10.5. КАБЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ
10.5. КАБЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Производство проводов и кабелей уходит своими истоками в глубокую древность, когда люди научились выплавлять металлы, а затем начали изготовлять тонкую золотую и серебряную проволоку, используемую для различных ювелирных украшений и отделки одежды. Однако это производство оформилось в самостоятельную область техники только после открытия электричества и реализации его технических применений. В XIX в. начато использование изолированных проводников для передачи электричества на расстояние [10.35–10.39]: появляются первые кабели и воздушные линии связи. Существенный вклад в развитие мировой кабельной техники внес Э.В. Сименс (Германия), предложивший использовать для изоляции кабелей новый в то время материал — гуттаперчу и усовершенствовавший промышленную технологию производства кабелей и проводов. В результате возникли первые кабельные заводы в Европе.
Первый кабельный завод в России был основан в 1879 г. в Петербурге — завод кабелей, проводников и углей для электротехнических целей (ныне АО «Севкабель»).
В начале 80-х годов XIX в. в Петербурге возник еще один завод — «Русское производство изолированных проводов электричества», который сначала выпускал обмоточные и монтажные провода с изоляцией из натурального шелка и хлопчатобумажного волокна, а затем в 1890 г. начал, как и «Севкабель», производство силовых кабелей и кабелей связи с ленточной или проволочной стальной броней. В 90-е годы прошлого столетия в Петербурге возникли еще три кабельных завода, изготавливавшие как неизолированные, так и изолированные провода.
XIX в. характеризовался интенсивным развитием отечественной кабельной промышленности. В 1900 г. было организовано кабельное производство на Кольчугинском латунном и меднопрокатном заводе, выпускавшем силовые и телефонные кабели, провода, кабели и провода с резиновой изоляцией. Ныне это ТОО «Электрокабель» — один из основных кабельных заводов России. В это же время в г. Киеве в кустарных мастерских было начато производство кабельной продукции, а позднее был создан завод «Укркабель».
В 1905 г. московская фабрика «Владимир Алексеев», специализировавшаяся на выпуске золотоканительных изделий, начинает выпускать кабели и провода. На основе этого производства в 1909 г. открываются меднопрокатный и кабельный заводы товарищества «Владимир Алексеев» и «П. Вишняков и А. Шамшин», освоившие ряд новых для России кабельных изделий: эмалированных проводов, медных шин и полос, алюминиевых проводников. На базе этих заводов впоследствии был организован завод «Электропровод», явивший собой наглядный пример превращения ремесленного мануфактурного предприятия в капиталистическое предприятие с машинным производством. Первым председателем правления всех вышеперечисленных заводов являлся выдающийся русский театральный режиссер К.С. Станиславский (К.С. Алексеев), который много сделал для реорганизации кабельного производства. В результате завод выполнил целый ряд важных заказов таких, как изготовление в 1910 г. крупного морского кабеля для Кронштадтского порта, разработка и изготовление в 1912 г. 1200-парных телефонных кабелей. С 1913 г. завод изготовлял резину и кабельную продукцию с ее применением.
Московский завод «Москабель», в настоящее время АО «Москабельмет», официально ведет свое существование с 1885 г. Завод был основан инженером-технологом М.М. Подобедовым, который был не только высококвалифицированным специалистом, но и ярым приверженцем становления отечественной кабельной промышленности, независимой от иностранного капитала. Завод «Москабель» уже в то время выпускал кабельную продукцию широкой номенклатуры: неизолированные медные проводники; проводники, изолированные лентами и нитями; проводники с изоляцией из гуттаперчи и каучука; кабели силовые и связи, бронированные, в свинцовых оболочках.
Одновременно на заводе разрабатывалось и изготавливалось кабельное технологическое оборудование, например машины для бронирования плоской оцинкованной проволокой, крутильные машины, и технологическая оснастка, в частности, калибры.
