Коаксиальные и высокочастотные кабели связи - Изоляция жил

Изоляция жил симметричных групп (пары, четверки) и проводников коаксиальных пар может быть воздушно-бумажной, полиэтиленовой и полистирольной.
Воздушно-бумажная изоляция применяется в низкочастотных симметричных кабелях, а также в симметричных парах некоторых типов коаксиальных кабелей. Полиэтиленовая изоляция находит самое широкое применение как в коаксиальных, так и в симметричных кабелях. Полистирольная (кордельно-полистирольная) изоляция применяется в высокочастотных симметричных кабелях.
Воздушно-бумажная изоляция в свою очередь делится на трубчато-бумажную и кордельно-бумажную; полиэтиленовая — на сплошную, пористую, шайбовую, баллонную и др. (рис. 2.1).

Изоляционные материалы

В электрическом отношении свойства изоляционных материалов определяются четырьмя характеристиками:
электрической прочностью U, при которой происходит пробой изоляции;
удельным электрическим сопротивлением при постоянном токе р, характеризующим величину утечки тока вследствие ионной проводимости диэлектрика;
диэлектрической проницаемостью ε, характеризующей степень смещения (поляризации) зарядов в диэлектрике при воздействии на него электрического поля; тангенсом угла диэлектрических потерь tg6, характеризующим потерю энергии в диэлектрике при воздействии на него электрического поля.

Рис. 2.1. Типы изоляции жил и проводников

Кроме того, изоляционные материалы должны легко поддаваться технологической переработке, быть стойкими к температуре, стиранию и недорогими. В качестве изоляции жил и проводников применяют следующие материалы: кабельную бумагу, полиэтилен, полистирол (стирофлекс).
Кабельная бумага, предназначенная для изоляции жил, вырабатывается из сульфатной целлюлозы (клетчатки) — высокомолекулярного соединения класса углеводов (C6H10O5), являющегося главной составной частью растительных клеток. Для кабелей магистральной и зоновых сетей используют кабельную бумагу типа К-80 и К-120 толщиной соответственно 0,08 и 0,12 мм. Для удобства монтажа бумагу окрашивают в разные цвета: красный, синий, зеленый. Разрывная прочность бумаги в продольном направлении выше, чем в поперечном в 2... 2,5 раза, что позволяет уменьшить число обрывов бумажных лент при изоляции жил. Нормальная влажность бумаги составляет 6... 8%.
Бумажный кордель — нить, скрученная из кабельной бумаги. Для повышения механической прочности и создания более устойчивой формы кордель обычно изготовляют из двух отдельных нитей, скрученных с шагом 1 ... 1,5 мм. Бумажный кордель выпускается диаметром 0,6; 0,76 и 0,85 мм. Разрывное усилие бумажного корделя равно 70 МПа.
Полиэтилен получают путем полимеризации жидкого этилена (С2Н4). Для получения этилена используют газы, выделяющиеся при переработке нефти и коксования угля. Полиэтилен представляет собой молочно-белый (иногда желтовато-белый) роговидный материал, на ощупь напоминающий парафин. При поджигании загорается медленно и горит синеватым пламенем без копоти. Полиэтилен обладает редким сочетанием весьма хороших физико-механических, химических и электроизоляционных свойств. Он прочен на разрыв, тверд, гибок, морозоустойчив, влагостоек, легко прессуется и весьма технологичен в производстве. Электрические свойства полиэтилена весьма стабильны. Значения ε и tg δ практически не изменяются при температуре —100 ... +80° С. Полиэтилен термопластичен, температура его размягчения около 110° С. При обычной температуре на него не действуют кислоты и щелочи.
К недостаткам полиэтилена относятся малая гибкость при большой толщине и низкой температуре, быстрое старение под воздействием солнечных лучей. Светостабилизация достигается добавлением полиизобутилена и сажи (до 2%).
Существует два способа получения полиэтилена: при высоком давлении (140...250 МПа) и температуре 260° С и при низком давлении (0,3... 0,4 МПа) и температуре 70... 100° С. Плотность полиэтилена высокого давления (ПЭВД) 0,918... 0,930 г/см3, он считается полиэтиленом низкой плотности, а полиэтилена низкого давления (ПЭНД) 0,949... „.. 0,967 г/см3, его считают полиэтиленом высокой плотности.
Для изоляции жил (проводников) и кабельных оболочек применяется большая номенклатура марок композиций ПЭ (ГОСТ 16336—77) в зависимости от добавок (табл. 2.2). Параметры ПЭВД и ПЭНД приведены в табл. 2.3, а механические характеристики — в табл. 2.4.

