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看似简简单单的通信线缆,如果剖开电缆仔细观察,会发现科技人员是用了不少“心思”的。从结构上看,通信电缆一般分为缆心和护层两大部分。而护层又可以分为护套和外护层。缆心由被绝缘保护的导电心线和必要的屏蔽、填充和绑扎带(丝)等组成。从外形上看,缆心的横截面一般都是圆形。
缆心是承担信息传输的主要部分,为了保护缆心不受潮,不受外界机械损伤和电气干扰,在缆心的外面加上了护套,在需要的情况下还需要再加外护层。
开始大家通常用铅作护套,这是因为铅比较软,制造安装方便,还能起到中等屏蔽的效果。但技术人员终还选择了铝。这是因为铅太重了。运输非常难。而铝的屏蔽效果优于铅,又轻许多。当然,任何事情都是有利有弊的。铝在制造上相对铅困难些,而且容易受到腐蚀。
所谓脆化温度(brittle temperature),是指塑料在低温力学行为的一种量度。以具有一定能量的冲锤冲击试样时,当试样开裂几率达到50%时的温度,即脆化温度。也可以理解为玻璃态和高弹态的分界点,低于脆化温度,分子链段失去活性处于僵硬的固定状态,受力发生的断裂为脆性断裂,伸长率几乎为零。
在GB∕T 5470-2008《塑料冲击脆化温度试验方法》中可以知道,塑料在多种用途中需要在承受或不承受冲击条件下进行低温弯曲。加工时产生的取向、热历史、冲击时施加在材料上的力、尤其是施力速度都会影响聚合物的脆性。当应用的变形条件与试验方法中规定的条件相似时,脆化温度可用于预测塑料材料的低温行为。脆化温度试验用于测量聚合物失去韧性呈"玻璃状"的温度。
在使用一段时间后,橡套电缆铜丝颜色往往会发黑。究其原因发现:导致橡套电缆铜丝发黑的原因有很多,除了和橡皮的材料配方有关外,还与铜丝本身所处的状态、橡胶加工工艺、橡胶硫化工艺、电缆的结构、护套橡胶配方以及生产环境等诸多因素有关。二十世纪五六十年代,我国国内大多数厂家均使用普通铜杆(铜含量为99.99%,均为有氧铜杆),生产方法都是铜锭加热后经多道压延后制得黑色铜杆,在大、中、小拉后将铜杆制成比较细的铜丝。因为铜本身并非是无氧铜,在加工过程中铜丝表面难免会发生氧化。二十世纪八十年代,我国引进的无氧铜杆生产技术,以及国内自行研发的无氧铜杆工艺,使整个电线电缆行业开始使用无氧铜杆,大大地改善了铜丝发黑的问题。但由于对铜杆的加工,特别是韧炼工艺的掌握以及加工后铜线芯存放条件恶劣,使铜线芯表面发生轻微的氧化。
二十世纪五十年代,橡胶绝缘均采用天然胶和丁苯胶并用配方。由于绝缘橡皮直接与铜线接触,不能直接使用硫磺作硫化剂,即使使用很少的硫磺也会使铜线发黑,所以不得不使用一些能够分解出游离硫的化合物,如促进剂TMTD、硫化剂VA-7,同时还要配合硫化促进剂来提高硫化速度和硫化程度,确保绝缘橡皮的物理机械性能和电气性能。但从绝缘橡皮的弹性、强力和变形性能角度来说,加有硫磺的橡皮是好的(暂且不考虑铜丝发黑)。
针对橡套电缆中硫磺向绝缘橡皮和铜线表面渗透的原因探讨,前苏联科学家曾应用放射性同位素证实了电缆护套橡胶中硫扩散的可能性。以天然橡胶为基的硫化胶中,在130-150℃的温度下,游离硫的扩散系数约为10-6cm2/s。而在连续硫化的生产车间内,硫化护套橡胶时温度保持在185-200℃之间,使得硫扩散系数更大。
