Elementy konstrukcyjne przewodów i kabli można ogólnie podzielić na cztery główne części konstrukcyjne: przewodniki, warstwy izolacyjne, warstwy ekranujące i osłony, a także elementy wypełniające i elementy rozciągające itp. Zgodnie z wymaganiami użytkowania i scenariuszami zastosowań produktów, niektóre produkty mają wyjątkowo proste struktury, z tylko jednym elementem konstrukcyjnym, przewodem, takimi jak przewody napowietrzne, przewody trakcyjne, szyny zbiorcze miedziano-aluminiowe (szyny zbiorcze) itp. Zewnętrzna izolacyjność elektryczna tych produktów jest zapewniona dzięki stosowaniu izolatorów i zachowaniu odstępu przestrzennego podczas instalacji i układania (tj. dzięki stosowaniu izolacji powietrznej).
Zdecydowana większość przewodów i kabli ma dokładnie taki sam kształt przekroju poprzecznego (pomijając błędy produkcyjne) i występuje w postaci długich pasków. Wynika to z faktu, że są one wykorzystywane do tworzenia obwodów lub cewek w systemach lub urządzeniach. Dlatego też, badając i analizując skład strukturalny przewodów, wystarczy obserwować i analizować je na podstawie ich przekrojów.
Poniżej przedstawiono szczegółową analizę składu strukturalnego kabla i materiałów, z których wykonany jest kabel:
1. Skład strukturalny kabla: Przewodnik
Przewody to podstawowe i niezbędne elementy urządzeń, które przesyłają prąd lub fale elektromagnetyczne. „Drut” to skrót od rdzenia przewodzącego.
Jakie materiały wchodzą w skład przewodów kablowych? Przewody są zazwyczaj wykonane z metali nieżelaznych o doskonałej przewodności elektrycznej, takich jak miedź i aluminium. Kable optyczne stosowane w sieciach komunikacji optycznej, które dynamicznie rozwijały się w ciągu ostatnich trzech dekad, wykorzystują włókna światłowodowe jako przewodniki.
2. Skład strukturalny kabla: warstwa izolacyjna
Warstwa izolacyjna to element pokrywający obwód przewodu i pełniący funkcję izolatora elektrycznego. Oznacza to, że zapewnia ona, że przesyłany prąd, fale elektromagnetyczne i świetlne przemieszczają się tylko wzdłuż przewodu i nie wypływają na zewnątrz. Potencjał na przewodzie (czyli różnica potencjałów generowana przez otaczające obiekty, czyli napięcie) może być izolowany. Oznacza to, że jest to konieczne dla zapewnienia zarówno prawidłowego działania przewodu, jak i bezpieczeństwa osób i obiektów zewnętrznych. Przewody i warstwy izolacyjne to dwa podstawowe elementy, które muszą być obecne, aby mogły powstać produkty kablowe (z wyjątkiem przewodów gołych).
Czym są materiały izolacyjne do kabli: W dzisiejszych przewodach i kablach klasyfikacja materiałów izolacyjnych do kabli dzieli się głównie na dwie kategorie: tworzywa sztuczne i gumę. Dominują materiały polimerowe, co daje początek szerokiej gamie produktów z przewodów i kabli, odpowiednich do różnych zastosowań i wymagań środowiskowych. Popularne materiały izolacyjne do przewodów i kabli to polichlorek winylu (PCW),usieciowany polietylen (XLPE), fluoroplastiku, związków gumowych, związków gumy etylenowo-propylenowej i materiałów izolacyjnych z gumy silikonowej.
3. Skład struktury kabla: Osłona
Gdy przewody i kable są instalowane i użytkowane w różnych środowiskach, konieczne jest zastosowanie elementów chroniących cały produkt, a zwłaszcza warstwę izolacyjną. Jest to powłoka. Ponieważ materiały izolacyjne muszą charakteryzować się doskonałymi właściwościami izolacji elektrycznej wszelkiego rodzaju, konieczne jest zapewnienie im niezwykle wysokiej czystości i wyjątkowo niskiej zawartości zanieczyszczeń. Często nie da się uwzględnić ich zdolności ochronnej przed czynnikami zewnętrznymi. Dlatego też różnorodne konstrukcje ochronne muszą być odporne na działanie różnych sił mechanicznych (tj. w miejscu instalacji, użytkowania i podczas użytkowania), odporne na warunki atmosferyczne, chemikalia lub oleje, zapobiegać uszkodzeniom biologicznym oraz redukować zagrożenie pożarowe. Głównymi funkcjami powłok kablowych są wodoodporność, ognioodporność, odporność na ogień i zapobieganie korozji. Wiele produktów kablowych zaprojektowanych specjalnie do pracy w dobrych warunkach zewnętrznych (takich jak czyste, suche i wewnętrzne pomieszczenia wolne od zewnętrznych sił mechanicznych) lub tych z materiałami izolacyjnymi o określonej wytrzymałości mechanicznej i odporności na warunki atmosferyczne może obejść się bez warstwy ochronnej.
