Виды изоляции проводов и кабелей Статья
Мы уже рассказывали про разные виды проводов и кабелей, здесь же поговорим про их изоляцию. Под ней понимают слой диэлектрического материала, который окружает саму токопроводящую жилу. У неё две функции: собственно изоляция (предотвращение утечки тока) и защита токопроводящей жилы. Безусловно, при выборе нужно смотреть на сечение кабеля, материал токопроводящей жилы, но и изоляция не менее важна. Её тип определяет сферу эксплуатации кабеля, поэтому нужно понимать, когда и какая подойдёт.
Большое количество видов изоляции как раз и обусловлено разными условиями эксплуатации. Ведь на кабель могут воздействовать нагрев от проходящего тока, влага, ультрафиолет, масла и химические вещества, растяжение и изгиб, давление, трение и т.д. Некоторые типы совершенно не подходят для отрицательных температур. Да, не стоит путать изоляцию с дополнительной защитной оболочкой или тем более экраном, это уже отдельные слои.
ПВХ-изоляция
ПВХ-изоляция из поливинилхлоридного пластиката — один из наиболее распространенных вариантов для проводов и кабелей общего назначения. Это полимер, свойства которого частично могут изменять добавками (стабилизаторы, пластификаторы). То есть, ПВХ-изоляция может иметь разные свойства, но всё же они не слишком существенно отличаются от усреднённых. Тем не менее, нельзя просто так выбирать ПВХ-изоляцию, без понимания, для каких именно условий предназначена данная разновидность.
В среднем обладает неплохими качествами: не боится влаги, имеет сравнительно низкую стоимость, достаточную прочность. Однако главное ограничение ПВХ-изоляции связано с температурой, ведь при нагреве этот материал размягчается. Для стандартного ПВХ допускается эксплуатации при температуре до +70 градусов, допустимо кратковременное повышение до +90, а при коротких замыкания выдержит до +160, но там речь идёт про совсем короткое время. При отрицательных температурах ПВХ может становится жёстким и неустойчивым к изгибу (важно учитывать при монтаже).
В целом, по совокупности свойств ПВХ не даром используется очень широко. Конечно, во многом это обуславливается ценой, но и с эксплуатационной точки зрения это хороший материал, пусть и с ограничениями. Вдобавок там есть разновидности, например, термостойкие. Это не значит, что они способы выдержать прямой огонь, но всё же они выдерживают более высокие температуры, чем стандартный ПВХ. Также есть добавки, которые делают ПВХ устойчивым к ультрафиолету. Без них кабель или провод нельзя прокладывать на улице – изоляция со временем разрушится.
Полиэтиленовая изоляция
Полиэтилен не боится воды, имеет хорошие диэлектрические свойства, что делает его неплохим вариантом для изоляции. Тут также есть различные разновидности, но в основном выделяет три группы: полиэтилен низкой и высокой плотности, а также сшитый. Первые две используют в кабелях невысокого напряжения, полиэтилен способен выдерживать до +80 и кратковременно до +130 у полиэтилена низкой плотности и +160 у высокой. То есть, по максимальной температуре показатели несколько лучше, чем у ПВХ.
Сшитый полиэтилен – отдельная история, его получают изменением структуры полимера. Там между молекулярными цепями формируют дополнительные связи, за счёт этого он становится прочнее и повышается термоустойчивость. В течении длительного времени способен выдерживать до +90, а при коротких замыканиях до +250, что уже достаточно много. Правда, такое значение он выдержит без повреждения 4-5 секунд. Поэтому изоляция из сшитого полиэтилена часто используется в силовых кабелях напряжением 1 кВт и выше.
Изоляция из полиэтилена дешёвая, имеет хорошую эластичность, устойчив к влаге, а диэлектрические свойства таковы, что потери тока нулевые. Вдобавок сшитый полиэтилен устойчив к большинству щелочей и кислот, прочен на разрыв и продавливание. Срок службы в среднем выше, чем у ПВХ – от 30 лет, вдобавок сшитый полиэтилен не боится ультрафиолета. Однако сшитый полиэтилен, который и обладает такими свойствами, стоит дороже, чем обычные разновидности и ПВХ, что можно отнести к его недостаткам. Поэтому в проводах и кабелях небольшого напряжения он используется не так уж и часто.
