книги / Материалы кабельного производства

В табл. 10-20 приведены важнейшие характеристики красите­ лей, применяемых в кабельном производстве. Стойкость красите­ лей оценивается по пятибалльной системе.

Красители вводятся в каучук в виде маточной смеси. Красители для окрашивания пластических масс должны вы­

держивать высокую температуру, так как их введение в пласт­ массу производится, как правило, на червячных прессах или в сме­ сителе при температуре 160—300° С (полистирол, полиэтилен). Очень многие красители при такой температуре теряют свою окраску.

Для окрашивания полистирола должны применяться краси­ тели, выдержавшие трехминутную экспозицию при 400° С. Прием­ лемыми красителями являются следующие: двуокись титана (белый цвет); сажа (черный цвет); зеленый ализарин, пигмент зеленый фталоцианиновый, зеленая окись хрома (зеленый цвет);

Таблица 10-20

для резиновых смесей

201

202

203

ЧАСТЬ ПЯТАЯ

ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

БУМАГИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ КАБЕЛЕЙ

11-1. Кабельные бумаги

При изготовлении некоторых кабелей в качестве изоляцион­ ного материала применяется сухая и пропитанная кабельная бумага. Малая диэлектрическая проницаемость сухой бумаги (2—2,5), эквивалентное значение которой может быть понижено внесением в конструкцию изоляции воздушных промежутков, обусловливает ее преимущества при использовании в качестве изоляции кабелей связи. В то же время способность бумаги хо­ рошо впитывать жидкие изоляционные агенты, заполняя ими все поры, и удерживать пропитывающий изоляцию состав между слоями, дает возможность использовать ее как изоляционный материал для высоковольтных кабелей при напряженностях электрического поля до 10—12 кв/мм.

Почти во всех случаях применения бумаги в кабельной тех- . нике изолирование выполняется путем обматывания токоведу­ щих жил кабеля бумажными лентами с перекрытием соседних витков или с зазором между ними. Исключение в этом отношении представляют жилы городских телефонных кабелей, рациональ­ ным методом изолирования которых является нанесение на мед­ ную проволоку измельченной бумажной массы, т. е. создание бумажной изоляции, минуя ступень предварительного изготовле­ ния бумаги.

Кабельная промышленность использует для изготовления ка­ белей разных марок следующие типы бумаг:

1) к а б е л ь н ы е б у м а г и марок К-080, К-120 и Е-170, толщиной соответственно 80, 120 и 170 мк, применяемые для изо­ лирования кабелей на напряжение от 1 до 35 кв включительно;

205

3) к а б е л ь н ы е в ы с о к о в о л ь т н ы е у п л о т н е н ­ н ы е б у м а г и марки КВУ, толщиной 15, 20, 30. 45, 80 и 120 мк, применяемые для изготовления изоляции кабелей на напряжение 110 кв и выше;

4) к а б е л ь н ы е п о л у п р о в о д я щ и е б у м а г и с са­ жевым наполнением марок КП-08 и КП-12, а также двухслой­ ные полупроводящие бумаги с одним изоляционным слоем, марок КПД-045, КПД-080 и КПД-125;

5) к а б е л ь н ы е т е л е ф о н н ы е б у м а г и марок КТК, КТС, КТЗ и КТН, имеющие соответственно красную, синюю, зеленую и натуральную окраски, толщиной 0,05 и 0,04 мм, при­ меняемые для изолирования жил симметричных кабелей связи; 6) к а б е л ь н ы е м е т а л л и з и р о в а н н ы е б у м а г и марок БМ (неперфорированная) и БМП (перфорированная), с толщиной бумажного слоя 45, 80 и 120 мк. Слой алюминиевой фольги плотно приклеивается к бумаге не растворяющимся в ми­ неральном масле клеем. Применяются для изготовления экра­ нирующих оболочек в высоковольтных кабелях и кабелях связи. Состав и изготовление бумаги. В настоящее время кабельные бумаги изготавливают исключительно из древесной целлюлозы, полученной путем сульфатной обработки мелкорасщепленной дре­

мер, сульфитных) повышенной механической прочностью, допу­ скающей необходимые натяжения бумажных лент при намотке их на кабель.

