابل. يجب الحفاظ على هذه الخاصية (القوة الميكانيكية) لفترة طويلة أثناء تشغيل الكابل لعدة عقود ولا تتغير بمرور الوقت تحت تأثير الأسباب الميكانيكية (الاهتزازية) والكيميائية (التآكل).
تعتمد الخصائص الميكانيكية لأغلفة الرصاص واستقرارها تحت تأثير الأسباب المختلفة بشكل أساسي على هيكل الغمد وتغيراته تحت تأثير الحرارة والاهتزاز.
غالبًا ما لا تتحمل الكابلات ذات الغلاف الرصاصي ذي الهيكل الخشنة النقل طويل المدى ، حتى عن طريق السكك الحديدية (خاصة في فصل الصيف).
تحت تأثير الاهتزاز وزيادة درجة الحرارة ، تبدأ بلورات الرصاص في النمو ، وتظهر شبكة من الشقوق الصغيرة على القشرة ، والتي تتعمق أكثر فأكثر وتؤدي في النهاية إلى تدمير القشرة.إن أغلفة الرصاص للكابلات الموضوعة على الجسور معرضة بشكل خاص لتلف الاهتزازات.
كانت هناك حالات عندما وصلت كابلات الرصاص ، التي تم إرسالها في الصيف بالسكك الحديدية لعدة آلاف من الكيلومترات ، إلى وجهتها بقذيفة مدمرة بالكامل.
تحدث مثل هذه الحالات غالبًا على أغلفة الرصاص المصنوعة من الرصاص النقي. تعطي إضافات القصدير والأنتيمون والتيلوريوم وبعض المعادن الأخرى بنية حبيبات دقيقة ومستقرة وبالتالي تُستخدم في إنتاج أغلفة كبلات الرصاص.
عندما يترك تيار التسرب غلاف الرصاص لكابل موضوع في تربة جيرية رطبة تحتوي على كربونات أيونات الرصاص PbC03 عند نقطة الخروج حيث يتم تدمير غمد الرصاص لاحقًا.
يمكن أن يؤدي التآكل الكهروكيميائي للرصاص إلى تدمير كامل لغمد الرصاص في غضون عام إلى عامين ، حيث يمكن أن يحمل تيار 1 أ سنويًا حوالي 25 كجم من الرصاص أو 9 كجم من الحديد ، وبالتالي بمتوسط تيار تسرب 0.005 أمبير في عام واحد يدمر حوالي 170 جم من الرصاص أو حوالي 41.0 جم من الحديد.
مقياس جذري محاربة التآكل الكهروكيميائي هو ما يسمى بالحماية الكاثودية ، استنادًا إلى حقيقة أن المعدن المحمي يُعطى إمكانات سلبية فيما يتعلق بالتركيبات المحيطة ، مما يجعل هذا المعدن محصنًا ضد جميع أنواع تآكل التربة تقريبًا.
الحد الأدنى من الجهد الكهربي الذي تتوقف عنده جميع أنواع التآكل هو 0.85 فولت للأنابيب الفولاذية و 0.55 فولت لأغلفة الرصاص للكابلات الكهربائية.
في عدد من الحالات ، يوفر طلاء غلاف الرصاص حماية جيدة ضد التآكل الكهربائي بغطاء واقي يتكون من طبقة من البيتومين شبه الموصّل وشريطين مطاطيين شبه موصلين وشريط تثبيت أبيض. في هذه الحالة ، يتم الحصول على نوع من الفلتر الإلكتروني ، والذي يمرر التيار الكهربائي الخارج من الغمد ، ويفصل الرصاص عن التأثير المباشر للمستقبل في التحليل الكهربائي الأيوني.
القوى الميكانيكية في غلاف الكابل
تنشأ القوى الميكانيكية في غلاف الكابل نتيجة لتدفق خليط التشريب في تعليق عمودي اسلاك الطاقة، وكذلك بسبب التمدد الحراري لخليط التشريب عند تسخين الكابل. في الحديث كابلات ضغط عالي مليئة بالنفط والغاز يجب أن يتحمل غمد الرصاص ضغطًا داخليًا كبيرًا.
