13.1.3. Изоляция

Материал, применяемый для изоляции кабельных жил, должен обладать высокими и стабильными во времени электрическими характеристиками, быть гибким, механически прочным и не требовать сложной технологической обработки. В электрическом отношении свойства изоляции определяются следующими параметрами: электрической прочностью U, при которой происходит пробой изоляции; удельным электрическим сопротивлением , характеризующим ток утечки в диэлектрике; диэлектрической проницаемостью , характеризующей степень смещения (поляризации) зарядов в диэлектрике при воздействии на него электрического поля; тангенсом угла диэлектрических потерь (или величиной диэлектрических потерь) tgδ, характеризующим потери высокочастотной энергии в диэлектрике.

Наилучшим диэлектриком является воздух (_r = 1; р→∞ и tgδ→0). Однако создать изоляцию только из воздуха практически невозможно. Поэтому кабельная изоляция, как правило, является комбинированной и содержит как воздух, так и твердый диэлектрик, причем количество твердого диэлектрика должно быть минимальным и определяться требованием устойчивости изоляции и жесткости ее конструкции. Изоляция должна предохранять токопроводящие жилы от соприкосновения между собой и строго фиксировать взаимное расположение жил в группе по всей длине кабеля.

В качестве диэлектриков в кабелях связи широко используются полимеризационные пластмассы типа полистирол (стирофлекс), полиэтилен, фторопласт, полихлорвинил и др. Сочетание высоких электрических характеристик в широком спектре частот, влагостойкости к различным агрессивным средам и сравнительно несложной технологической обработки обеспечило пластмассам широкое применение в кабелях связи в качестве изоляции и защитных оболочек.

При оценке пригодности того или иного типа кабеля следует иметь в виду, что ширина полосы частот, передаваемой по кабелю, обусловлена качеством используемого диэлектрика (ε, tgδ) и в первую очередь — величиной диэлектрических потерь. Потери высокочастотной энергии в диэлектрике кабеля а_д непосредственно связаны с величиной tgδ и прямолинейно взрастают с ростом частоты. Для сравнения укажем, что при частоте 1 МГц величина tgδ кордельно-бумажной изоляции вставляет 400·10^-4, а полиэтилена — не более 5.. 10^-4. С ростом частоты эта разница в потерях линейно возрастает, и для высокочастотных кабелей становятся пригодными лишь определенные пластмассы.

Основные физико-механические и электрические свойства указанных материалов приведены в табл. 13.2.

Таблица 13.2

Материал	Плот-ность, г/см^3	Предел прочности при растяжении		Относи-тельное удлинен-ие при разрыве, %	Тепло-стой-кость, °С	Диэлект-рическая проницаемость	tgδ·10^-4 при частоте 1 кГц
		МПа	кгс/см^2
Кабельная бумага Поли-стирол Сплошной полиэтилен Пористый полиэтилен Поливинил-хлорид	0,7 1,05 0,92 0,47 1,26... 1,40	80 120...50 12... 18 2,5... 5 10... 22	800 1200... 500 120... 180 25... 50 100... 220	2 1,5...12,5 150...600 1200 150...400	— 70 120 120 —	2...2,5 2,5...2,7 2,28...2,120 1,45...1,50 12...6	80 2 12 4 1200...1000

Бумага, предназначенная для изоляции жил НЧ кабелей, вырабатывается из сульфатной целлюлозы. Для междугородных кабелей применяется бумага толщиной 0,12 и 0,17 мм. Для удобства монтажа бумагу окрашивают в разный цвет: красный, синий, зеленый.

Бумажный кордель представляет собой нить, скрученную из кабельной бумаги диаметром 0,6; 0,76 и 0,85 мм. Прочность бумажного корделя равна 70 МПа (7 кгс/мм²).

