Bainhas de proteção e bainhas de cabos: finalidade, materiais, tipos, anticorrosão, blindados

Nomeação de conchas e coberturas protetoras

As capas protetoras servem para proteger a camada de isolamento fio ou cabo da influência do ambiente, mas principalmente da influência da umidade. Quanto menos resistente à umidade for o isolamento do cabo ou fio, mais perfeita deve ser a aplicação da bainha.

As condições físicas de operação do cabo também influenciam a escolha do material da bainha, por exemplo, se for necessária maior flexibilidade do cabo, deve-se usar uma bainha flexível.

Os materiais usados ​​para contenção são poucos, ou seja, chumbo, alumínio, borracha, plásticos e suas combinações.

As capas protetoras de fios e cabos servem para proteger o condutor do estresse mecânico durante a colocação ou durante a operação, bem como para proteger as bainhas dos cabos da corrosão; portanto, os revestimentos anticorrosivos às vezes são diferenciados do grupo de capas protetoras.

Como revestimento anticorrosivo, o papel de cabo é mais frequentemente usado, aplicado a partir de uma camada com rega simultânea com composições betuminosas de viscosidade apropriada.

As bainhas protetoras consistem em fios de algodão ou cabos aplicados na forma de uma trança ou trança na camada isolante ou bainha protetora do cabo ou uma trança na camada isolante ou bainha protetora do cabo ou condutor.

Cobrir invólucros de proteção com plásticos é comum para protegê-los contra corrosão e danos mecânicos.

Como revestimento anticorrosivo, o papel de cabo é mais frequentemente usado, aplicado a partir de uma camada com rega simultânea com composições betuminosas de viscosidade apropriada.

Uma trança de fios de aço finos é freqüentemente usada para proteção mecânica de fios e cabos flexíveis.

Em vários designs, as tranças de algodão e outros fios são revestidas com vernizes especiais (vernizes de revestimento) que protegem o fio da influência do meio ambiente, da ação do ozônio e aumentam a resistência do fio à umidade e à gasolina.

Coberturas compostas de plástico, folha de metal e tecido ou papel revestido também são usadas e, em alguns casos, podem substituir a bainha de chumbo (especialmente para cabos usados ​​em instalações internas e temporárias).

Materiais de retenção

O chumbo é o principal material do qual são feitos os coletes mais confiáveis. A principal vantagem da bainha de chumbo sobre todas as outras bainhas e revestimentos é sua resistência total à umidade, flexibilidade suficiente e a capacidade de aplicar de forma rápida e barata ao cabo usando uma prensa de chumbo.

No entanto, o chumbo tem muitas desvantagens: alta gravidade específica, baixa resistência mecânica, resistência insuficiente à corrosão mecânica e eletroquímica.

Tudo isto, tendo em conta as reservas limitadas e naturais de chumbo, torna necessário melhorar a qualidade das bainhas de chumbo, introduzir substitutos e conceber novos tipos de produtos de cabos sem bainhas de chumbo.

O chumbo não inferior ao grau C-3, com um teor de chumbo de 99,86%, é usado para bainhas de cabo de afundamento.

A resistência mecânica da casca de chumbo é amplamente determinada por sua estrutura. A estrutura porosa fina obtida como resultado da produção da casca de chumbo graus C-2 e C-3 com resfriamento rápido e intensivo da casca extrudada é o mais mecanicamente forte e estável.

Com uma estrutura de grão médio e grosso, são obtidos pontos de baixa qualidade. A partir dessas cascas, mesmo em condições normais de produção, crescem cristais de chumbo, que então se deslocam um em relação ao outro ao longo dos planos de clivagem, o que leva à destruição prematura da casca.

O chumbo muito puro é muito propenso à formação e crescimento de cristais mesmo à temperatura ambiente, tornando-o inadequado para a produção de bainhas de chumbo.

Uma medida para combater a cristalização do chumbo é, além do resfriamento após o revestimento de chumbo, adicionar estanho, antimônio, cálcio, telúrio, cobre e outros metais ao chumbo.

Cabo Battlecruiser, construído para a Marinha Real da Grã-Bretanha, comissionado em 1920. Três condutores, revestidos de chumbo, em blindagem.

O melhor aditivo é o estanho, que, quando contido no chumbo em uma quantidade de 1-3% em peso, fornece uma estrutura granulada estável. No entanto, o estanho é muito escasso e atualmente está sendo substituído nas bainhas dos cabos por outros metais.

