在光缆中使用的金属塑料复合带主要材料是电镀铬钢带、电缆用铝带、乙烯丙烯酸共聚物等。金属塑料复合带的各项性能与它所采用的原材料性能密切相关。从试验结果来看,金属基带的品质决定了复合带的机械性能、抗腐蚀性能的品质,同时金属基带、共聚物的品质直接关系到复合带的粘结性能的品质。对光缆质量有着严格要求的用户,需要对原材料性能进行控制,以确保光缆的品质。
钢塑复合带的基带应采用镀铬钢带(TinFreeSteel)简称TFS,镀铬钢带的特点是:由于钢带表面镀有一层铬,铬的化学性质很稳定,在常温下,放在空气中或浸在水里,不会生锈,耐腐蚀性能非常好。由于金属铬在大气中易氧化形成一层较薄的钝化层,所以耐环境性能好,在一般酸性环境中很稳定,在潮湿大气中也很稳定。镀铬钢带附着力强,有资料显示,它对**涂层的附着力比镀锡钢带强3~6倍,因此镀铬钢塑复合带的粘结性能好。镀铬钢带还具有很好的耐高温性能,铬的熔点高达1900℃。
有些厂家为了降低成本,采用镀锡钢带为基带生产钢塑复合带。镀锡钢带(ETS)在干燥洁净的大气中具有良好耐腐蚀性,但是,镀锡层表面的针孔、气泡等是不可避免的,因此在潮湿大气和表面凝露或浸水条件下,容易发生腐蚀,尤其是在酸性或有微量盐份存在的环境中,腐蚀速度相当快。锡镀层耐热性差,熔点仅232℃,因此镀锡钢塑复合带在应用中由于挤护套时的高温,使得剥离强度存在不确定性。
还有的厂家采用无镀层钢带也称为黑铁皮(BlackPlate)或CMQ(CanmakersQualityBlack Plate)制罐级黑铁皮为基带生产钢塑复合带。这种钢带**的缺点是耐腐蚀性特别差,在潮湿大气和表面凝露或浸水条件下,很容易发生腐蚀,在酸性或减性环境中,腐蚀速度非常快,造成钢带穿孔、漏气、进潮,导致通信障碍;这种复合带的钢基带与薄膜之间的附着性差,剥离强度很低,纵包搭接处易出现缝隙而进潮,做成光缆以后,钢基带与护套容易出现分离,构不成综合粘结护层,挡潮性能非常差。由于耐腐蚀性差、与薄膜的粘结性差,所以,用镀锡钢带、黑铁皮做成的钢塑复合带往往不能通过光缆用金属塑料复合带标准所规定的耐腐蚀性试验。
电缆较重要的电气性能是衰减低、阻抗均匀、回波损耗高,对于漏泄电缆还有很关键的一点是其较佳的耦合损耗。电缆的主要作用是传输信号,因此,应使电缆结构和材料保证在电缆整个使用期限内都有很好的传输特性,这一点非常重要.
1、内导体:铜是内导体的主要材料,可以是以下形式:退火铜线、退火铜管、铜包铝线。通常,小电缆内导体是铜线或铜包铝线,而大电缆用铜管,以减少电缆重量和成本。对大电缆外导体进行轧纹,这样可获得足够好的弯曲性能。内导体对信号传输影响很大,因为衰减主要是内导体电阻损耗引起的。其电导率,尤其是表面电导率,应尽可能高,一般要求是58MS/m(+20℃),因为在高频下,电流仅在导体表面的一个薄层内传输,这种现象称为趋肤效应,电流层的有效厚度称为趋肤深度。表1表示铜管和铜包铝线作为内导体时在特定频率下的趋肤深度值。内导体用的铜材质量要求很高,要求铜材应无杂质,表面干净、平整、光滑。内导体直径应稳定且公差很小。直径的任一变化都会降低阻抗均匀性和回波损耗,因此应精确控制制造工艺。
2、外导体:外导体有两个基本的作用:**是回路导体的作用,*二起屏蔽作用。漏泄电缆的外导体还决定了其漏泄性能。同轴馈线电缆和**柔电缆的外导体是由轧纹铜管焊接而成的,这些电缆的外导体完全封闭,不允许电缆有任何辐射。外导体通常由铜带纵向包覆而成。在外导体层上,开有纵向或横向的槽口或小孔。外导体开槽在轧纹型电缆中比较常见。通过沿轴向方向对轧纹波峰进行等距离切削开槽形成。削去的部分所占比例很小,且槽孔间距远远小于传输的电磁波长。
显然,将非漏泄型电缆按以下方法加工可制成漏泄电缆:以120度夹角对非漏泄型电缆中常见的普通皱纹型电缆的外导体波峰进行切削,获得一组合适的槽孔结构。漏泄电缆的外形、宽度及槽孔结构决定了其性能指标。外导体用的铜材也应质量很好,导电率高,无杂质。外导体尺寸应严格控制在公差范围内,以保证均匀的特征阻抗和高的回波损耗。