Резиновая изоляция
Резиновую изоляцию делают как из натурального каучука, так и из синтетических каучуков, но в современных кабелях преобладают синтетические составы. К наиболее распространенным относятся этиленпропиленовый каучук EPR, бутадиен-стирольный каучук SBR, бутилкаучук, полихлоропрен и силиконовые варианты. Свойства разных каучуков могут отличаться, но в основном она сохраняет высокую эластичность и не становится текучей при нагреве. Кроме того, она выдерживает сильные и множественные изгибы, может не бояться низкой температуры, устойчива к растяжению. Свойства могут варьироваться в зависимости от конкретного состава.
Обычно резиновую изоляцию использует там, где провод не остаётся неподвижным. Простые примеры: электроинструменты, насосы, генераторы, удлинители, в общем всё то, что мобильно. Тут как раз способность резины выдерживать изгибы и является основным преимуществом. Также резина устойчива к влаге, истиранию, ультрафиолету, но это всё же зависит от конкретного состава. К примеру, в среднем изоляция из резины выдерживает до +90, но есть составы с большим показателем. Есть составы, которые устойчивы к маслам и иным химическим веществам, но есть и с ограниченной стойкостью. В общем, здесь выбор делают исходя из сферы эксплуатации. Например, обычная резина при отрицательных температурах может становиться жёсткой, терять свои свойства. Но некоторые каучуки сохранят эластичность и при -40 градусов.
Из недостатков резиновой изоляции стоит выделить её более высокую стоимость и габариты – изоляция будет толще, чем из ПВХ или полиэтилена. Просто потому, что тонкий слой резины может не обладать свойствами, которые мы отнесли к преимуществам. Поэтому как изоляция стационарных проводов она используется достаточно редко, в основном это кабели питания различного электрооборудования, удлинители и т.д. А к примеру для обычной проводки в доме или квартире её положительные свойства попросту избыточны и объективно в них нет никакой нужды.
Фторопластовая изоляция
Кабеля и провода с фторопластовой изоляцией выбирает там, где свойств ПВХ и полиэтилена не хватает. Прежде всего речь идёт про термостойкость, но есть и иные параметры. Под этим названием объединяют несколько фторполимеров, прежде всего PTFE, FEP, PFA и ETFE. Наиболее термостойкий из распространенных вариантов PTFE, рабочая температура которого может быть до 260 градусов. Фактически в три раза выше, чем у ПВХ или полиэтилена. У других видов термостойкость меньше, но и там от 150 до 200 и речь про постоянную тепловую нагрузку, а не про кратковременные повышения.
Дополнительный плюс фторопластов – он не реагирует на большинство химических веществ. Диэлектрические свойства также высокие, при этом они не меняются при изменении температуры или частоты. По этой причине такую изоляцию можно увидеть в коаксиальных кабелях, в различный измерительной технике, где свойства изоляции в теории могут влиять на передачу сигнала. Разумеется, если говорить про бытовые провода и кабели, то в таких условиях эксплуатации подобные свойства избыточны и объективно не нужны.
Существенный недостаток – высокая цена, которая не некоторые разновидности может быть довольно высокой. Также фторопластовая изоляция плохо сопротивляется истиранию и механическим воздействиям. Просто потому, что толщина такой изоляции обычно небольшая и она попросту не обладает достаточной механической прочностью. Особенно она боится продавливания, что нужно обязательно учитывать. Поэтому фторопластовая изоляция – не самый однозначный тип, который может широко использоваться в одних сферах и быть абсолютно невостребованным в других.
Силиконовая изоляция
Силиконовую изоляцию делают из кремнийорганической резины (не стоит путать с каучуком). Ее главное отличие от обычной резины — широкий температурный диапазон эксплуатации и сохранение эластичности при сильном нагреве и охлаждении. В зависимости от состава кабель с такой изоляцией может работать при температуре до +180 °C, а специализированные варианты рассчитаны на +200 °C и выше. При этом материал остается гибким при отрицательных температурах вплоть до – 60. Устойчива к ультрафиолету и атмосферным воздействиям, влаги не боится.