A introdução de antimônio no chumbo em uma quantidade de 0,6 a 0,8% afeta favoravelmente a estrutura da casca de chumbo e aumenta a resistência mecânica, diminuindo um pouco a elasticidade, ou seja, a capacidade de dobra da casca de chumbo. Uma adição de telúrio numa quantidade de cerca de 0,05% dá bons resultados. O chamado chumbo de cobre, que é chumbo com uma mistura de cobre - em uma quantidade de cerca de 0,05% - também se espalhou.

Além das ligas duplas, existem ligas ternárias de chumbo com cádmio, estanho (0,15%), antimônio e outros metais. Essas ligas são menos convenientes de fabricar e seus resultados de teste são próximos aos de algumas ligas binárias e de cobre-chumbo.

O alumínio também pode ser usado para fazer revestimentos de cabos. Para tanto, são utilizados alumínio técnico e de alta pureza (com teor de alumínio de 99,5 e 99,99%), cujas características mecânicas são melhores que as do chumbo e das ligas de chumbo.

A força do invólucro de alumínio é pelo menos 2-3 vezes maior que a força do chumbo. A temperatura de recristalização do alumínio, bem como a sua resistência à vibração, são significativamente superiores às do chumbo.

O peso específico do alumínio é 2,7 e o do chumbo é 11,4, portanto, a substituição da bainha de chumbo por alumínio pode resultar em grande redução do peso do cabo e aumento da resistência mecânica da bainha, o que possibilitará em alguns casos, recusar o reforço do cabo com tiras de aço.

A principal desvantagem do alumínio é a sua resistência à corrosão insuficiente… O processo de aplicação da bainha ao cabo é significativamente complicado pelo alto ponto de fusão do alumínio (657 ° C) e pelo aumento da pressão durante a prensagem, que atinge três vezes a pressão ao empurrar a bainha de chumbo.

A bainha de alumínio pode ser aplicada não só por crimpagem, mas também pelo método a frio, no qual fios e cabos isolados são trefilados em tubos de alumínio previamente feitos por extrusão, seguido de bainha por trefilação ou laminação. Este método permite o uso de alumínio de grau comercial.

É bastante comum o método de soldagem a frio de uma bainha de alumínio, que consiste no fato de que as arestas de uma tira de alumínio aplicada longitudinalmente ao cabo passam entre rolos, com a ajuda da qual é criada uma alta pressão específica no alumínio, suficiente para sua soldagem a frio.

Atualmente, os plásticos são usados ​​com sucesso para produzir bainhas protetoras para fios e cabos em vez de chumbo.Quando maior flexibilidade do cabo é necessária, a borracha vulcanizada e as bainhas de plástico são as mais adequadas.

As tampas de mangueira de borracha vulcanizada são as mais utilizadas na fabricação de cabos. em borrachas naturais ou sintéticas e de materiais termoplásticos como PVC, polietileno.

A resistência mecânica dessas cascas é bastante alta (resistência ao rasgo na faixa de 1,0 a 2,0 kg / mm2, alongamento de 100 a 300%).

A principal desvantagem é a perceptível permeabilidade à umidade, que é entendida como um valor que caracteriza a capacidade do material de passar vapor d'água sob a influência de uma diferença de pressão em ambos os lados da camada de material.

Borracha vulcanizada em borracha natural pode funcionar por muito tempo na faixa de temperatura de -60 a + 65 ° C. Para a maioria dos plásticos, esses limites são muito mais estreitos, especialmente para temperaturas abaixo de zero grau.

Existem borrachas de silicone, novos materiais de borracha que são polímeros de silício e silício, substâncias de alto peso molecular, na base das quais a estrutura dos átomos de silício é combinada com átomos de carbono.

A bainha feita de materiais termoplásticos, em comparação com a bainha de chumbo dos cabos, pode reduzir significativamente o peso do cabo e aumentar a resistência à corrosão da bainha e resistência mecânica (ver também - Fios e cabos com isolamento de borracha).

Destruição da bainha de chumbo

A resistência mecânica da bainha de chumbo é necessária para garantir proteção suficiente da camada isolante do ambiente ao redor do cabo. Esta propriedade (resistência mecânica) deve ser mantida por muito tempo durante a operação do cabo por várias décadas e não mudar com o tempo sob a influência de causas mecânicas (vibração) e químicas (corrosão).

As propriedades mecânicas das bainhas de chumbo e sua estabilidade sob a influência de várias causas dependem principalmente da estrutura da bainha e de suas mudanças sob a influência do calor e da vibração.