橡套游离硫的扩散,改变了秋兰姆橡胶的结构,可能形成多硫键。这些多硫化合物通过化学分解和化合实现迁移,即"化学扩散",不仅改变了绝缘橡皮的结构,降低其耐热性,而且与铜表面发生反应,形成硫化铜、硫化亚铜,导致铜线发黑。同时,硫化铜和硫化亚铜也加速了橡胶的老化,导致橡胶发粘。
护套厚度低于标准要求当然为不合格,但厚度超出标准要求,也是不合格的。例如:电缆型号为ZR-KVVP 4*1.5mm2,经测得护套厚度平均厚度1.6mm,此种型号如参照GB9330-88标准要求,厚度应为1.2mm。判其不合格原因有以下几点:
(1)减少使用寿命。电缆敷设以后,会长时间通电,通电会产生热能,导体允许工作温度为70℃,聚氯乙烯长期使用温度不宜超过65℃,如果在夏季,工作温度将会升高,这些温度将会通过外护层散发出来,护套厚度增加,热能难以散发,将会影响电缆使用寿命,因聚氯乙烯在热的作用下,使绝缘层发生一系列的物理和化学变化,丧失了原有的优良性能,导致绝缘性能明显下降,甚至会出现短路,影响机组正常运行。
(2)材料性能缺陷。材料性能并不是通过厚度体现出来,按照GB8815-2002标准要求,
那它的某一项指标不达标,阻燃聚氯乙烯材料,那它的氧指数低于30。
(3)电缆结构存在问题。如果导体、绝缘层、编织密度,按照标准要求控制,选择适当填充料使之圆整,这样护套怎能挤得如此之厚呢?
(4)增加电缆敷设难度。现在电缆敷设以桥架或穿管为主,现在许多企业都在实行电缆要求紧,外径小,在敷设过程中能有空隙,散发热能,电缆外护套不受损伤,否则,给施工单位和电缆敷设带来一定困难。
中高压交联聚乙烯绝缘电缆(以下简称交联电缆)作为我公司的主导产品,其质量水平高低将直接影响着我公司在市场竞争中的成败。公司成立至今,通过全体员工的共同努力,我公司交联电缆的质量处于较高的水平,在此主要论述进水对交联电缆所产生的危害。交联电缆进水主要分为导体进水和护套进水(包括内护),水或者潮气对于电缆使用的高聚物材料,可使之产生水解,降低材料的强度和柔软性,水分被高聚物吸附、吸收和扩散,可使电性能严重恶化,使表面电阻、体积电阻和击穿场强下降,使电容和介质损耗角正切增加;电缆进水后,在电场的作用下,产品会发生水树老化现象,湿度越高,温度越高,电压越高,水中所含离子越多,则水树发展越快;上述种种,将导致产品寿命缩短,严重者产品在短期内击穿。
交联电缆在生产过程中进水主要集中在两个工序上:交联工序与护套工序。在交联工序生产过程中,由于电缆阻水接头未处理好等原因将导致交联绝缘线芯进水,水或潮气一旦进入到绝缘线芯内部,就难以处理,只能将进水的交联线芯剪掉,造成材料的浪费,成本增加,甚至延误电缆的发货;在护套工序生产过程中,由于操作工的工作责任心不强或操作失误,造成电缆头部在牵引时掉进水槽中或电缆在生产过程中未控制好电缆内外护套厚度及偏心,造成护套破洞后水进入电缆内部,如头部进水只能将头部进水电缆剪掉,影响电缆发货米数;如电缆中间由于护套破洞进水,就难于处理干燥,即使用吹干机吹,也难以全部吹干,一旦电缆发货,在长期的运行过程中,电缆进水成为影响电缆安全运行的潜在隐患,终可能导致电缆击穿或退货,后果非常严重。另外,在包装和储运过程中间也会发生电缆进水现象,一旦电缆封头未封好或电缆由于储运时护套破损,也会造成电缆端头进水,客户难以接受。