מעטפות מגן ומעטפות כבלים: מטרה, חומרים, סוגים, נגד קורוזיה, משוריין
מינוי פגזי מגן וכיסויים
כיסויי מגן משמשים להגנה על שכבת הבידוד חוט או כבל מהשפעת הסביבה, אבל בעיקר מהשפעת הלחות. ככל שהבידוד של הכבל או החוט פחות עמיד בפני לחות, כך יש ליישם את הנדן בצורה מושלמת יותר.
תנאי ההפעלה הפיזיים של הכבל משפיעים גם על בחירת חומר המעטפת, לדוגמה, אם נדרשת גמישות מוגברת של הכבל, יש להשתמש במעטפת גמישה.
חומרים המשמשים לבלימה הם מעטים, כלומר עופרת, אלומיניום, גומי, פלסטיק ושילובים שלהם.
כיסויי הגנה של חוטים וכבלים משמשים להגנה על המוליך מפני מתח מכני במהלך הנחת או במהלך הפעולה, כמו גם להגנה על מעטפות כבלים מפני קורוזיה, לכן ציפויים נגד קורוזיה נבדלים לעתים מקבוצת כיסויי המגן.
כציפוי נגד קורוזיה, לרוב משתמשים בנייר כבלים, המוחל משכבה עם השקיה בו זמנית עם קומפוזיציות ביטומן בעלות צמיגות מתאימה.
עטיפות מגן מורכבות מחוטי כותנה או כבלים המיושמים בצורה של צמה או צמה על שכבת הבידוד או מעטפת המגן של הכבל או צמה על שכבת הבידוד או מעטפת המגן של הכבל או המוליך.
כיסוי מארזי מגן בפלסטיק הוא נפוץ כדי להגן עליהם מפני קורוזיה ונזק מכני.
כציפוי נגד קורוזיה, לרוב משתמשים בנייר כבלים, המוחל משכבה עם השקיה בו זמנית עם קומפוזיציות ביטומן בעלות צמיגות מתאימה.
צמה של חוטי פלדה דקים משמשת לעתים קרובות להגנה מכנית של חוטים וכבלים גמישים.
במספר עיצובים, צמות עשויות כותנה וחוטים נוספים מכוסות בלכות מיוחדות (לכות ציפוי) המגנות על החוט מהשפעת הסביבה, מפני פעולת האוזון ומגבירות את עמידות החוט ללחות ובנזין.
כמו כן נעשה שימוש בכיסויים מרוכבים של פלסטיק, נייר כסף ובד או נייר מצופה, ובמקרים מסוימים יכולים להחליף את מעטפת העופרת (במיוחד עבור כבלים המשמשים להתקנות פנימיות וזמניות).
שמירה על חומרים
עופרת היא החומר העיקרי שממנו עשויים האפודים האמינים ביותר. היתרון העיקרי של מעטפת העופרת על פני כל המעטפות והציפויים האחרים הוא עמידות מלאה בלחות, גמישות מספקת ויכולת יישום מהיר וזול על הכבל באמצעות מכבש עופרת.
עם זאת, לעופרת חסרונות רבים: משקל סגולי גבוה, חוזק מכני נמוך, עמידות לא מספקת בפני קורוזיה מכנית ואלקטרוכימית.
כל זאת, בהתחשב במאגרים המוגבלים והטבעיים של עופרת, מחייב לשפר את איכות מעטפת העופרת, להכניס תחליפים ולתכנן סוגים חדשים של מוצרי כבלים ללא מעטפות עופרת.
עופרת לא נמוכה מדרגה C-3, עם תכולת עופרת של 99.86%, משמשת לשקיעת עטיפות כבלים.
החוזק המכני של מעטפת העופרת נקבע במידה רבה ע"י המבנה שלה. המבנה הנקבובי העדין המתקבל כתוצאה מייצור המעטפת מדרגות עופרת C-2 ו-C-3 עם קירור מהיר ואינטנסיבי של המעטפת המחולצת הוא הכי חזק ויציב מבחינה מכנית.
עם מבנה גרגר בינוני וגס מתקבלות נקודות באיכות נמוכה. מקונכיות כאלה, גם בתנאי ייצור רגילים, צומחים גבישי עופרת, אשר לאחר מכן זזים זה לזה לאורך מישורי המחשוף, והדבר מוביל להרס מוקדם של הקליפה.