Jakie są rodzaje materiałów na osłony kabli? Główne materiały na osłony kabli obejmują gumę, tworzywa sztuczne, powłoki, silikon i różne produkty włókniste itp. Gumowa i plastikowa warstwa ochronna charakteryzuje się miękkością i lekkością i jest szeroko stosowana w kablach mobilnych. Ponieważ jednak zarówno guma, jak i tworzywa sztuczne charakteryzują się pewnym stopniem przepuszczalności wody, mogą być stosowane tylko wtedy, gdy jako izolację kabli stosuje się materiały polimerowe o wysokiej odporności na wilgoć. Niektórzy użytkownicy mogą więc zapytać, dlaczego na rynku stosuje się tworzywa sztuczne jako warstwę ochronną? W porównaniu z osłonami plastikowymi, osłony gumowe charakteryzują się większą elastycznością i giętkością, są bardziej odporne na starzenie, ale ich proces produkcji jest stosunkowo bardziej złożony. Osłony plastikowe charakteryzują się lepszymi właściwościami mechanicznymi i wodoodpornością, są łatwo dostępne, tanie i łatwe w obróbce. Dlatego są coraz szerzej stosowane na rynku. Przedstawiciele branży powinni zauważyć, że istnieje inny rodzaj osłony metalowej. Osłony metalowe pełnią nie tylko funkcje ochrony mechanicznej, ale również, o czym wspomniano poniżej, funkcję ekranującą. Posiadają one również takie właściwości, jak odporność na korozję, wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie oraz wodoodporność, co zapobiega przedostawaniu się wilgoci i innych szkodliwych substancji do wnętrza izolacji kabla. Dlatego są szeroko stosowane jako osłony kabli energetycznych z izolacją papierową impregnowaną olejem, charakteryzujących się niską odpornością na wilgoć.
4. Struktura kabla: Warstwa ekranująca
Warstwa ekranująca jest kluczowym elementem produktów kablowych, zapewniającym izolację pola elektromagnetycznego. Może ona nie tylko zapobiegać wyciekom wewnętrznych sygnałów elektromagnetycznych i zakłócaniu pracy zewnętrznych urządzeń, mierników lub innych linii, ale także blokować przedostawanie się zewnętrznych fal elektromagnetycznych do systemu kablowego poprzez sprzężenie. Strukturalnie warstwa ekranująca jest umieszczona nie tylko na zewnątrz kabla, ale również pomiędzy parami lub grupami przewodów w kablach wielożyłowych, tworząc wielowarstwowe „ekrany izolacji elektromagnetycznej”. W ostatnich latach, wraz ze wzrostem wymagań dotyczących kabli komunikacyjnych wysokiej częstotliwości i odporności na zakłócenia, materiały ekranujące ewoluowały od tradycyjnych metalizowanych taśm papierowych i półprzewodnikowych do bardziej zaawansowanych materiałów kompozytowych, takich jak:taśmy mylarowe z folii aluminiowej, taśmy mylarowe z folii miedzianej i taśmy miedziane. Typowe struktury ekranowania obejmują wewnętrzne warstwy ekranujące wykonane z polimerów przewodzących lub taśm półprzewodnikowych, a także zewnętrzne warstwy ekranujące, takie jak podłużne owinięcie z taśmy miedzianej i pleciona siatka miedziana. Spośród nich, warstwa pleciona wykorzystuje głównie miedź cynowaną w celu zwiększenia odporności na korozję. Do specjalnych scenariuszy zastosowań, takich jak kable zmiennej częstotliwości z ekranem kompozytowym z taśmy miedzianej i drutu miedzianego, kable danych z podłużnym owinięciem z folii aluminiowej i opływową konstrukcją oraz kable medyczne wymagające wysokopowłokowych warstw plecionych z posrebrzanej miedzi. Wraz z nadejściem ery 5G, hybrydowa struktura ekranująca z taśmy kompozytowej aluminiowo-plastikowej i splotu z cynowanego drutu miedzianego stała się głównym rozwiązaniem dla kabli wysokiej częstotliwości. Praktyka branżowa pokazuje, że warstwa ekranująca ewoluowała od struktury pomocniczej do niezależnego elementu rdzenia kabla. Dobór materiałów musi kompleksowo uwzględniać charakterystykę częstotliwościową, odporność na zginanie i czynniki kosztowe, aby spełnić wymagania dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej w różnych scenariuszach zastosowań.