Cabos com revestimento de chumbo com estrutura de granulação grossa muitas vezes não resistem ao transporte de longo prazo, mesmo por trem (especialmente no verão).

Sob a influência do tremor e do aumento da temperatura, os cristais de chumbo começam a crescer, uma rede de pequenas rachaduras aparece na casca, que se aprofundam cada vez mais e, finalmente, levam à destruição da casca.As bainhas de chumbo de cabos colocados em pontes são particularmente suscetíveis a danos por vibração.

Houve casos em que cabos de chumbo, enviados no verão por trem por vários milhares de quilômetros, chegaram ao destino com uma casca completamente destruída.

Esses casos ocorrem com mais frequência em bainhas de chumbo feitas de chumbo puro. Adições de estanho, antimônio, telúrio e alguns outros metais fornecem uma estrutura de grão fino estável e, portanto, são usados ​​na produção de bainhas de cabos de chumbo.

Quando a corrente de fuga deixa a bainha de chumbo de um cabo colocado em solo calcário úmido contendo C0 ion3chumbo carbonato PbC03 no ponto de saída onde a bainha de chumbo é posteriormente destruída.

A corrosão eletroquímica do chumbo pode levar à destruição completa da bainha de chumbo em um a dois anos, pois uma corrente de 1 A por ano pode transportar cerca de 25 kg de chumbo ou 9 kg de ferro e, portanto, com uma corrente de fuga média de 0,005 A em um ano destrói cerca de 170 g de chumbo ou cerca de 41,0 g de ferro.

uma medida radical luta contra a corrosão eletroquímica é a chamada proteção catódica, baseada no fato de que o metal protegido recebe um potencial negativo em relação às estruturas circundantes, o que torna esse metal imune a quase todos os tipos de corrosão do solo.

O potencial eletronegativo mínimo no qual todos os tipos de corrosão cessam é de 0,85 V para tubos de aço e 0,55 V para bainhas de chumbo de cabos elétricos.

Em alguns casos, o revestimento da bainha de chumbo oferece uma boa proteção contra a corrosão elétrica com uma capa protetora composta por uma camada de betume semicondutor, duas tiras de borracha semicondutoras e uma fita branca de fixação. Obtém-se uma espécie de filtro eletrônico, que faz passar a corrente elétrica que sai da bainha, e separa o chumbo do efeito direto da recebida na eletrólise de íons.

Forças mecânicas na bainha do cabo

As forças mecânicas na bainha do cabo surgem como resultado do fluxo da mistura de impregnação em um suspenso verticalmente cabos de força, bem como devido à expansão térmica da mistura de impregnação quando o cabo é aquecido. em moderno cabos de alta tensão cheios de óleo e gás a bainha de chumbo deve suportar uma pressão interna considerável.

À medida que a mistura de impregnação é aquecida, a pressão no cabo aumenta até um valor correspondente à pressão hidrostática. Quanto melhor for a impregnação da camada isolante, maior será a pressão obtida no cabo durante o aquecimento, pois o volume de inclusões de gás diminui com a melhora da impregnação do cabo.

Sob a influência da pressão que atua no lado interno da bainha, esta tende a se expandir e, se o limite de deformação elástica do chumbo for excedido, ocorrerá uma deformação permanente, que enfraquece a bainha de chumbo e reduz o desempenho operacional propriedades do cabo.

Ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento do cabo, resultando em deformações permanentes no condutor, podem causar a ruptura do revestimento do condutor.

Como o chumbo sem aditivos à temperatura ambiente quase não tem limite elástico, o aparecimento de tais deformações permanentes na bainha de chumbo do cabo de trabalho levará, sem dúvida, a uma violação de sua resistência mecânica.

A presença de aditivos no chumbo aumenta as propriedades mecânicas e em particular o limite elástico da bainha, pelo que, para os cabos expostos à pressão do interior, é obrigatório o uso de chumbo ligado ou ligas especiais duplas e triplas.

A redução das propriedades mecânicas do invólucro de chumbo ao longo do tempo determina a sua vida útil. Deste ponto de vista, surge o conceito de «curva de vida do invólucro», que significa a relação entre a resistência à tração no invólucro e a duração do seu ação até que a casca se rompa.