В период гражданской войны производство кабельной продукции в России резко сократилось. Последующее интенсивное развитие кабельных заводов началось в 20-х годах, когда был принят и начал реализовываться план электрификации страны, известный как план ГОЭЛРО и предусматривающий резкое увеличение производства различной электротехнической продукции, в том числе кабельной.
Рис. 10.5. Трехжильный кабель с отдельно освинцованными жилами
1 — жила; 2 — изоляция; 3 — свинцовая оболочка; 4 — заполнение; 5 — проволочная броня
В эти годы на заводе «Севкабель» были разработаны под руководством С.М. Брагина и С.А. Яковлева трехжильные кабели с радиальным электрическим полем, известные как кабели с отдельно освинцованными жилами и бумажной изоляцией, пропитанной вязким маслоканифольным составом (рис. 10.5). В изоляции этих кабелей тангенциальная составляющая электрического поля практически отсутствует, и поэтому кабели могут надежно эксплуатироваться даже при напряжениях 20 и 35 кВ переменного тока. В это же время за рубежом были созданы кабели на аналогичные напряжения, но другой конструкции: три изолированные жилы имели электрические экраны из медных лент и были заключены в общую свинцовую оболочку. Такие кабели были названы Н-кабелями по имени их изобретателя немецкого инженера М. Хохштедтера. Интересно, что эти кабели выпускаются и в настоящее время, только наряду со свинцовой оболочкой используется и гофрированная алюминиевая.
Дальнейшее развитие электрификации страны привело к созданию заводом «Севкабель» первого в СССР маслонаполненного кабеля на напряжение 110 кВ. Первая промышленная кабельная линия с использованием кабеля этого типа была проложена под Ленинградом, а несколько позднее такие линии были проложены и под Москвой. Позднее завод «Севкабель» организовал также производство газонаполненных кабелей.
Крупным достижением завода явилось также создание агрегата для наложения бумагомассной изоляции на жилы телефонных кабелей, а затем и создание и организация производства подводных и морских кабелей.
В конце 20-х годов на заводе «Укркабель» был освоен выпуск гибких шланговых кабелей, применяемых на угольных шахтах, в первую очередь шахтах Донбасса. В 1938–1939 гг. выпуск шахтных кабелей был освоен также на московском заводе «Электропровод». Кроме того, на этом же заводе был начат выпуск рентгеновских кабелей с резиновой изоляцией.
В 1939 г. на заводе «Москабель» был пущен в эксплуатацию новый цех силовых кабелей, который позволил не только резко увеличить объем производства завода, но и завершить его реконструкцию и модернизацию. Этот цех был крупнейшим в Европе, а завод «Москабель» на долгие годы стал ведущим кабельным заводом СССР.
Во время Великой Отечественной войны кабельные заводы страны оперативно перестроили свою работу в соответствии с нуждами фронта. Был начат выпуск военно-полевых кабелей связи, медных поясков для снарядов, специальных типов радиочастотных кабелей и т.д. Однако временная оккупация Украины и блокада Ленинграда привели к прекращению производства на заводе «Укркабель» и его резкому сокращению на заводе «Севкабель». Это привело к перебазированию части кабельных производств в глубь страны. В результате количество кабельных заводов значительно увеличилось. На базе эвакуированных производств были созданы такие крупные заводы, как «Томкабель» (г. Томск), в настоящее время АО «Сибкабель»; «Ташкенткабель» (г. Ташкент) — ныне ГАО «Узкабель»; «Уралкабель» (г. Свердловск) — позднее АО «Уралкабель».