Древесная целлюлоза представляет собой естественное высоко­ молекулярное углеводородное соединение типа (С6Н 10О5)„. Кроме основной (альфа) целлюлозы, бумажная масса содержит ряд геми­ целлюлоз — низкомолекулярных углеводородов типа гексозанов, пентозанов и уроновых кислот. В состав целлюлозы входит также остаточный лигнин (около 0,3%), полное удаление которого

лозную массу, консистенция которой в водной фазе составляет 6—7%. Характер разлома массы определяется в градусах помола по Шоппер-Ригелю. Высокая степень помола (большая величина в градусах) свидетельствует о преобладании в массе длинных волокон, переплетение которых позволяет ей удерживать боль­ шие количества воды. Оптимальная для кабельных бумаг сте­ пень помола — 40—45 градусов — дает возможность получить достаточно прочную и пористую бумагу. Подготовленная таким образом целлюлоза в случае необходимости окрашивается и по­ дается на бумажную машину.

206

По выходе из машины бумага подвергается отделочным опера­ циям, причем сорта бумаги, которым требуется придать плот­ ность больше получаемой на машине (0,7—0,95), проходят допол­ нительное каландрирование на с у п е р к а л а н д р а х , где система вальцов, имеющих различную температуру, уплотняет бумажное полотно, повышая его плотность до 1,1—1,2 г!смъ.

Большую роль при изготовлении высококачественных изоля­ ционных бумаг играет чистота воды, применяемой для варки и разведения целлюлозы. Необходимые электрические характери­ стики изоляционная бумага может приобрести только при обеспе­ чении специального фильтрования воды, освобождающего ее от примесей, в избытке содержащихся как в природной воде, так и в прошедшей обычную очистку в системе городских водопрово­ дов. Как показали исследования, особую опасность для качества кабельных и конденсаторных бумаг представляют остатки солей одновалентных металлов, встречающихся в воде.

Кабельным заводам бумага поставляется в рулонах шириной от 350 до 750 мм, диаметром до 800 мм.

11-2. Характеристики бумаги

Основные требования, предъявляемые к бумаге, предназна­ ченной для изолирования кабелей, определяются как условиями ее работы в проложенном кабеле, так и необходимостью достиже­ ния максимальной производительности оборудования, применяе­ мого при изготовлении кабеля. Характеристикой, существенно влияющей на последнее обстоятельство, является разрывная прочность бумажного полотна, которая определяет возможное усилие при намотке бумажных лент на кабель.

Современные высокоскоростные бумагообмотчики машин, изо­ лирующих кабель на напряжение до 35 кв, создают натяжения до 10 кГ на каждую ленту; обрыв даже одной бумажной ленты (из многих) крайне нежелателен, так как влечет за собой остановку всей машины, состоящей из большого числа обмотчиков.

Изолирование кабелей связи также требует повышенной проч­ ности изоляционной бумаги, вследствие весьма значительной ско­ рости бумагообмотчиков и малых диаметров изолируемых жил.

Упругость, эластичность, высокие электрические характери­

верхности ее, цвет и характер рисунка, просматриваемого на свет. Для кабельных бумаг эти характеристики не имеют количествен­ ных выражений. Стандарт предусматривает наличие у бумаг машинной гладкости и равномерности рисунка при рассматри­ вании на свет. Рассматриваемое поле не должно иметь отдельных просветленных мест, сгустков целлюлозы, облакообразных

207

узоров. На поверхности бумаги не должно быть также складок, морщин и давленых пятен. Такие пятна представляют собой неразмолотые кусочки целлюлозы, которые не имеют прочной связи с остальным полотном бумаги и легко выпадают при пере­ гибах, ослабляя ее механическую прочность и вызывая появле­ ние дополнительных зазоров в изоляции.

С о с т а в б у м а г и п о в о л о к н у определяет долю цел­ люлозы недревесного происхождения (тряпичная целлюлоза, сульфитная целлюлоза), находящейся в бумаге. Кабельные изо­ ляционные бумаги совершенно не должны содержать иных во­ локон, кроме волокон древесной сульфатной целлюлозы. Для контроля бумаги используется свойство целлюлоз приобретать различные цвета при окраске их раствором цинк-йода. Окрашен­ ные участки специально подготовленной бумаги рассматриваются под микроскопом при увеличении около 100х .

