2-15. Бумажная электротехника
Прилагательное «бумажная» слишком часто применяется иронически для обозначения вещей, известных только в проектах, в предположениях, не осуществленных на практике и чаще всего непригодных к осуществлению. Но заглавие этого раздела совершенно точно, в прямом смысле передает суть дела. Бумага — один из основных конструкционных материалов современной электротехники.
Телефонные и силовые кабели выполняются с бумажной изоляцией. В генераторах, электродвигателях, измерительных приборах, конденсаторах бумага применяется в чистом виде или в виде различных препаратов.
Бумага — это войлок, свалянный из растительных волокон. Самые распространенные толщины листов — от сотых до десятых долей миллиметра.
Производство бумаги начало широко развиваться только после изобретения книгопечатания.
В начале 17 в. бумага вырабатывалась в России на бумажной фабрике, которая была устроена в селе Ивантеевка на р. Уче в 30 км от Москвы. Развитием бумажного производства в России много занимался Иван Грозный, построивший при Московском печатном дворе бумажную мельницу.
При Петре Первом писчебумажное производство приняло уже широкие размеры.
В дореволюционные годы бумагу изготовляли преимущественно из старого тряпья. В настоящее время основное сырье для бумажной промышленности — это древесина.
Предприятия лесной и бумажной промышленности СССР все увеличивают выпуск продукции и осваивают производство новых видов бумаги, картона и других изделий, широко применяемых в народном хозяйстве страны.
После войны в СССР начат выпуск бумаги, которая отличается высокой прочностью и непромокаемостью. Из этой бумаги вырабатывают прочную тару, в ткацком производстве ее применяют при изготовлении основы. Советским изобретателям удалось получить электропроводящую бумагу. На Марийском бумажном комбинате из этого материала были изготовлены мембраны для микрофонов.
Для репродукторов радиоприемников вырабатывается бумага, называемая акустической. Ее механические свойства таковы, что репродукторы с конусами из акустической бумаги чисто и без искажений воспроизводят звук.
Большое количество бумаги идет в электротехнике для изоляции кабелей.
2-16. История электрического кабеля
В 1812 г. П. Л. Шиллинг в Петербурге произвел взрыв мины с помощью провода, изолированного каучуковыми лентами и проложенного по дну Невы. Это был первый в мире подводный кабель.
В 1847 г. был построен пресс для наложения на кабели бесшовной гуттаперчевой изоляции. Гуттаперча — это затвердевший сок (смола) некоторых тропических деревьев. Она очень своеобразный материал. В воздухе гуттаперча легко окисляется и теряет свои свойства, в воде же оказывается весьма стойкой. Кабели с гуттаперчевой изоляцией хороши для подводных прокладок.
В 1851 г. по дну морского пролива Па де Кале между английским городом Дувром и французским Кале был проложен кабель с гуттаперчевой изоляцией. По этому кабелю была впервые осуществлена телеграфная связь между Англией и Францией. В 1856 г. была начата прокладка телеграфного кабеля через Атлантический океан между Европой и Америкой. Несколько раз кабель обрывался. Но в конце концов в 1866 г. первый трансатлантический кабель начал работать.
Первые подземные кабели сильного тока появляются позже кабелей связи. В конце прошлого века началось сооружение первых электрических станций общего пользования, и тогда выявилась необходимость подземного распределения электрической энергии в больших городах. А. Н. Лодыгин в Петербурге в своих первых опытах по электрическому освещению применял медные проводники, изолированные гуттаперчей. Несколько лет спустя в 1880 г. была проложена первая подземная силовая сеть в Берлине. Она состояла из семи медных проводников сечением в 4 мм2, изолированных гуттаперчей. Проводники были проложены в железных трубах. Нагрузка каждой из жил равнялась 7 а при напряжении 220 в постоянного тока.
В 1882 г. в Нью-Йорке проложили подземную сеть постоянного тока, состоявшую из медных штанг, изолированных проасфальтированным джутом и проложенных в железных трубках длиною около 6 м. Затем трубы заполнялись еще асфальтовым составом.
В период 1880—1890 гг. электротехники России и Центральной Европы сосредоточили свое внимание на налаживании массового производства освинцованных кабелей и усовершенствовании их конструкции. В Англии же и США проводились многочисленные попытки найти какой-либо удовлетворительный метод подземной передачи электрической энергии при переменном напряжении порядка 2 000 в, применяя голые проводники или проводники, обладающие одной только электрической изоляцией, без оболочки для защиты от сырости. Американцы и англичане пытались защитить свои проводники от соприкосновения с влагой при помощи разного рода подземных конструкций. Они хотели соорудить такую подземную канализацию, которая была бы совершенно влагонепроницаемой и в которой можно было бы прокладывать проводники, изолированные только обмоткой из пряжи и джута.
Огромные средства были затрачены на эти опыты. Но в 1888 г. американские электрики вынуждены были признать: «Опыт, полученный в Вашингтоне, приводит к выводу, что нельзя найти изоляцию, которая бы работала 2 года при напряжении 2 000 вольт. В Чикаго все установки вышли из строя, за исключением освинцованных кабелей, которые дали более или менее удовлетворительные результаты. В Мильуоки были испробованы и забракованы три различные системы. В Детройте был забракован кабель, проложенный в канализации системы Дорсетта».
С того времени во всех странах во всем мире для подземной прокладки как телефонных, так и сильноточных линий исключительное применение получил кабель со свинцовой защитной оболочкой. В последние годы научились делать кабели и с алюминиевой оболочкой.
2-17. Силовые кабели
Токонесущая жила скручивается из медных или алюминиевых проволок. Кабели на малую передаваемую мощность имеют сечение жилы 10—16 мм2. Больше 100 м2 сечение жилы избегают применять — кабель получается слишком толстым и неудобным в обращении.
Жилу кабеля обматывают бумагой. Бумага нарезана в виде узких полосок. Эти полоски наматываются во много слоев. Чем выше напряжение, на котором должен работать кабель, тем больше слоев бумаги наматывают на жилу.
Обмотанный провод варят в больших котлах, чтобы бумага пропиталась смолистыми составами. А затем прессом надевают поверх бумаги свинцовую оболочку (рис. 2-6 и 2-7).
Если кабель предназначается для прокладки непосредственно в земле или через реку, то для предохранения его от повреждений поверх свинцовой оболочки надевается броня из стальных лент или проволок.
Рис. 2-6. Трехфазный кабель с секторными жилами.
При такой форме жил получается лучшее использование сечения кабеля. Чтобы еще улучшить заполнение сечения токопроводящих жил, они выполнены из проволок неодинакового диаметра.
Производство кабелей — важная отрасль электротехники.
Рис. 2-7. Однофазный высоковольтный кабель с полой жилой.
Внутри жилы видна спиральная пружина.
Стоимость продукции кабельных заводов составляет в разных странах 30—60% от общей стоимости продукции всех предприятий электротехнической промышленности. Стоимость кабельных сетей составляет до 75% от общей стоимости крупных городских электротехнических систем.
Неотъемлемая часть кабельной проводки — это муфты. Отдельные куски кабеля сращиваются между собой соединительными муфтами, конец кабеля завершается концевой муфтой.
Рис. 2-8. Тангенциальный бумагообмотчик.