После окончания Великой Отечественной войны восстановление народного хозяйства СССР потребовало резкого увеличения объемов выпуска кабельной продукции. Так, уже в 1946–1950 гг. объем производства кабелей и проводов был увеличен в зависимости от конкретных типов продукции в 308 раз. Новые технические требования различных отраслей народного хозяйства к кабелям и проводам привели к необходимости организации в Москве Научно-исследовательского института кабельной промышленности (НИИКП), в дальнейшем научно-технический центр ВНИИКП (в настоящее время АО «ВНИИКП»). Этот центр был создан на базе Центральной кабельной лаборатории завода «Москабель», в свою очередь выросшей из научного подразделения Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ). В дальнейшем большинство базовых конструкций кабелей и проводов, передовых технологических процессов, оборудования, материалов разрабатывалось в тесном содружестве ВНИИКП с кабельными заводами страны. В начале 50-х годов были созданы филиалы НИИКП в г. Томске, Ташкенте и Ленинграде, а затем и в г. Бердянске. В эти же годы было создано Особое конструкторское бюро кабельной промышленности (ОКБ КП), специализированное на разработке кабельной продукции специального назначения, в первую очередь для оборонного комплекса.
ВНИИКП совместно с кабельным заводом «Москабель» были созданы маслонаполненные кабели высокого давления на напряжения 110 — 220 кВ, разработкой которых руководили С.С. Городецкий и Д.В. Быков. Кабели такого типа размещаются в стальных трубопроводах,
заполненных вязким маслом под давлением 1,5 МПа. Каждая фаза имеет экран из медных лент, поверх которого располагаются проволоки скольжения, необходимые для затягивания кабелей в трубу. Эти кабели имеют высокую электрическую прочность как при переменном, так и при импульсном напряжении и обеспечивают высокую надежность линий благодаря наличию стального трубопровода. Транспортируются эти кабели на место прокладки во временных свинцовых оболочках, которые снимаются при затягивании кабеля в трубу.
В начале 70-х годов ВНИИКП совместно с заводами «Камкабель» (ныне АО «Камкабель») и «Москабель» (ныне АО «Москабельмет») разработали маслонаполненный кабель высокого давления (рис. 10.6) для Токтогульской, Усть-Илимской и Нижнекамской ГЭС.
Рис. 10.6. Кабель высокого давления на напряжение 500 кВ в стальном трубопроводе
1 — медная токопроводящая жила; 2 — экран из электропроводящей бумаги; 3 — бумажная изоляция; 4 — экран из электропроводящей бумаги и медных лент; 5 — проволоки скольжения; 6 — масло; 7 — стальная труба; 8 — антикоррозионные защитные покровы
В конце 60-х годов в мировой практике начали применяться силовые кабели с изоляцией из полиэтилена, а несколько позднее и из химически сшиваемого полиэтилена, приобретающего после вулканизации пространственную (сетчатую) структуру и способного противостоять значительным температурным перегрузкам. Такие кабели первоначально использовались для напряжений до 69 кВ, а затем были созданы первые кабели на напряжения 110 и 220 кВ. В отечественной практике кабели подобного класса были разработаны ВНИИКП и начали выпускаться на Опытном заводе института (сейчас АО «Экспокабель») в 1981 г. Производительность при производстве этих кабелей резко повышается по сравнению с производством маслонаполненных кабелей. Кроме того, кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена более просты в монтаже, прокладке и эксплуатации, обладают высокой ре-монтоспособностью. Они отвечают экологическим требованиям, возросшим за последнее время. Так, в ряде стран считают, что в случае аварии на кабельных линиях, выполненных масло-наполненными кабелями, в связи с вытеканием масла наносится непоправимый вред окружающей среде. При исследованиях силовых кабелей с полиэтиленовой изоляцией было установлено, что в процессе эксплуатации в полимерной изоляции развиваются проводящие каналы — древовидные образования, известные под названием триингов. Поэтому ВНИИКП были разработаны математические модели оценки срока службы таких кабелей и предложены комплексные мероприятия, позволяющие осуществить производство таких кабелей, обеспечивающих необходимую надежность в эксплуатации.
В 90-е годы мировая кабельная техника пошла дальше: в Японии, Германии и Франции созданы первые кабели с полимерной изоляцией на напряжение 400–500 кВ и с их применением проложены экспериментальные кабельные линии.