5. Skład konstrukcji kabla: Struktura wypełniona
Wiele przewodów i kabli jest wielożyłowych. Na przykład większość kabli energetycznych niskiego napięcia to kable cztero- lub pięciożyłowe (odpowiednie do systemów trójfazowych), a miejskie kable telefoniczne występują w wersjach o długości od 800 do 1200 par, od 2400 do 3600 par. Po okablowaniu (lub wielokrotnym okablowaniu grupowym) tych izolowanych rdzeni lub par przewodów pojawiają się dwa problemy: po pierwsze, ich kształt nie jest okrągły, a po drugie, występują duże odstępy między izolowanymi rdzeniami przewodów. Dlatego podczas okablowania należy zastosować strukturę wypełniającą. Struktura wypełniająca ma na celu nadanie zewnętrznej średnicy okablowania względnie okrągłego kształtu, co sprzyja owijaniu i wytłaczaniu powłoki, a także zapewnia stabilność konstrukcji kabla i wytrzymałość wnętrza. Podczas użytkowania (rozciągania, ściskania i zginania podczas produkcji i układania) siła jest równomiernie rozłożona, nie uszkadzając wewnętrznej struktury kabla. Zatem, chociaż konstrukcja wypełnienia ma charakter pomocniczy, jest ona także konieczna, a dobór jej materiałów i kształt podlegają szczegółowym przepisom.
Materiały do wypełniania kabli: Zazwyczaj do wypełniaczy kabli zalicza się taśmę polipropylenową, włókninę polipropylenową, linę konopną lub stosunkowo niedrogie materiały z recyklingowanej gumy. Aby mogły być stosowane jako materiał do wypełniania kabli, muszą charakteryzować się brakiem negatywnego wpływu na izolowany rdzeń kabla, nie być higroskopijne, nie kurczyć się i nie korodować.
6. Skład konstrukcji kabla: elementy rozciągane
Tradycyjne produkty z drutu i kabla wykorzystują warstwę pancerza osłony, aby wytrzymać zewnętrzne siły rozciągające lub siły rozciągające spowodowane ich własnym ciężarem. Typowe konstrukcje to pancerz z taśmy stalowej i drutu stalowego (na przykład w przypadku kabli podmorskich stosuje się grube druty stalowe o średnicy 8 mm, skręcone w celu utworzenia warstwy pancerza). Aby jednak chronić włókna światłowodowe przed niewielkimi siłami rozciągającymi i zapobiec ich lekkiemu odkształceniu, które mogłoby wpłynąć na parametry transmisji, konstrukcja kabla światłowodowego jest wyposażona w płaszcz pierwotny i wtórny, a także dedykowane komponenty wytrzymałościowe. Ponadto, jeśli kabel słuchawkowy telefonu komórkowego przyjmuje konstrukcję, w której cienki drut miedziany lub cienka taśma miedziana są owinięte wokół włókien syntetycznych, a warstwa izolacyjna jest wytłaczana na zewnątrz, to właśnie ten filament syntetyczny jest elementem rozciągającym. Podsumowując, w specjalnych, małych i elastycznych produktach opracowanych w ostatnich latach, które wymagają wielokrotnego zginania i skręcania, elementy rozciągające odgrywają kluczową rolę.
Jakie materiały wchodzą w skład elementów rozciąganych kabli: taśmy stalowe, druty stalowe i folie ze stali nierdzewnej
Czas publikacji: 25 kwietnia 2025 r.