Nos casos em que é necessário o reforço da bainha de chumbo do cabo, por exemplo, em cabos preenchidos com gás ou destinados a serem colocados em uma via fortemente inclinada, a aplicação de uma armadura de duas tiras finas de latão ou aço aumenta a resistência mecânica do cabo bainha e o torna adequado para alta pressão, desenvolvendo-se no cabo.

cabos blindados

A bainha de chumbo não oferece proteção suficiente contra influências mecânicas, por exemplo, impactos acidentais no cabo durante a instalação e, em particular, contra forças de tração que ocorrem tanto durante a colocação do cabo quanto durante sua operação.

Em cabos para instalação vertical, principalmente fluviais e marítimos, é necessário proteger a bainha de chumbo das forças de tração, pois sem essa proteção, a bainha de chumbo irá se rasgar ou danificar com o tempo.

Existem dois tipos principais de armadura: fita, que protege o cabo principalmente de influências mecânicas acidentais durante a colocação e fio - de forças de tração.

A armadura de tira consiste em duas tiras de aço em camadas sobre um suporte de materiais fibrosos, de modo que as lacunas entre as voltas de uma tira se sobreponham às voltas da outra tira. As folgas entre as bordas das curvas de uma faixa são iguais a cerca de um terço da largura da faixa, e a sobreposição das curvas de uma faixa com curvas, a outra, deve ser de pelo menos um quarto da largura da faixa tira tira blindada.

Tal implementação da armadura do cabo permite proteger a bainha de chumbo de bater com uma pá ao colocar o cabo e outras influências mecânicas não muito fortes e, ao mesmo tempo, preserva a flexibilidade necessária para colocar o cabo, que é obtido movendo « dobras da armadura de fita uma em relação à outra.

A desvantagem da fita blindada é a possibilidade de deslocamento das dobras da fita blindada quando o cabo é arrastado ao longo do solo durante a colocação. Essa armadura é usada principalmente para blindar cabos subterrâneos, bem como cabos colocados em ambientes fechados em túneis de cabos e nas paredes de edifícios.

A fita de aço usada na indústria de cabos deve ter uma resistência à tração de 30 a 42 kg/mm2, porque a fita com alta resistência à tração é muito elástica e não se ajusta bem ao cabo durante a dobragem. É necessário um alongamento na ruptura de 20 a 36% (com um comprimento de amostra estimado de 100 mm).

Para blindagem de cabos de potência, utiliza-se fita de aço com espessura de 0,3, 0,5 e 0,8 mm e largura de 15, 20, 25, 30, 35, 45 e 60 mm, dependendo do diâmetro do cabo. A fita deve ser entregue em círculos com um diâmetro de cerca de 500 - 700 mm.

O fio da armadura é usado redondo e segmentado (plano). O fio redondo é usado para blindar cabos que devem suportar forças de tração significativas durante a instalação ou operação (por exemplo, cabos submarinos). O fio segmentado é usado para cabos colocados em minas e em rotas íngremes e inclinadas.

Para proteger contra a corrosão, o fio usado para blindagem deve ser revestido com uma camada espessa e contínua de zinco.

Na reserva, uma armadura de arame, semelhante a uma fita, é aplicada ao cabo sobre uma almofada, que pode ser constituída por uma camada de fio de cabo pré-impregnado com um composto anti-podridão, coberto por uma camada de mistura betuminosa na parte superior.

Para armadura de arame, a direção da torção é tomada na direção oposta à direção da torção total dos núcleos do cabo.

Para proteger a armadura da corrosão (corrosão), ela é recoberta com um composto betuminoso e uma camada de fios de cabos pré-impregnados cobertos por cima com o mesmo composto. A camada externa do fio do cabo é projetada não apenas para proteger a fita blindada ou o fio blindado da corrosão, mas também serve para fixação, ou seja, não permite que as fitas blindadas se movam e prende os fios blindados em um fio.

Os cabos destinados à instalação interna não devem ter uma camada de fio de cabo impregnado sobre o revestimento blindado por motivos de segurança contra incêndio. Esses cabos, por exemplo cabos da marca SBG, devem ser blindados com fita blindada envernizada.

O processo de reserva consiste na aplicação de capas e armaduras de proteção.O cabo de chumbo deve ser aplicado em sequência: uma camada de composição betuminosa torcida com duas tiras de papel de cabo (revestimento anticorrosivo), uma camada de composto, fio de cabo ou papel sulfite impregnado (almofada sob a armadura), uma camada de composição betuminosa , uma armadura feita de duas tiras de aço ou fios de aço, uma camada de composição betuminosa, fio de cabo (cobertura externa), uma camada de composição betuminosa e solução de giz.