עופרת טהורה מאוד נוטה מאוד להיווצרות גבישים ולגדילה גם בטמפרטורת החדר, מה שהופך אותה לא מתאימה לייצור נדני עופרת.
אמצעי למאבק בהתגבשות עופרת הוא, בנוסף לקירור לאחר ציפוי עופרת, הוספת פח, אנטימון, סידן, טלוריום, נחושת ומתכות נוספות לעופרת.
כבל Battlecruiser, שנבנה עבור הצי המלכותי של בריטניה, הוזמן בשנת 1920. שלושה מוליכים, מעטפת עופרת, בשריון.
התוסף הטוב ביותר הוא פח, שכאשר הוא כלול בעופרת בכמות של 1-3% במשקל, מספק מבנה עדין יציב. עם זאת, הפח הוא דל מאוד וכיום מוחלף במעטפת הכבלים במתכות אחרות.
החדרת אנטימון לעופרת בכמות של 0.6 עד 0.8% משפיעה לטובה על מבנה מעטפת העופרת ומגבירה את החוזק המכני, מורידה במידת מה את הגמישות, כלומר את יכולת הכיפוף של מעטפת העופרת. תוספת של טלוריום בכמות של כ-0.05% נותנת תוצאות טובות. מה שנקרא עופרת נחושת, שהיא עופרת עם תערובת של נחושת - בכמות של כ-0.05% - הפכה גם היא לנפוצה.
בנוסף לסגסוגות הכפולות, קיימות סגסוגות טרינריות של עופרת עם קדמיום, בדיל (0.15%), אנטימון ומתכות נוספות. סגסוגות אלו פחות נוחות לייצור ותוצאות הבדיקה שלהן קרובות לאלו של כמה סגסוגות בינאריות ועופרת נחושת.
ניתן להשתמש באלומיניום גם לייצור מעילי כבלים. לשם כך נעשה שימוש באלומיניום טכני ובטוהר גבוה (בעל תכולת אלומיניום 99.5 ו-99.99%), שהמאפיינים המכניים שלו טובים יותר מאלו של עופרת וסגסוגות עופרת.
חוזק מעטפת האלומיניום גבוה לפחות פי 2-3 מחוזק העופרת. טמפרטורת ההתגבשות מחדש של האלומיניום, כמו גם עמידותו בפני רטט, גבוהות משמעותית מאלו של עופרת.
המשקל הסגולי של האלומיניום הוא 2.7 ושל העופרת הוא 11.4, לכן החלפת מעטפת העופרת באלומיניום יכולה לגרום להפחתה גדולה במשקל הכבל ולעלייה בחוזק המכני של הנדן, מה שיאפשר זאת. במקרים מסוימים לסרב לחיזוק הכבל ברצועות פלדה.
החיסרון העיקרי של האלומיניום הוא שלו עמידות בפני קורוזיה לא מספקת... תהליך הנחת המעטפת על הכבל מסובך באופן משמעותי בגלל נקודת ההיתוך הגבוהה של האלומיניום (657 מעלות צלזיוס) והלחץ המוגבר במהלך הלחיצה, שמגיע פי שלושה מהלחץ בעת דחיפת נדן העופרת.
ניתן ליישם מעטפת אלומיניום לא רק על ידי כיווץ, אלא גם בשיטה קרה, בה נמשכים חוטים וכבלים מבודדים לתוך צינורות אלומיניום שנעשו בעבר בשיחול, ולאחר מכן נידוף באמצעות משיכה או גלגול. שיטה זו מאפשרת שימוש באלומיניום בדרגה מסחרית.
שיטת הריתוך הקר של מעטפת אלומיניום היא נפוצה למדי, המורכבת מכך שקצוות פס אלומיניום המיושמים לאורך הכבל עוברים בין גלילים, בעזרתו נוצר לחץ ספציפי גבוה על האלומיניום, מספיק על הריתוך הקר שלו.
נכון להיום, נעשה שימוש מוצלח בפלסטיק לייצור עטיפות הגנה לחוטים וכבלים במקום עופרת.כאשר נדרשת גמישות כבלים מוגברת, נדני גומי מגופר ופלסטיק מתאימים ביותר.