При изготовлении силовых кабелей до 10 кв и телефонных ка­ белей обычно стремятся использовать бумаги с наименьшей плот­ ностью, при удовлетворении всех прочих характеристик, так как это и технически выгодно с точки зрения понижения электриче­ ской емкости кабеля, и экономически целесообразно благодаря меньшему расходу бумаги. Применение же бумаг с повышенной плотностью (и диэлектрической проницаемостью) при изготовле­ нии высоковольтных и сверхвысоковольтных кабелей способст­ вует изменению распределения напряженности электрического поля в изоляции, ослабляя его на наиболее ответственных участ­ ках — около токоведущей жилы. Однако при конструировании кабелей необходимо учитывать, что повышение равномерности распределения поля в этом случае связано с увеличением напря­ женности поля в масляных зазорах и может привести к снижению общей электрической прочности изоляции.

Плотность может быть охарактеризована не только в г/см3, но и весом 1 м3 бумаги, выраженным в граммах. Этот вес опреде­

1 м2.

Плотности основных марок кабельных бумаг отечественного производства находятся в пределах 0,70—1,15 г/см3и нормируются ГОСТ 645-59 для каждой марки.

Плотность бумаги связана с другой механической характери­ стикой — р а з р ы в н о й д л и н о й , под которой подразу­

208

мевается такая длина свободно висящего бумажного полотна, которая вызовет обрыв его под действием собственного веса.

Значение разрывной длины может быть получено из вели­ чины разрывной прочности (см. ниже) по следующей формуле:

L —- у К [км],

где I — длина образца, на котором определялась разрывная прочность;

р— вес образца, г\

К— разрывная прочность образца, кГ.

Всилу неизбежно возникающих при изготовлении бумаги более или менее резко выраженных неоднородностей в ее струк­ туре, определение плотности, как и других характеристик, сле­ дует проводить на нескольких образцах (например, пяти), прини­ мая в качестве окончательного результата среднее арифметиче­ ское значение измеряемой характеристики (ГОСТ 7514-55).

3.Воздухопроницаемость и впитываемость бумаги. Эти харак­ теристики имеют важное значение для технологии изготовления кабелей, ибо они определяют поведение бумаги во время сушки и пропитки, а также электрические свойства пропитанной изоляции.

1 мин при разности давлений воздуха 0,01 ати. Стандартом воз­ духопроницаемость отечественных кабельных бумаг нормируется в пределах не более 15—25 мл!мин для неуплотненных кабельных бумаг разных размеров и 5—10 мл/мин для уплотненных бумаг.

Плотность бумаги и ее воздухопроницаемость являются свя­ занными между собой величинами, однако некоторым иностран­ ным фирмам удается изготовлять бумаги, обладающие как высо­ кой плотностью, так и значительной воздухопроницаемостью.

Методика определения воздухопроницаемости приведена в ГОСТ 7852-55.

Способность бумаги впитывать минеральные масла, применяе­ мые для пропитки кабелей, также представляет существенную для кабельного производства характеристику. Критерием для оценки указанной способности является высота подъема масла по капил­ лярам бумажной полоски шириной 15 мм за 1 час при погружении ее конца в масло. Методика определения не вызывает каких-либо трудностей и основана на применении весьма несложных приспо­ соблений.

В п и т ы в а е м о с т ь отечественных неуплотненных бумаг составляет 15—20 мм/час.

Для расчета максимального количества масла, которое погло­ щает бумага при пропитке, может быть применена следующая формула:

1,» = 100( 1 - т ж ) |% , 1 .

где VM— объем масла в процентах относительно объема бумаги; у — плотность бумаги;

1,52 — плотность целлюлозы.

4. Влажность бумаги. Значительная гигроскопичность, кото- ,рой обладает бумага, и резкая зависимость ее механических и электрических характеристик от содержания влаги дают основа­ ние для отдельного рассмотрения этого вопроса.

Равновесное содержание влаги в бумаге зависит от влажности окружающей ее воздушной среды (рис. 11-1). Исследования скоро­ сти увлажнения бумаги показали, что бумага средних размеров приобретает равновесную влажность после 30 мин пребывания в соответствующей среде. Усадка толщины бумажного листа при сушке (рис. 11-2) играет также существенную роль при оценке механической устойчивости и электрической прочности кабельной изоляции, особенно для сверхвысоковольтных кабелей.

Для определения количества влаги, содержащейся в бумаге, существует несколько способов: путем экстрагирования влаги метанолом, определения давления водяных паров над бумагой при соответствующей температуре, посредством зависимости ди­ электрической проницаемости от влажности и др. Однако наиболее точен и прост старый способ доведения бумаги до постоянного веса путем высушивания, хотя он требует для своего проведения много времени.

210