Силиконовая изоляция часто используется в нагревательных приборах, электрических двигателях и в других устройствах где может быть сильный нагрев. Она подходит и для постоянно изгибающихся проводов (здесь она именно аналог резины), может иметь отличный радиус изгиба и не боится многократного изгибания. Однако тут тоже встречаются разные составы, если возможен контакт с маслами, топливом или каким-то растворителями, стоит смотреть на устойчивость конкретной разновидности. Не все подвиды силиконовой изоляции устойчивы к подобным веществам.
Недостатки у такой изоляции тоже есть. Она мягкая, что делает её слабоустойчивой к механическим воздействиям. Хотя она может многократно изгибаться, но постоянное трение недопустимо, как и сильное прижатие. Впрочем, есть варианты с дополнительной защитной оболочкой, которая как раз защищает от этого, но несколько снижает свойства изоляции. Силиконовая изоляция также крайне редко используется в бытовых электросетях и её тоже можно отнести к специализированной разновидности. Тем не менее, сфер применения у неё очень много.
Другие виды изоляции
Выше мы поговорили про основные виды изоляции, но также стоит упомянуть и другие, многие из которых можно отнести к специальным. Это значит, что они не используются широко, зато в каких-то отдельных сферах эксплуатации проводов и кабелей могут быть практически незаменимым.
Первый тип – бумажная изоляция. На жилу наматывают ленты специальной кабельной бумаги, формируя многослойную изоляцию. Даже такая бумага впитывает влагу, поэтому её дополнительно пропитывают водозащитным составом. Также у таких кабелей может быть и дополнительный защитный слой. Бумажная изоляция используется в силовых кабелях до 35 кВ. Бумажная изоляция недорогая, препятствует пробою тока (важно для сетей среднего и высокого напряжения), компакта и имеет большой срок службы. Но в низковольтных проводах не используется, там её вытеснили полимерные изоляции.
Стекловолоконная изоляция – следующая разновидность. Имеет высокую прочность и может выдерживать температуру до +200 градусов даже при небольшой толщине самой изоляции. Но фактически это не полноценная изоляция, а оплётка, которая не является герметичной. Поэтому она часто комбинируется с другими видами (ПВХ, силиконовая изоляция), что в совокупности позволяет получить слой с высокими эксплуатационными характеристиками. Но это делает провод или кабель дороже, поэтому там, где допустимы менее дорогие варианты, стекловолоконная изоляция не применяется.
Полиимид применяют там, где обычная пластмассовая изоляция не выдерживает температуру или нужен провод с очень тонким изоляционным слоем. Полиимидная пленка (да, фактически это плёнка, так как очень тонкая) отличается высокой механической прочностью при малой толщине и сохраняет рабочие свойства при значительно более высокой температуре, чем ПВХ: +240, а некоторые разновидности выдерживают и +260. Такие провода применяют в электрических машинах и аппаратуре, где необходимо уменьшить размеры обмотки или обеспечить работу при высокой температуре. В быту не используется, так как подобные свойства там не нужны.
Еще один специальный изоляционный материал — арамидная бумага. Она внешне напоминает обычную бумагу, но изготовлена из высокопрочного ароматического полиамида и поэтому значительно лучше выдерживает нагрев, растяжение и механические нагрузки. Ее используют в качестве межслойной, межфазной и пазовой изоляции в электродвигателях, генераторах и трансформаторах, то есть, сфера использования вполне определённая. Способна выдерживать до +220 градусов, имеет высокую механическую прочность и не боится большинства химических составов. Фактически является более продвинутым (и дорогим) аналогом обычной бумажной изоляции.
В заключительной части стать стоит ещё раз отметить, что не всегда жилу защищает только изоляция. У провода и кабеля могут быть и другие слои. У них может не быть диэлектрических свойств (которые возлагаются на изоляцию), зато может быть высокая механическая прочность или иные свойства под условия эксплуатации кабели. Например, существуют бронированные кабели, где броню делают из металлических лент. Она необходима если кабель открыто прокладывается в земле, так как очень хорошо защитит его от механических нагрузок. Понятное дело, что у металлической оболочки прочность значительно выше, чем у любого другого изоляционного материала.
Также может быть экранирование, которое делают из медной или алюминиевой фольги. Он снижает внешние электромагнитные помехи и не ограничивает распространение магнитного поля самого кабеля. Актуально там, где нужно сохранить чистый и точный сигнал, защитив его от электромагнитных помех. Экранирование и бронирование в бытовых условиях почти никогда не требуются.