电缆故障的较直接原因是绝缘降低而被击穿。导敏绝缘降低的因素很多,根据实际运行经验,归纳起来不外乎以下几种情况:
1)外力损伤。由近几年的运行分析来看,尤其是在经济高速发展中的上海浦东,现在相当多的电缆故障都是由于机械损伤引起的。比如:电缆敷设安装时不规范施工,容易造成机械损伤;在直埋电缆上搞土建施工也较易将运行中的电缆损伤等。有时如果损伤不严重,要几个月甚至几年才会导致损伤部位彻底击穿形成故障,有时破坏严重的可能发生短路故障,直接影响用电单位的安全生产。
2)绝缘受潮。这种情况也很常见,一般发生在直埋或排管里的电缆接头处。比如:电缆接头制作不合格和在潮湿的气候条件下做接头,会使接头进水或混入水蒸气,时间久r在电场作用下形成水树枝,逐渐损害电缆的绝缘强度而造成故障。
3)化学腐蚀。电缆直接埋在有酸碱作用的地区,往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀,保护层因长期遭受化学腐蚀或电解腐蚀,致使保护层失效,绝缘降低,也会导致电缆故障。化:单位的电缆腐蚀情况就相当严重
4)长期过负荷运行。**负荷运行,由于电流的热效应,负载电流通过电缆时必然导致导体发热,同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产乍附加热量,从而使电缆温度升高。长期**负荷运行时,过高的温度会加速绝缘的老化,以至绝缘被击穿。尤其在炎热的夏季,电缆的温升常常导致电缆绝缘薄弱处首先被击穿,因此在夏季,电缆的故障也就特别多。
铝合金有很好的弯曲性能,其*特的合金配方、加工工艺,使柔韧性大幅提高。铝合金比铜柔韧性高30%,反弹性比铜低40%。一般铜缆的弯曲半径为10~20倍外径,而铝合金电缆弯曲半径仅为7倍外径,更容易进行端子连接。
铠装特性:国内常用的铠装电缆,大多采用钢带铠装,安全级别低,在受到外界破坏力时,其抵御能力差,容易导致击穿,且重量重,安装成本相当高,加之耐腐蚀性能差,使用寿命不长。而我们根据美国标准开发的金属连锁铠装电缆,采用的是铝合金带连锁铠装,其层与层之间的连锁结构,保证电缆能经受外界强大的破坏力,即使电缆遭受较大的压力和冲击力时,电缆亦不易被击穿,提高了安全性能。同时铠装结构使电缆与外界隔离,即使在火灾时,铠装层提高了电缆的阻燃耐火级别,降低了火灾的危险系数。铝合金带铠装结构相对于钢带铠装,其重量轻,敷设便利,可免桥架安装,能减少20%~40%的安装费用。根据使用场所的不同可以选择不同的外护套层,使铠装电缆的用途更加广泛。
紧压特性:单从体积电导率方面考虑,铝合金不及铜,但我们开发的导体不仅从材料性能方面作出了改进,而且在工艺方面也取得大的突破,我们采用**常规的紧压技术,使紧压系数达到0.93,而异型线的紧压系数能达到0.95,在国内属于**。通过较大极限的紧压,可以弥补铝合金在体积导电率上的不足,使绞合导体线芯如实心导体一般,明显的降低线芯外径,提高导电性能,在同等载流量情况下导体外径只比铜缆大10%。
在长途光缆通信系统中,光纤传输特性应是长期稳定的,尤其是长途干线直埋光缆和海底光缆系统,对光缆的**命提出了更高的要求。一般对陆地光缆的使用寿命,希望有20年以上的安全使用期,而对海底光缆,则要求其使用寿命提高到25年以上,其故障间隔时间平均要求为10年。因此,如何延长光缆的使用寿命,怎样正确的使用光缆,都是人们关心的重要技术课题,下面从光缆的结构方面谈谈如何延长光缆的使用寿命。
影响光缆中光纤寿命的三大因素:光纤是光缆中较重要的组成材料之一,要提高光缆的使用寿命,较根本的是要提高光纤的使用寿命。影响光纤使用寿命的原因主要有:①光纤表面的微裂纹的存在和扩大;②大气环境中的水和水蒸气分子对光纤表面的浸蚀;③不合理敷设光缆时残留下来的应力长期作用等。由于上述原因,使得以石英玻璃为基础的光纤机械强度逐渐降低,衰耗慢慢增大,最后使光纤断裂,终止了光缆的使用寿命。