С момента создания кабельной промышленности одним из основных типов ее продукции являлись провода для воздушных линий электропередач (ЛЭП). В настоящее время создана широкая гамма этих проводов, позволяющая решать задачи энергетики: для воздушных ЛЭП, проходящих в районах с коррозионно-активной атмосферой; для переходов через реки с большим расстоянием между опорами; для воздушных ЛЭП, рассчитанных на сверхвысокие напряжения. Основными изготовителями таких проводов являются акционерные общества, созданные на заводах «Кирскабель» (г. Кире) и «Иркутскка-бель» (г. Иркутск).
Одним из важнейших элементов инфраструктуры любой страны являются телекоммуникационные системы. Поэтому сразу после окончания Великой Отечественной войны развитию производства кабелей связи было уделено особое внимание. Важным этапом развития в этой области кабельной техники явилась разработка и организация производства кабелей дальней связи — коаксиальных и симметричных. Первые коаксиальные магистральные кабели с шайбовой изоляцией были изготовлены на заводе «Севкабель» в 1949 г. Сначала они предназначались для передачи по каждой паре 960 телефонных переговоров на частотах до 4 МГц. Затем по мере усовершенствования конструкций этих кабелей, а также применяемой аппаратуры связи спектр передаваемых с помощью этих кабелей частот последовательно повышался до 8,5 и 20 МГц, что позволило передавать по каждой коаксиальной паре 3800 телефонных разговоров. На заводе «Азовкабель» был начат выпуск разработанных ВНИИКП кабелей дальней связи с баллонной изоляцией.
Пионерами в области освоения отечественного производства симметричных кабелей дальней связи явились заводы «Севкабель» (кордельно-бумажная изоляция) и «Москабель» (кордельно-стирофлексная изоляция). Постепенное усовершенствование конструкции этих кабелей и аппаратуры связи привело к тому, что линии связи позволяли обеспечить уплотнение 60-ка-нальной аппаратурой связи в спектре частот 12–252 кГц и передачу по каждой паре 60 телефонных разговоров. В дальнейшем производство симметричных кабелей связи развивалось на Куйбышевском заводе кабелей связи (КЗКС), ныне «Самарская кабельная компания». Постепенно характеристики симметричных кабелей со стирофлексной изоляцией были повышены настолько, что по каждому каналу можно было вести передачу 120 телефонных разговоров на частотах до 552 кГц.
Параллельно с разработкой и развитием новых пластмасс в области кабелей связи проводились работы по замене этими материалами оболочек кабелей из дефицитного и тяжелого свинца. Переход на пластмассовые оболочки сопровождался заменой гигроскопичной бумажной изоляции в основном на полиэтиленовую и частично на изоляцию из поливинилхлоридного пластиката. Результатом широкого внедрения пластмасс явилась организация под руководством ВНИИКП производства городских телефонных кабелей на заводах «Ташкенткабель», КЗКС, «Одесскабель», «Электрокабель» (г. Кольчугино). Революционным шагом в организации высокопроизводительного производства таких кабелей стало создание и внедрение в промышленность полуавтоматических линий по изготовлению жил телефонных кабелей с пластмассовой изоляцией, первая из которых, разработанная ВНИИКП, начала эксплуатироваться на КЗКС в 1961 г. Следует отметить, что в 60–70-е годы на базе полученного опыта была создана целая гамма полуавтоматических линий подобного назначения, в том числе для изготовления жил не только телефонных, но и сигнально-блокировочных, шахтных, контрольных кабелей, установочных проводов и т.д.
В начале 80-х годов на заводе «Одесскабель» финской фирмой «Нокиа» совместно с ВНИИКП было организовано первое в мире автоматическое производство городских телефонных кабелей в сочетании с автоматическим складированием полуфабрикатов и готовой продукции.