عندما يتم تسخين خليط التشريب ، يزداد الضغط في الكبل إلى قيمة مقابلة للضغط الهيدروستاتيكي. كلما كان تشريب الطبقة العازلة أفضل ، زاد الضغط الذي يتم الحصول عليه في الكبل أثناء التسخين ، حيث يتناقص حجم شوائب الغاز مع تحسين تشريب الكابل.
تحت تأثير الضغط الذي يعمل على الجانب الداخلي للغمد ، يميل الأخير إلى التوسع ، وإذا تم تجاوز حد التشوه المرن للرصاص ، فسيحدث تشوه دائم ، مما يضعف غمد الرصاص ويقلل من التشغيل خصائص الكابل.
يمكن أن تتسبب دورات التسخين والتبريد المتكررة للكابل التي تؤدي إلى حدوث تشوهات دائمة في الرصاص في تمزق غمد الرصاص.
نظرًا لأن الرصاص بدون إضافات في درجة حرارة الغرفة ليس له حد مرن تقريبًا ، فإن ظهور مثل هذه التشوهات الدائمة في غلاف الرصاص لكابل العمل سيؤدي بلا شك إلى انتهاك قوته الميكانيكية.
يؤدي وجود مواد مضافة في الرصاص إلى زيادة الخواص الميكانيكية وخاصة الحد المرن للغلاف ، لذلك ، بالنسبة للكابلات المعرضة للضغط من الداخل ، يلزم استخدام الرصاص المخلوط أو السبائك المزدوجة والثلاثية الخاصة.
يحدد تقليل الخواص الميكانيكية لقذيفة الرصاص بمرور الوقت مدى عمرها. ومن وجهة النظر هذه ، ينشأ مفهوم "منحنى عمر الصدفة" ، مما يعني العلاقة بين قوة الشد في الغلاف ومدة قوتها. العمل حتى تمزق القشرة.
في الحالات التي يلزم فيها تعزيز غلاف الرصاص للكابل ، على سبيل المثال في الكابلات المملوءة بالغاز أو المعدة للوضع على طريق مائل بشدة ، فإن تطبيق درع شريطي من شريطين رفيعين من النحاس أو الصلب يزيد من القوة الميكانيكية للـ يجعله مناسبًا للضغط العالي ، يتطور في الكابل.
الكابلات المصفحة
لا يوفر غلاف الرصاص حماية كافية ضد التأثيرات الميكانيكية ، على سبيل المثال التأثيرات العرضية على الكبل أثناء التثبيت ، وعلى وجه الخصوص ضد قوى الشد التي تحدث أثناء مد الكبل وأثناء تشغيله.
في الكابلات للتركيب الرأسي ، خاصة في الأنهار والبحر ، من الضروري حماية غلاف الرصاص من قوى الشد ، لأنه بدون هذه الحماية ، سوف يتمزق غمد الرصاص أو يتلف بمرور الوقت.
هناك نوعان رئيسيان من الدروع: الشريط ، الذي يحمي الكابل بشكل أساسي من التأثيرات الميكانيكية العرضية أثناء التمديد ، والأسلاك - من قوى الشد.
يتكون درع الشريط من شريطين فولاذيين موضوعين على دعامة من مواد ليفية بحيث تتداخل الفجوات بين المنعطفات لشريط واحد مع لفات الشريط الآخر. الفجوات بين حواف المنعطفات لشريط واحد تساوي حوالي ثلث عرض الشريط ، ويجب أن يكون تداخل المنعطفات في شريط واحد مع المنعطفات ، والآخر ، على الأقل ربع عرض الشريط قطاع مدرعة قطاع.