Таблица 2.2
Марки композиции полиэтилена

Таблица 2.3
Параметры ПЭВД и ПЭНД

Таблица 2.4
Механические характеристики ПЭВД и ПЭНД

Полиэтилен низкого давления отличается большой плотностью (до 0,97 г/см3) и более кристаллической структурой, чем полиэтилен высокого давления. Полиэтилен выпускается в виде мелких частиц-гранул размером 3 мм. В качестве изоляции применяется только полиэтилен высокого давления, а для кабельных оболочек — полиэтилен высокого и низкого давления.
Полиэтиленовая изоляция применяется в различном конструктивном оформлении: в виде сплошного по всей длине полиэтилена, в виде пористого полиэтилена с различной степенью плотности, в виде шайб, трубок (баллона), корделей, лент и в различном из них сочетании.
Полиэтиленовая изоляция (сплошная, пористая, баллонная) накладывается на жилу (проводник) методом экструзии (выпрессования). Материалом для сплошной изоляции служат композиции полиэтилена, выпускаемые по ГОСТ 16336—77 и содержащие в основе полиэтилен, а также термостабилизирующие и другие добавки. Сплошная изоляция состоит из ПЭВД марок 102—01 (02,04) К, 107—01 (02,04) К, 153—01 (02,04) К, 178—01 (02,04) К.
Электрические свойства полиэтилена: удельное объемное электрическое сопротивление 1 · 1016... 1 · 1017 Ом-см; относительная диэлектрическая проницаемость на частоте 1 МГц не более 2,3; тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц не более 3·10-4.
Пористый полиэтилен в последнее время получил широкое распространение в кабельной технике. Пористая изоляция представляет собой газонаполненный полиэтилен, в котором газ занимает несообщающиеся между собой макро- или микроскопические полости (ячейки). Пористый полиэтилен получается путем вспенивания размягченного материала вследствие расширения газа, равномерно распределенного в полимере, или введения в состав композиции порошкообразных веществ, так называемых порофоров, способных при повышенной температуре переходить в газообразное состояние.
Пористый полиэтилен сочетает в себе достоинства сплошной изоляции (негигроскопичность и несминаемость) и воздушно-полиэтиленовой (содержание большого количества газа в общем объеме изоляции). Диэлектрическая проницаемость ε пористого полиэтилена зависит от процента содержания воздуха в изоляции и уменьшается обратно пропорционально проценту содержания воздуха.
Пенообразующий концентрат (порофор) марки 107-ОВАС (ТУ 6-05- 361-6—80) представляет собой полиэтилен высокого давления марки 107-01К (ГОСТ 16337—77) с равномерно распределенными в нем газообразователями и стабилизатором. Концентрат поставляется в гранулах желтого цвета диаметром 2... 5 мм, горюч, температура его воспламенения 300° С, а самовоспламенения 400° С. Концентрат 107-ОВАС смешивается с полиэтиленом марки 102-02К или 153-02К в соотношении 1 :2. В основном применяется пористый полиэтилен с диэлектрической проницаемостью, равной 1,4... 1,5. Тангенс угла диэлектрических потерь пористого полиэтилена примерно в 2 раза больше, чем сплошного полиэтилена.
К числу недостатков пористого полиэтилена следует отнести меньшую, чем у сплошного полиэтилена, влагостойкость, электрическую и механическую прочность.