由于在纤维表面上总是会存在着微裂纹,在大气环境中发生慢裂纹生长,使裂纹不断地扩大,使光纤的机械强度逐渐退化。例如,一根125μm直径的石英光纤,经过3年的慢变化以后,使光纤的抗拉强度从180kpsi(相当于1530g抗拉强度),降到了60kpsi(相当于510g抗拉强度)。光纤这种慢变化而引起机械强度降低的原理是:当光纤表面有微裂纹(或缺陷)时,在受到外来应力的作用时,并不会立即断裂,只有施加应力达到裂纹的临界值时,纤维才会断裂。而石英纤维承受到一个小于临界值的恒定应力时,表面裂纹会发生缓慢的扩大,使裂纹的深度达到断裂的临界值,这就是纤维机械强度退化的过程。石英光纤机械强度的退化是由于承受到的应力与大气环境中的水和水蒸气分子浸蚀的联合作用造成的。
铜芯铜护套氧化镁绝缘电缆,国外叫MI电缆,国内简称矿物绝缘电缆或防火电缆。首先由瑞士进行研究开发,法国1934年率先掌握了该产品的生产技术,英国、美国分别于1936年,1945年开始研制,苏联于1951年研制出三芯以下的铜芯铜护套氧化镁绝缘防火电缆,我国于1962年开始研制该产品用于核反应堆。由于该产品以前的研制是运用于军事工业中(如:核反应堆工作发送器、喷气发动机喷嘴的温度测量),加之该产品的生产制造工艺与传统工艺有明显的区别,所以产量很小,电力配线用铜芯铜护套氧化镁绝缘防火电缆,我国在八十年代才开始研究,近几年开始了工业试生产,但国内市场需要量较小,生产厂也难以形成批量规模,八十年代以**直依赖进口。随着科学技术进步和现代化建设步伐的加快及近几年来火灾造成的严重损失,使本产品市场需求日益增大。同时国家有关部门制定的电力、建筑设计手册或规范中已逐步明确规定部分场合必须使用铜芯铜护套氧化镁绝缘防火电缆。现在不仅防火系统、应急照明系统、报警系统、自动消防喷淋系统、人员撤离疏散系统(安全门、电梯)、高温场合、军事设施和装置及防爆场所的用电线路在使用,许多普通场合也开始使用。九八年,国内市场需要量5000km。九九年国内需要量升至6000km,根据我公司销售系统预测,该产品的国内市场需求量以每年20%的速度递增。
防火电缆是采用高导电率的铜作导体,无机物氧化镁作绝缘,无缝铜管作护套,经特殊工艺制作而成的现代建筑布线电缆和特殊行业(冶金、化工、石油等)用电缆。由于其用材和结构的特殊性,决定了该产品具有**电缆(塑料电缆)所无法比拟的电气性能、机械性能、耐环境性能和环保性能。裸电缆长期使用温度为250℃,在950℃~1000℃时可持续供电3小时(国家标准规定90分钟),短时间或非常时期可接近铜的熔点1083℃工作(氧化镁绝缘熔点为2800℃)。
耐高温电线电缆:航空航天、机车车辆、能源、钢铁、有色金属冶炼、石油开采、电机等领域需用耐高温电线电缆。长期连续工作温度125度、135度、150度、180度、200度、250度及250度以上的耐高温电线电缆,目前常用的有辐照交联聚烯烃、硅橡胶、氟树脂、聚酰亚胺、云母、氧化镁等电线电缆。现介绍;两种新型耐高温电线电缆。
1.聚醚砜(pes)绝缘电线 具有优良的耐热性、物理机械性能、电绝缘性能、挤出成型性,特别是具有可以在高温下连续使用和温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等**优点:热变形温度在200-220度,连续使用温度为180-200度,ul温度指数为180度;可耐150-160度热水或蒸汽,在高温下不受酸、碱的侵蚀;弹性模量在-100--200度几乎不变,特别在100度以上比任何一种热塑性树脂都好;线膨胀系数小,且其温度依赖性也小;具有无毒性,被美国fda认可,也符合日本厚生省*434号和178号公告的要求;具有自熄性,不添加任何阻燃剂既有优异的难燃性,可达ul94v-0级(0.46mm)。
2.聚醚醚酮(peek)绝缘电线 聚醚醚酮属**耐热性热塑料性树脂。长期连续使用温度为250度,ul温度指数为250度。
peek是一种柔韧的树脂,且抗蠕变性能好。且有自熄性,不加任何阻燃剂就可达ul94v-1级(厚度为0.3mm)、94v-0(厚度为1.5mm)、94v-5(厚度为3.2mm)要求。