В эти же годы на смену традиционным кабелям связи приходят волоконно-оптические [10.40]. В этих кабелях взамен медных жил используются кварцевые волокна, способные передавать на дальние расстояния огромные объемы информации. В 1985 г. в СССР был создан, а в 1987 г. реорганизован межотраслевой научно-технический комплекс (МНТК) «Световод», головной организацией которого стало научно-производственное объединение «ВНИИКП». Научным руководителем МНТК «Световод» был лауреат Нобелевской премии, академик A.M. Прохоров. На заводах в г. Гусь-Хрустальный и С.-Петербург удалось организовать производство заготовок для оптического волокна, а на кабельных заводах «Электропровод», «Одесскабель», «Севкабель», «Экспокабель» и ОКБ КП (г. Мытищи) — производство оптического волокна для кабелей волоконно-оптической связи внутри городов, областей и магистральных систем связи, в также волоконно-оптических кабелей специального назначения. Эти кабели предназначались для работы на длинах волн 850, 1300 и 1550 нм, в том числе со смещенной дисперсией. В целом эти кабели (так называемого второго поколения) соответствовали предъявляемым в то время требованиям, и с 1986 г. объем их производства ежегодно увеличивался примерно вдвое. После распада СССР при переходе к рыночной экономике, сопровождавшемся гиперинфляцией, производство оптических кабелей в первый же год упало на 40% и сохранилось практически только на заводе «Электропровод». Однако затем это производство начало вновь интенсивно развиваться, и в 1997–1998 гг. было организовано производство волоконно-оптических кабелей на заводах «Москабельмет», «Воронежтелекабель» (г. Воронеж), в «Самарской кабельной компании» и на фирме «Оптика-кабель» (г. Москва).
Рис. 10.7. Магистральные и зоновые волоконно-оптические кабели связи
1 — оптическое волокно; 2, б — гидрофобный заполнитель; 3, 5 — полимерная трубка; 4 — центральный силовой элемент; 7 — скрепляющая лента; 8 — полиэтиленовая защитная оболочка; 9 — броня из стальных проволок; 10 — наружная оболочка кабеля
В России в настоящее время выпускаются волоконно-оптические кабели различных конструкций. Основные конструкции имеют в своем составе, как правило, шесть-восемь модулей с оптическим волокном, скрученных вокруг центрального силового элемента из стеклопластика или стального троса. Каждый модуль может содержать не только одно, но и большее число волокон. Кабели должны иметь требуемый заказчиком уровень затухания, в частности не более 0,22 дБ/км на длине волны 1550 нм, а также иметь герметизацию по всем элементам. Типичная конструкция волоконно-оптических кабелей для зоновых и магистральных линий связи показана на рис. 10.7.
В последние годы в мире интенсивно развивается производство оптических кабелей, применяемых для подвески на линиях электропередачи. Эти кабели имеют различную конструкцию, но чаще всего используется ввод оптического кабеля в грозотрос (рис. 10.8). Однако в ряде диапазонов частот продолжают широко применяться традиционные кабели связи и передачи информации, и замена их на волоконно-оптические кабели либо планируется в будущем, либо проблематична.
Так, в конце 70-х годов ВНИИКП была создана серия гофрированных эллиптических волноводов для передачи электромагнитной энергии СВЧ-диапазона частот, производство было организовано на заводе «Экспокабель» [10.41]. Такие металлические гофрированные волноводы (рис. 10.9) применяются в различных радиотехнических устройствах, в системах радиорелейной, космической и тропосферной связи. Применение гибких эллиптических волноводов позволило существенно улучшить параметры фидерных трактов дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. Гибкие эллиптические волноводы продолжают выпускаться АО «Экспокабель» в г. Подольске.