Полистирол (стирофлекс) вырабатывают из жидкого стирола, исходным сырьем которого является нефть или каменный уголь. Из полистирола изготовляют ориентированное волокно и пленку, получившие название стирофлекс. Полистирол — прозрачный, гибкий и негигроскопичный материал, из которого изготовляют ленты толщиной 0,045 и шириной 10... 12 мм и кордель диаметром 0,8 мм для изоляции жил высокочастотных симметричных кабелей связи. Полистирол — твердый, похожий на стекло материал с удельной массой 1,05. Он довольно стоек к действию кислот и щелочей, растворяется в бензоле и потому может склеиваться, горит коптящим пламенем. Большим недостатком полистирола является низкая теплостойкость, при нагреве свыше 70° С он утрачивает свое ценное качество — эластичность и делается хрупким. Полистирол, используемый для изоляции жил четверки, имеет различную расцветку. Кроме того, он хорошо прессуется и поддается литью под давлением.
Воздушно-бумажная изоляция
Воздушно-бумажной изоляцией называется полувоздушная изоляция, образованная сочетанием кабельной или телефонной бумаги и воздуха. Как указывалось выше, воздушно-бумажная изоляция делится на трубчато-бумажную и кордельно-бумажную.
Трубчато-бумажная изоляция образуется путем неплотной спиральной обмотки токопроводящей жилы лентой кабельной бумаги. Обмотку производят с перекрытием каждого предыдущего витка последующим примерно на 10... 25% ширины ленты. Для изолирования жил диаметром 0,9 и 1,2 мм применяют кабельную бумагу типа К-80 и К-120, а для жил диаметром 0,7 мм—типа КТ-50, основные свойства которой приведены в табл. 2.5.

Таблица 2,5
Свойства кабельной бумаги

Кордельно-бумажной изоляцией называется воздушно-бумажная изоляция, образованная бумажным корделем, наложенным на токопроводящую жилу по винтовой спирали и обмоткой из одной или нескольких бумажных лент.

Кордель — элемент из изолирующего материала (бумага, полиэтилен, полистирол), применяемый для образования каркаса полувоздушной изоляции (кордельно-бумажная, кордельно-полиэтиленовая, кордельно-полистирольная изоляция).
Полиэтиленовая изоляция
Полиэтиленовая изоляция подразделяется на сплошную, пористую, шайбовую и баллонную.
Сплошная полиэтиленовая изоляция (СПИ) — изоляция в виде сплошного по длине слоя полиэтилена. Она применяется в одночетверочных кабелях типа ЗКА, ЗКП и ЗКВ, симметричных парах коаксиальных кабелей типа КПК и КМПК, а также в одноаксиальных станционных кабелях типа КГК, КСК и МКС.
Пористо-полиэтиленовая изоляция (ППИ) —воздушно-полиэтиленовая изоляция из пористо-полиэтиленовой массы, наложенной на внутренний проводник. Применяется она в коаксиальных кабелях типа ВКПП и БВКПП.
Шайбовая изоляция (ШИ) — воздушно-полиэтиленовая изоляция, образованная полиэтиленовыми шайбами, расположенными через определенный интервал на внутреннем проводнике коаксиальной пары. Применяется она в коаксиальных парах 2,6/9,5 (2,6/9,4) кабелей типа КМ-4 и КМ-8/6.
Баллонная изоляция (БИ) — воздушно-полиэтиленовая изоляция, образованная периодически обжатой трубкой с внутренним диаметром, большим диаметра проводника. Применяется она в коаксиальных парах 1,2/4,6 кабелей типа МКТ-4 и КМ-8/6.

Полистирольная изоляция

Полистирольная (кордельно-полистирольная) изоляция применяется только в симметричных высокочастотных кабелях типа МКС, Кордельно-полистирольная изоляция состоит из полистирольного корделя диаметром 0,8 мм, наложенного на токопроводящую жилу по спирали и обмотанного сверху по спирали двумя полистирольными лентами толщиной по 0,045 мм в направлении, противоположном направлению корделя. Изоляция жил первой пары четверки кабеля должна иметь красный и желтый цвета, второй пары — синий и зеленый.