يسمح هذا التنفيذ لدرع الكبل بحماية غلاف الرصاص من الاصطدام بمجرفة عند وضع الكبل والتأثيرات الميكانيكية الأخرى غير القوية جدًا ، وفي نفس الوقت يحافظ على المرونة اللازمة لتمديد الكابل ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق تحريك « الانحناءات من درع الشريط بالنسبة لبعضها البعض.
عيب الشريط الدرع هو إمكانية إزاحة انحناءات الشريط المدرع عند سحب الكابل على طول الأرض أثناء التمديد. يستخدم هذا الدرع بشكل أساسي في تدريع الكابلات الأرضية ، وكذلك الكابلات الموضوعة في الداخل في أنفاق الكابلات وعلى جدران المباني.
يجب أن يتمتع الشريط الفولاذي المستخدم في صناعة الكابلات بمقاومة شد تتراوح من 30 إلى 42 كجم / مم 2 ، لأن الشريط ذو قوة الشد العالية يكون شديد المرونة ولا يستقر جيدًا على الكابل أثناء الحجز. مطلوب استطالة عند الكسر 20-36٪ (بطول يقدر 100 مم).
بالنسبة لكابلات الطاقة المدرعة ، يتم استخدام شريط فولاذي بسمك 0.3 و 0.5 و 0.8 ملم وعرض 15 و 20 و 25 و 30 و 35 و 45 و 60 ملم ، اعتمادًا على قطر الكابل. يجب تسليم الشريط في دوائر بقطر حوالي 500-700 مم.
يتم استخدام الأسلاك المدرعة بشكل دائري ومقطع (مسطح). يتم استخدام الأسلاك المستديرة لتدعيم الكابلات التي يجب أن تتحمل قوى شد كبيرة أثناء التركيب أو التشغيل (مثل الكابلات البحرية). يتم استخدام الأسلاك المجزأة للكابلات الموضوعة في المناجم وفي الطرق شديدة الانحدار.
للحماية من التآكل ، يجب طلاء السلك المستخدم في التدريع بطبقة سميكة ومتواصلة من الزنك.
في الحجز ، يتم وضع درع سلكي ، مشابه للشريط ، على الكابل على وسادة ، والتي قد تتكون من طبقة من خيوط الكابلات مشربة مسبقًا بمركب مضاد للعفن ، ومغطى بطبقة من خليط البيتومين في الأعلى.
بالنسبة للدرع السلكي ، يتم أخذ اتجاه الالتواء في الاتجاه المعاكس لاتجاه الالتواء الكامل لنواة الكبل.
لحماية الدرع من التآكل (التآكل) ، يتم تغطيته بمركب بيتوميني وطبقة من خيوط الكابلات المشبعة مسبقًا والمغطاة من الأعلى بنفس المركب. تم تصميم الطبقة الخارجية من خيوط الكابلات ليس فقط لحماية الشريط المدرع أو السلك المدرع من التآكل ، ولكنها تستخدم أيضًا للتثبيت ، أي أنها لا تسمح للأشرطة المدرعة بالحركة وتحمل الأسلاك المدرعة في خيوط.
يجب ألا تحتوي الكابلات المخصصة للتركيب الداخلي على طبقة من خيوط الكابلات المشبعة فوق الطلاء المدرع لأسباب تتعلق بالسلامة من الحرائق. يجب أن تكون هذه الكابلات ، على سبيل المثال الكابلات من ماركة SBG ، مدرعة بشريط درع ملمع.
تتكون عملية الحجز من تطبيق الأغطية الواقية والدروع.يجب تطبيق كبل الرصاص بالتسلسل: طبقة من تركيبة البيتومينية ملتوية بشريطين من ورق الكابلات (طلاء مضاد للتآكل) ، طبقة من المركب ، خيوط كبلية أو ورق كبريتات مشبع (وسادة تحت الدرع) ، طبقة من تركيبة البيتومين ، درع مصنوع من شريطين من الصلب أو أسلاك فولاذية ، وطبقة من تركيبة البيتومين ، وخيوط كبلية (غطاء خارجي) ، وطبقة من تركيبة البيتومين ومحلول طباشيري.