Рис. 10.8. Волоконно-оптический кабель для подвески на линиях электропередачи
1 — центральный силовой элемент; 2 — оптическое волокно (свободной укладки); 3 — гидрофобный заполнитель; 4 — полимерная трубка; 5 — броня из стальных и алюминиевых проволок
Важное место среди различных типов кабельной продукции занимают до сих пор радиочастотные кабели, начало создания которых было положено в 1938–1940 гг., когда на заводе «Севкабель» впервые были изготовлены коаксиальные кабели с изоляцией из фарфоровых колпачков. Появление новых электроизоляционных материалов, таких как полиэтилен, обладающий высокими диэлектрическими и технологическими характеристиками, знаменовало своего рода революционный переворот в области производства коаксиальных кабелей. Уже в годы Великой Отечественной войны была разработана первая серия радиочастотных кабелей с полиэтиленовой изоляцией для радиолокационных установок, а после окончания войны в ОКБ КП под руководством Т.М. Орловича была создана широкая гамма радиочастотных кабелей, в том числе нагревостойких, миниатюрных, нагревостойких импульсных и т.д. Отдельную группу радиочастотных кабелей составили фазостабильные кабели, которые сохраняют свои характеристики как при тепловых воздействиях, так и при воздействии других эксплуатационных факторов. Важным моментом в усовершенствовании радиочастотных кабелей явилось применение для их изоляции фторопластов, позволяющих эксплуатировать кабели вплоть до температур порядка 250 °С.
Рис. 10.9. Общий вид гибкого эллиптического волновода
Одним из наиболее старых производств в кабельной промышленности является производство гибких кабелей и проводов с применением резин. Такие производства существовали на всех кабельных заводах еще до революции, а затем после появления новых классов каучуков и других ингредиентов резиновых смесей заняли постоянные позиции в промышленности. Кабели с резиновой изоляцией и оболочкой незаменимы в угольной и горнорудной промышленности, судостроении, в бытовой технике, медицине, при проведении строительных работ, в сельском хозяйстве. Первые кабели такого типа основывались на использовании натурального каучука, а по мере создания синтетических каучуков происходила не только замена ими натурального каучука, но и существенно расширялась номенклатура выпускаемой продукции.
Особое внимание уделялось созданию шахтных кабелей, и пионером в этой области является киевский завод «Укркабель». Затем уже после окончания войны центр работ по шахтным кабелям переместился в Сибирь, где Томский НИИКП (сейчас ТомНИКИ) и завод «Том-кабель» создали новые серии кабелей для бурильного инструмента и для опережающего отключения. Внедрение в производство кабелей с использованием гибких электропроводящих экранов привело к существенному повышению уровня электробезопасности в шахтах.
На заводе «Камкабель» выпускаются высоковольтные экскаваторные кабели с изоляцией на основе этилен-пропиленовой резины на напряжение 6 кВ. Эти кабели имеют экраны, жилы больших сечений, обладают повышенным сроком службы в тяжелых условиях эксплуатации, например при добыче угля открытым способом.
В судостроении, несмотря на появление в последние годы широкой гаммы кабелей с пластмассовой изоляцией и оболочкой, кабели с применением резины во многих случаях остаются неизменными, и их выпуск успешно освоен на таких крупнейших заводах, как «Азовкабель», «Амуркабель», «Рыбинсккабель». Применение для изоляции судовых кабелей кремнийорганической резины, не распространяющей горение, позволило резко снизить вероятность возникновения пожаров на судах. Особо следует отметить исключительную надежность судовых кабелей с такой изоляцией: даже в случае возникновения пожара кабели позволяют энергетической системе на судне функционировать в течение 6 ч, что дает возможность ликвидировать очаг загорания и доставить судно в ближайший порт [10.42].
Существенным моментом в развитии производства кабелей и проводов с применением резин стала принципиально новая технология их производства, объединяющая в одном агрегате целый ряд технологических операций: наложение резиновой смеси на токопроводящие жилы, вулканизация резиновой смеси, непрерывное испытание резиновой изоляции или оболочек. Первый агрегат непрерывной вулканизации был пущен в эксплуатацию в 1950 г. на заводе «Севкабель», затем такие агрегаты были установлены на заводе «Электропровод». В настоящее время на кабельных заводах бывшего СССР эксплуатируется более 200 агрегатов (кабельных линий) непрерывной вулканизации.