כיסויי צינור גומי מגופר הם הנפוצים ביותר בייצור כבלים. על גומי טבעי או סינתטי ומחומרים תרמופלסטיים כגון PVC, פוליאתילן.
החוזק המכני של פגזים כאלה גבוה למדי (חוזק קריעה בטווח שבין 1.0 ל-2.0 ק"ג / מ"מ, התארכות מ-100 ל-300%).
החיסרון העיקרי הוא חדירות הלחות המורגשת, המובנת כערך המאפיין את יכולת החומר לעבור אדי מים בהשפעת הפרש לחצים משני צידי שכבת החומר.
גומי מגופר על גומי טבעי יכול לעבוד במשך זמן רב בטווח הטמפרטורות שבין -60 ל + 65 מעלות צלזיוס. עבור רוב הפלסטיקים, גבולות אלה צרים הרבה יותר, במיוחד עבור טמפרטורות מתחת לאפס מעלות.
ישנן גומיות סיליקון, חומרי גומי חדשים שהם פולימרי סיליקון סיליקון, אלו חומרים מולקולריים גבוהים, שבבסיסם מבנה אטומי הסיליקון משולב עם אטומי פחמן.
המעטפת העשויה מחומרים תרמופלסטיים, בהשוואה למעטפת העופרת של הכבלים, יכולה להפחית משמעותית את משקל הכבל ולהגביר את עמידות המעטפת בפני קורוזיה ואת החוזק המכני (ראה גם - חוטים וכבלים עם בידוד גומי).
הרס נדן העופרת
החוזק המכני של מעטפת העופרת הכרחי כדי להבטיח הגנה מספקת של שכבת הבידוד מהסביבה המקיפה את הכבל. תכונה זו (חוזק מכני) חייבת להישמר לאורך זמן במהלך פעולת הכבל למשך מספר עשורים ולא להשתנות עם הזמן בהשפעת סיבות מכניות (רעידות) וכימיות (קורוזיה).
התכונות המכניות של מעטפת העופרת ויציבותן בהשפעת סיבות שונות תלויות בעיקר במבנה הנדן ובשינויים בה בהשפעת חום ורעידות.
כבלים עם מעטפת עופרת עם מבנה גרגירי גס לרוב אינם עומדים בהובלה ארוכת טווח, אפילו ברכבת (במיוחד בקיץ).
בהשפעת טלטול וטמפרטורה מוגברת, מתחילים לצמוח גבישי עופרת, מופיעה רשת של סדקים קטנים על המעטפת, המעמיקים יותר ויותר ולבסוף מביאים להרס הקונכייה.נדני העופרת של כבלים המונחים על גשרים רגישים במיוחד לנזקי רעידות.
היו מקרים שבהם כבלי עופרת, שנשלחו בקיץ ברכבת לכמה אלפי קילומטרים, הגיעו ליעדם עם פגז שנהרס לחלוטין.
מקרים כאלה מתרחשים לרוב על נדני עופרת העשויים מעופרת טהורה. תוספות של פח, אנטימון, טלוריום ועוד כמה מתכות נותנות מבנה גרגר יציב, ולכן משמשות לייצור כיסויי כבל עופרת.
כאשר זרם הדליפה עוזב את מעטפת העופרת של כבל המונח באדמה גירנית לחה המכילה C0 ion3lead carbonate PbC03 בנקודת היציאה שבה נהרסת לאחר מכן מעטפת העופרת.
קורוזיה אלקטרוכימית של עופרת יכולה להוביל להרס מוחלט של מעטפת העופרת תוך שנה עד שנתיים, שכן זרם של 1A לשנה יכול לשאת כ-25 ק"ג עופרת או 9 ק"ג ברזל, ולכן עם זרם דליפה ממוצע של 0.005 A ב. שנה אחת הורסת כ-170 גרם עופרת או כ-41.0 גרם ברזל.
אמצעי רדיקלי להילחם נגד קורוזיה אלקטרוכימית היא מה שנקרא הגנה קתודית, המבוססת על העובדה שלמתכת המוגנת ניתן פוטנציאל שלילי ביחס למבנים שמסביב, מה שהופך את המתכת הזו לחסינה כמעט לכל סוגי קורוזיה בקרקע.
