62128 (694823), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В 1880-1881г. были предложены более совершенные конструкции прессов; горизонтального-двухконтейнерного и вертикального-одноконтейнерного, допускающих опрессование целиком строительной длины кабеля с периодическими остановками для загрузки в контейнеры очередного слитка свинца. Эти прессы можно назвать прообразами современных свинцовых и алюминиевых прессов.
Окончательно конструкция свинцового поршневого гидравлического кабельного пресса была усовершенствована и внедрена к 1885г. В начале того же года В. Сименсом была изобретена кабельная броня из стальных лент. На основании вышесказанного можно считать, что именно 1885-й год началом промышленного кабельного производства и одновременно началом эры подземных кабелей, имеющих все необходимые составные части: токопроводящие жилы, изоляцию (независимо от того, из какого она материала), влагозащитную свинцовую оболочку и при необходимости броневой защитный покров.
Конструкции и технологии 1890-х годов
Предложенная в 1882г. изоляция из хлопчатобумажного корделя, воздуха и пропитанной каучуком бумаги привлекла внимание к последней, и на промышленном рынке появилась бумага в виде узких лент. В 1886-1889гг. проводились опыты по применению лент из сухой манильской бумаги, которые накладывались на жилу в виде спиральной обмотки с перекрытием кромок. Наличие герметичной влагонепроницаемой свинцовой оболочки позволило отказаться от пропитки изоляции или введения внутрь кабеля гидрофобного парафинового заполнения. Благодаря усовершенствованию ленто-обмоточных машин стало возможным накладывать бумажную изоляцию на жилу не плотно, а свободно, в виде полой трубки, оставляя между ней и жилой воздушный промежуток.
Первый освинцованный кабель с воздушно-бумажной изоляцией был изготовлен в 1889г., проложен и сдан в эксплуатацию в Нью-Йорке в 1890г. С 1891г. и до середины текущего столетия воздушно-бумажная изоляция в ее различных вариантах была единственным типом изоляции кабелей связи. Не потеряла она своего значения и в наше время.
Успех воздушно-бумажной изоляции, обусловленный тем, что электрическая емкость кабелей уменьшилась втрое, стимулировал поиски различных способов ее наложения на жилу. К 1892г. относится удачная попытка накладывать бумажную ленту не спирально, а продольно и посредством специального улитообразного калибра заворачивать ее вокруг жилы в форме треугольника и скреплять кромки фальцованным швом. В конструкции жилы 1897г. продольно наложенная бумажная трубчатая изоляция формируется посредством обжимного устройства так, что вокруг жилы образуются винтообразные бумажные гофры, центрирующие проволоку. Сразу же вслед за гофрированием изоляция скрепляется нитью, накладываемой по спирали во впадины гофров. Изоляция была названа «баллонной». Технологически сложный способ образования баллонно-бумажной изоляции, скрепленной нитью, не привился.
По аналогичной причине также не был внедрен способ образования баллонно-полиэтиленовой изоляции методом спиральной обмотки ее самоусаживающимся полиэтиленовым корделем. В то же самое время, баллонно-полиэтиленовая изоляция, накладываемая методом экструдирования на жилу полой трубки с последующим образованием на ней периодических поперечных пережимов путем механического сдавливания, прочно укоренилась в конструкции одного из типов современных кабелей связи.
В 1892г. была освоена кордельно-бумажная изоляция. Кордель скручивался не из кабельной пряжи, а из тонкой (толщиной 0,004 мм) бумаги. Поверх открытой спирали из корделя на жилу накладывались в противоположных направлениях две бумажные ленты. Максимальное число цепей в кабелях 1880-х годов было невелико – всего 50. Диаметр токопроводящих жил с первоначального «телеграфного» 0,3-0,4 мм был увеличен до 1-1,5 мм, чтобы обеспечить связь телефонной станции со всеми обслуживаемыми ею абонентами.
Таким образом, к началу ХХ века была создана оригинальная конструкция телефонных кабелей и освоена технология их промышленного производства.
Городские кабели
1.Материалы.
Жилы изготовляют из меди. Но медь-металл дефицитный, а потребность в нем все возрастает. Расход огромный. Поэтому на протяжении многих лет ведутся поиски металла, который бы заменил в кабелях медь.
Кандидат номер один – алюминий. Однако, если заменить медные жилы алюминиевыми такого же диаметра, то в результате этого увеличится наружный диаметр кабеля, что явно нежелательно из-за ограниченного диаметра канала трубопровода, возрастет расход изоляционного и защитных материалов.