Полистирол (стирофлекс) вырабатывают из жидкого стирола, исходным сырьем для которого является нефть или каменный уголь. Полистирол прозрачный, гибкий и негигроскопичный материал, из которого вырабатывают ленты толщиной 0,045 мм и шириной 10... 12 мм и кордель диаметром 0,8 мм для изоляции жил высокочастотных кабелей связи.

Полистирол имеет различную расцветку - красную, синюю, зеленую. Недостатком полистирола является его низкая теплостойкость, находящаяся в пределах 65 ... 80° С.

Полиэтилен получают путем полимеризации жидкого этилена. Полиэтилен представляет собой молочно-белый (иногда желтовато-белый) материал, на ощупь напоминающий парафин. При поджигании загорается медленно и горит синеватым пламенем без копоти. Полиэтилен термопластичен, температура его размягчения около 120° С. При обычной температуре на него не действуют кислоты и щелочи.

Существуют два способа получения полиэтилена: при высоком давлении (150... 1250 МПа, или 1500... 12500 атм.) и температуре 200° С и при низком давлении (0,12 ... 0,4 МПа, или 12 ... 4 атм.) и температуре 70° С. Полиэтилен низкого давления отличается большей плотностью (до 0,97 г/см³) и более кристаллической структурой, чем полиэтилен высокого давления. Полиэтилен выпускается в виде мелких частиц-гранул размером 12 мм.

Пористый полиэтилен получается введением в состав композиции полиэтилена газообразователей или порофоров, способных при определенных температурах переходить в газообразное состояние.

Поливинилхлорид получается путем полимеризации винилхлорида. Чтобы получить из поливинилхлорида мягкий материал, его смешивают с пластификатором. Поливинилхлорид весьма устойчив к действию химических реагентов, однако сравнительно легко разлагается при нагревании, выделяя хлористый водород. Важным свойством его является негорючесть, поэтому он нашел широкое применение в качестве оболочек станционных кабелей связи.

Существенным недостатком поливинилхлорида является сравнительно низкая теплостойкость (не выше 70°С). При низких температурах пластикат теряет прочность, а при высоких резко ухудшает свои электрические свойства.

На основе указанных диэлектриков в настоящее время разработаны и применяются различные конструкции изоляционных покровов. В основном в кабелях связи используются следующие типы изоляции:

трубчатая, выполняемая в виде бумажной или пластмассовой ленты, наложенной в виде трубки (рис. 13.5, а);

кордельная, состоящая из нити корделя, расположенного открытой спиралью на проводнике, и ленты, которая накладывается поверх корделя (рис. 13.5, б);

сплошная, выполняемая из сплошного слоя пластмассы (рис. 13.5, в);

пористая, образуемая из слоя пенопласта (рис. 13.5, г);

баллонная, представляющая собой тонкостенную пластмассовую трубку, внутри которой свободно располагается проводник. Трубка периодически в точках или по спирали обжимается и надежно удерживает жилу в центре изоляции (рис. 13.5, д,e);

шайбовая, выполняемая в виде шайб из твердого диэлектрика, насаживаемых на проводник через определенные промежутки (рис. 13.5, ж);

спиральная (геликоидальная), представляющая собой равномерно распределенную по длине проводника пластмассовую спираль, имеющую прямоугольное сечение (рис. 13.5, з).

Рис. 13.5. Конструкции и типы изоляции проводников

Известна также кордельно-трубчатая изоляция, состоящая из пластмассовых корделя и трубки.

Из различных диэлектриков и конструктивных форм изоляции наибольшее применение в настоящее время получили:

для кабелей городской и сельской связи — трубчатая, выполненная в виде обмотки бумажными лентами, сплошная полиэтиленовая, пористая бумажная или полиэтиленовая;

для симметричных кабелей междугородной связи — кордельно-стирофлексная, баллонная, кордельно-трубчатая или пористая из полиэтилена;

для коаксиальных кабелей — шайбовая, баллонная, геликоидальная и пористая (во всех случаях диэлектриком является полиэтилен);

для подводных коаксиальных кабелей — сплошная полиэтиленовая изоляция.