הפוטנציאל האלקטרונילי המינימלי שבו כל סוגי הקורוזיה מפסיקים הוא 0.85 וולט עבור צינורות פלדה ו-0.55 וולט עבור מעטפות עופרת של כבלים חשמליים.
במספר מקרים, ציפוי מעטפת העופרת מספק הגנה טובה מפני קורוזיה אלקטרו עם כיסוי מגן המורכב משכבת ביטומן מוליך למחצה, שני פסי גומי מוליכים למחצה וסרט לבן מקבע. במקרה זה, א. מתקבל סוג של מסנן אלקטרוני, אשר מעביר את הזרם החשמלי היוצא מהמעטפת, ומפריד את העופרת מההשפעה הישירה של הנקלט באלקטרוליזה של יונים.
כוחות מכניים במעטפת הכבל
כוחות מכניים במעטפת הכבל נוצרים כתוצאה מזרימה של תערובת ההספגה במתחם תלוי אנכי כבלי חשמל, כמו גם בשל התפשטות תרמית של תערובת ההספגה כאשר הכבל מחומם. במודרני כבלי מתח גבוה מלאים בנפט וגז נדן העופרת חייב לעמוד בלחץ פנימי ניכר.
עם חימום תערובת ההספגה, הלחץ בכבל עולה לערך המתאים ללחץ ההידרוסטטי. ככל שההספגה של שכבת הבידוד טובה יותר, כך מתקבל הלחץ בכבל במהלך החימום, שכן נפח תכלילי הגז יורד עם שיפור ההספגה של הכבל.
בהשפעת הלחץ הפועל על הצד הפנימי של הנדן, האחרון נוטה להתרחב, ואם חריגה מגבול העיוות האלסטי של העופרת, יתרחש עיוות קבוע, אשר מחליש את מעטפת העופרת ומפחית את התפעול. תכונות הכבל.
מחזורי חימום וקירור חוזרים של הכבל וכתוצאה מכך לעיוותים קבועים בעופרת עלולים לגרום לקרע של מעטפת העופרת.
מכיוון שלעופרת ללא תוספים בטמפרטורת החדר אין כמעט גבול אלסטי, הופעת עיוותים קבועים כאלה במעטפת העופרת של כבל העבודה תוביל ללא ספק להפרה של החוזק המכני שלו.
נוכחות תוספים בעופרת מגבירה את התכונות המכניות ובפרט את הגבול האלסטי של המעטפת, לכן, עבור כבלים החשופים ללחץ מבפנים, חובה להשתמש בעופרת סגסוגת או סגסוגות כפולות ומשולשות מיוחדות.
הפחתת התכונות המכניות של מעטפת העופרת לאורך זמן קובעת את תוחלת החיים שלה, מנקודת מבט זו עולה המושג "עקומת חיי המעטפת" שמשמעותה היחס בין חוזק המתיחה בקליפה ומשך הזמן שלה. פעולה עד שהקליפה נקרעת.
במקרים בהם נדרש חיזוק מעטפת העופרת של הכבל, למשל בכבלים מלאי גז או המיועדים להנחת על תוואי בעל נטייה תלולה, יישום שריון פס של שני פסי פליז או פלדה דקים מגביר את החוזק המכני של נדן והופך אותו מתאים ללחץ גבוה, מתפתח בכבל.
כבלים משוריינים
מעטפת העופרת אינה מספקת הגנה מספקת מפני השפעות מכניות, למשל פגיעות מקריות על הכבל במהלך ההתקנה, ובפרט מפני כוחות מתיחה המתרחשים הן במהלך הנחת הכבל והן במהלך פעולתו.
בכבלים להתקנה אנכית, בעיקר בנהר ובים, יש צורך להגן על מעטפת העופרת מפני כוחות מתיחה, שכן ללא הגנה כזו, מעטפת העופרת תיקרע או תינזק עם הזמן.
ישנם שני סוגים עיקריים של שריון: סרט, המגן על הכבל בעיקר מהשפעות מכניות מקריות במהלך הנחת, וחוט - מכוחות מתיחה.