Алюминий значительно уступает меди по механическим свойствам: разрывной прочности, пластичности, стойкости к многократным изгибам. Прочность на разрыв мягких алюминиевых проволок втрое, а относительное удлинение вдвое меньше, чем мягких медных. Самый большой недостаток алюминия - сильная подверженность коррозии, особенно в присутствии влаги, которая может попасть в кабель при повреждении оболочки или муфт. В этом случае алюминиевые жилы очень быстро разрушаются.
Алюминиевые сплавы по своим механическим свойствам занимают промежуточное место между медью и алюминием, а по электрическим близки к алюминию.
В последние годы привлекает внимание алюмомедная проволока. Это -алюминиевая проволока, покрытая тонким медным слоем толщиной всего 10-30 микрометров (0,01-0,03 мм). По своим свойствам биметаллическая проволока стоит ближе к меди, чем алюминиевый сплав, однако изготовить ее значительно сложнее. При незначительных дефектах столь тонкого медного покрытия, в присутствии влаги она корродирует еще сильнее, чем алюминиевая.
2.Изоляция
Виды: 1) Трубчато-бумажная
2) Бумаго-массная (Стр.194)
3) Сплошная полиэтиленовая
Хронологически третьим, но, пожалуй, сегодня первым по значимости типом изоляции современных городских телефонных кабелей является сплошная полиэтиленовая. Благодаря редкому сочетанию отличных электроизоляционных, физико-механических и химических свойств полиэтилен получил в кабельной технике широкое распространение. Главным среди многих преимуществ полиэтиленовой изоляции перед трубчато-бумажной и бумаго-массной является ее негигроскопичность. Полиэтилен не поглощает влагу. Применение не боящейся увлажнения полиэтиленовой изоляции позволило отказаться от обязательной свинцовой оболочки и заменить ее пластмассовой, также полиэтиленовой. Несмотря на перечисленные выше достоинства полиэтилена, оказалось, что эквивалентная диэлектрическая проницаемость у полиэтиленовой изоляции выше. В результате – увеличение рабочей емкости сплошной полиэтиленовой изоляции по сравнению с воздушно-бумажной и, следовательно, коэффициента ослабления кабелей. Чтобы сохранить рабочую емкость неизменной, приходится несколько увеличивать толщину изоляции и, значит, диаметр кабелей.
Противоречие разрешила пористая полиэтиленовая изоляция. Если в полиэтилен в процессе его наложения на жилу посредством выдавливания на червячных процессах – экструдерах добавить гранулы пенообразующих веществ –порофоров, то при нагревании изоляции в головке экструдера, где температура 200-230С, порофоры разлагаются с выделением летучих составляющих. В изоляции образуются не сообщающиеся между собой поры размером 20-100 мкм.
Благодаря воздуху в своем составе пористая полиэтиленовая изоляция сравнялась по электрическим и конструктивным параметрам с воздушно-бумажной. Однако, существуют три «но» пористой полиэтиленовой изоляции сравнительно со сплошной: большая влагопоглощаемость, которая может привести к потере электроизоляционных свойств, меньшая электрическая прочность, меньшая механическая прочность.
В 1964г. английский инженер Георг Додд предложил заполнять свободный объем кабелей, на долю которого приходится около 40 общего объема сердечника, вязким компаундом на основе продуктов перегонки нефти – петролатумом, или «нефтяным желе» из смеси микрокристаллических нефтяных парафинов и масел. Опыт эксплуатации показал, что петролатум действительно не пускает влагу в кабель, но сам не прочь пообщаться с пористой изоляцией, проникнуть насколько возможно в ее поры. Подобное взаимодействие приводит к тому, что свойства изоляции ухудшаются, она преждевременно старится.
В начале 1970г. канадские специалисты предложили комбинированную пористо – сплошную полиэтиленовую изоляцию. Внутренний пористый слой, на долю которого приходится 80 всей толщины изоляции, обеспечивает ее достаточно низкую диэлектрическую проницаемость. Внешний тонкий сплошной слой служит преградой, препятствующей контакту между заполнителем и внутренним пористым слоем.
Конструкция оболочки. (Сочетание типов изоляции и оболочки – стр. 204)
Попытки избавления от дефицитной свинцовой оболочки были предприняты в конце 1930-х и в 1940-е годы. В качестве заменителей свинца пробовали различные материалы, в частности одну из первых промышленных пластмасс – поливинилхлорид. Но пока изоляция жил оставалась воздушно – бумажной, ни одна из конструкций оболочек не могла предотвратить попадания влаги в кабель.