שריון הרצועה מורכב משתי רצועות פלדה השכבות על גבי גב של חומרים סיביים כך שהרווחים בין הסיבובים של רצועה אחת חופפים את הסיבובים של הרצועה השנייה. הרווחים בין קצוות הסיבובים של רצועה אחת שווים לכשליש מרוחב הרצועה, וחפיפת הסיבובים של רצועה אחת עם סיבובים, השנייה, צריכה להיות לפחות רבע מרוחב הרצועה. רצועה משוריין רצועה.
יישום כזה של שריון הכבל מאפשר להגן על מעטפת העופרת מפגיעה באת בעת הנחת הכבל והשפעות מכניות לא חזקות מדי, ובו בזמן שומר על הגמישות הדרושה להנחת הכבל, המתקבלת על ידי הזזת « עיקולים של שריון הסרט ביחס זה לזה.
החיסרון של שריון הקלטת הוא האפשרות של תזוזה של עיקולי קלטת השריון כאשר הכבל נגרר לאורך הקרקע במהלך הנחת. שריון כזה משמש בעיקר לשריון כבלים תת קרקעיים, וכן כבלים המונחים בתוך הבית במנהרות כבלים ועל קירות מבנים.
סרט הפלדה המשמש בתעשיית הכבלים צריך להיות בעל חוזק מתיחה של 30 עד 42 ק"ג/ממ"ר, מכיוון שהסרט בעל חוזק מתיחה גבוה קפיצי מאוד ואינו יושב טוב על הכבל במהלך ההזמנה. נדרשת התארכות בשבירה 20 - 36% (עם אורך מדגם משוער של 100 מ"מ).
לשריון כבלי חשמל, נעשה שימוש בסרט פלדה בעובי 0.3, 0.5 ו-0.8 מ"מ ורוחב של 15, 20, 25, 30, 35, 45 ו-60 מ"מ, בהתאם לקוטר הכבל. יש להעביר את הקלטת במעגלים בקוטר של כ-500 - 700 מ"מ.
חוט שריון משמש עגול ומפולח (שטוח). חוט עגול משמש לשריון כבלים שחייבים לעמוד בכוחות מתיחה משמעותיים במהלך ההתקנה או ההפעלה (למשל כבלים תת ימיים). חוט מפולח משמש לכבלים המונחים במכרות ובמסלולים בעלי שיפוע תלולים.
כדי להגן מפני קורוזיה, החוט המשמש לשריון חייב להיות מצופה בשכבה עבה ורציפה של אבץ.
בהזמנה מראש, מורחים על הכבל שריון תיל, בדומה לסרט, שעל כרית עשוי להיות מורכב משכבת חוט כבלים ספוג מראש בתרכובת נגד ריקבון, מכוסה בשכבה של תערובת ביטומנית מעל.
עבור שריון תיל, כיוון הפיתול נלקח בכיוון ההפוך לכיוון הפיתול המלא של ליבות הכבלים.
כדי להגן על השריון מפני קורוזיה (קורוזיה), הוא מכוסה בתרכובת ביטומנית ושכבה של חוט כבלים ספוג מראש המכוסה למעלה באותה תרכובת. השכבה החיצונית של חוט הכבלים נועדה לא רק להגן על הסרט המשוריין או החוט המשוריין מפני קורוזיה, אלא משמשת גם לחיזוק, כלומר, אינה מאפשרת לזוז של סרטי השריון ומחזיקה את החוטים המשוריינים בחוט.
לכבלים המיועדים להתקנה פנימית אסור שתהיה שכבת חוט כבלים ספוג מעל הציפוי המשוריין מטעמי בטיחות אש. כבלים כאלה, למשל כבלים של המותג SBG, חייבים להיות משורינים בסרט שריון לכה.
תהליך ההזמנה מורכב מהנחת כיסויי מגן ושריון.יש ליישם כבל עופרת ברצף: שכבת קומפוזיציה ביטומנית מעוותת בשתי רצועות נייר כבלים (ציפוי נגד קורוזיה), שכבת תרכובת, חוט כבלים או נייר סולפט ספוג (כרית מתחת לשריון), שכבה של קומפוזיציה ביטומנית. , שריון העשוי משתי פסי פלדה או חוטי פלדה, שכבת קומפוזיציה ביטומנית, חוט כבלים (כיסוי חיצוני), שכבה של קומפוזיציה ביטומנית ותמיסת גיר.