Возможность применения невлагоемкой полиэтиленовой изоляции сразу облегчила решение задачи. В 1948г. появились кабели в оболочке под названием «Алюминий - ПолиЭТилен». Конструкция «алпэт» объединяла два самостоятельных разнородных элемента кабеля: алюминиевый экран и просто полиэтиленовую экструдированную, то есть выпрессованную оболочку. Назначение экрана – защищать цепи связи от мешающего и даже порой опасного влияния внешних магнитных полей, возбуждаемых линиями электропередачи, контактной сетью электрифицированных на переменном токе железных дорог, мощными радиостанциями.
Сочетание полиэтиленовой оболочки с полиэтиленовой изоляцией (и обязательно с алюминиевым экраном) явилось основой классической современной конструкции городских телефонных кабелей. Поливинилхлоридную оболочку, а иногда и изоляцию применяют в кабелях, прокладываемых в пожароопасных местах. В отличие от полиэтилена, поливинилхлорид не распространяет горения.
Новым явилась не только пластмассовая оболочка, но и конструкция алюминиевого экрана, который накладывался не традиционным методом спиральной обмотки, а продольно. Алюминиевая лента толщиной 0,2мм – гладкая в самых тонких кабелях и с мелкой поперечной гофрировкой во всех кабелях с диаметром сердечника свыше 15 мм – располагается по отношению к оси кабеля продольно и сворачивается вокруг движущегося сердечника так, что ее края взаимно перекрываются на 5-8 мм. Несмотря на простоту, как конструкции, так и технологии наложения, пластмассовые оболочки все же значительно уступают металлическим в главном – во влагозащитном действии. Через них проникают в кабель пары воды.
В 1961г. английским инженером Д.В. Гловером была запатентована алюмополиэтиленовая оболочка. Она представляет собой соединенные в одно целое полиэтиленовую оболочку и алюминиевый экран. Но для экрана берется в этом случае не просто алюминиевая лента, а покрытая с одной стороны или с обеих сторон тонким (0,02-0,03 мм) слоем полиэтилена. Экран с односторонним покрытием накладывается на сердечник так, чтобы полиэтиленовый слой был сверху. В головке экструдера, где поверх экрана выпрессовывается полиэтиленовая оболочка, при температуре 200-230С оболочка и покрытие экрана свариваются между собой, в результате оболочка как бы металлизируется изнутри. Ее внутренний тонкий металлический слой служит барьером на пути паров влаги, пытающихся проникнуть через оболочку внутрь кабеля.
Конструкция оказалась вполне эффективной и весьма технологичной. Продольное наложение на сердечник кабеля экранной ленты и экструдирование полиэтиленовой оболочки совмещены в одном технологическом процессе. Для паров влаги, прошедших сквозь толщу полиэтилена и «упершихся» в алюминиевый барьер, остается единственный проход между перекрывающимися кромками экранной ленты. При одностороннем покрытии алюминия полимером скорость диффузии в среднем в 100 раз меньше, чем через обычную полиэтиленовую оболочку. Значительно более эффективно двухстороннее покрытие, так как полиэтиленовые пленки обеих кромок шва свариваются между собой, и парам влаги приходится преодолевать узкий полиэтиленовый слой. Скорость диффузии через такую оболочку замедляется в 15000 раз. Вот почему «барьер Гловера» является предпочтительной модификацией полиэтиленовой оболочки.
Развитие конструкций сердечника всегда шло по пути увеличения максимального числа пар и уменьшения диаметра токопроводящих жил. (Табл. 7, стр. 205)
Процесс скрутки сердечников современных кабелей – многоступенчатый. Сначала скручиваются так называемые элементарные пучки из 10 пар или 5 четверок. Число цепей в них соответствует емкости распределительных коробок. Распределительные кабели с числом пар 10-100 скручиваются из элементарных пучков. В кабелях для магистральных и соединительных линий с числом пар от 100 и выше элементарные пучки сначала скручиваются в главные, состоящие из 50 или 100 пар. Затем главные пучки скручиваются по определенной системе в сердечник. Современные крутильные машины и технологические приемы позволяют осуществлять две или даже три последовательные операции скрутки одновременно, то есть совмещать их.
Междугородные кабели
Перейти от городских телефонных кабелей к междугородным позволили теоретические исследования американского электротехника Михаила Пупина (1858-1935), известные под названием «пупинизация». Использовав открытие Хевисайда о возможности уменьшения потерь в линии путем искусственного увеличения ее индуктивности, то самое условие RC=LG, Пупин предложил включать в цепи кабеля специальные катушки индуктивности и рассчитал оптимальное расстояние между ними. Индуктивность линии благодаря этому могла быть повышена в десятки и сотни раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