Важную роль сыграли кабели с применением резин в освоении нефтегазового комплекса (страны. Эти кабели являются неотъемлемой частью систем, используемых для поиска нефти и газа и геофизической разведки, бурения скважин, добычи нефти и газа. С 1948 г. эти работы были сосредоточены в Ташкентском отделении НИИКП (сейчас НПО «Электросигнал») и на заводе «Ташкенткабель». В 80-е годы центр исследовательских работ переместился во ВНИИКП [10.43]. Вплоть до 1983–1984 гг. на отдельных скважинах продолжалась эксплуатация кабелей с резиновой изоляцией и оболочкой, применяемых для питания погружных нефтенасосов. Однако по мере расширения районов нефтедобычи, в том числе с повышенным содержанием газа и высокоагрессивных элементов в нефти, начали проявляться и существенные недостатки таких кабелей: повышенная скорость старения изоляции и разрывы оболочек при десорбции поглощенного газа. Поэтому начали выпускать кабели с изоляцией из полиэтилена высокой плотности («Подольсккабель», «Ереванкабель», «Ташкент-кабель»). Были созданы новые производства этих кабелей на заводах «Кавказкабель» (г. Прохладный) и в АО «Сибкабель», а также на ряде специализированных предприятий у конечных потребителей кабелей для питания погружных нефтенасосов.
Развитие отечественного электромашино-, электроаппарато- и приборостроения неразрывно связано с прогрессом в производстве обмоточных проводов, наиболее прогрессивной группой которых являются эмалированные провода. Начало этого производства в 1925–1931 гг. было связано с заводами «Севкабель», «Москабель», «Укркабель». В то время для эмалирования проволоки применялись лаки на асфальтово-масляной основе. Такая изоляция имела ряд недостатков, и интенсивная работа по созданию высокопрочных синтетических эмаль-лаков привела в послевоенные годы к созданию широкой гаммы эмалированных проводов с температурным индексом от 105 до 220 °С. Эта работа проводилась во ВНИИКП под руководством В.А. Привезенцева. Активное участие в этой работе принимали ВЭИ и ведущие кабельные заводы России — «Микропровод» (г. Подольск), «Москабель», «Сибкабель», «Камкабель»; Молдавии — «Молдавкабель» и Литвы — «Литкабель».
Этапы создания важнейших новых синтетических эмаль-лаков: 1946–1948 гг. — поливинилацеталевые; 1955–1956 гг. — полиуретановые; 1952–1962 гг. — полиэфирные; 1966–1967 гг. — полиимидные; 1969–1970 гг. — полиэфиримидные; 1975–1976 гг. — полиэфирциану ратимидные; 1980–1982 гг. — полиамиимидные. Параллельно разрабатывались новые типа эмалированных проводов с изоляцией на основе этих лаков, в том числе с двойной, позволяющей сочетать преимущества различных типов эмалевых покрытий. Среди наиболее прогрессивных типов эмалированных проводов, разработанных ВНИИКП, следует выделить провода с фреоностойкой изоляцией, предназначенные для механизированной намотки статоров компрессоров холодильных агрегатов в среде фреонов и холодильных масел, а также нагревостойкие провода для механизированной намотки электродвигателей единой серии.
Для применения в приборостроении и радиотехнической промышленности были созданы провода с полиуретановой изоляцией, облуживаемые оловом и его сплавами без предварительной зачистки эмалевого покрытия. Базовым заводом для производства таких проводов стал завод «Микропровод» в г. Подольске.
Важное значение для развития отечественной телевизионной промышленности и радиотехники имело создание эмалированных проводов с дополнительным термопластичным слоем. Эти провода нашли широкое применение для изготовления каркасных и бескаркасных катушек телевизоров, радиоприемников и измерительных приборов. При нагревании дополнительное термопластичное покрытие расплавляется и склеивает витки намотанных катушек без применения пропитывающих лаков, зачастую повреждающих эмалевую изоляцию.
Нельзя не отметить огромную работу, выполненную ВНИИКП под руководством Е.Я. Шварцбурда по созданию в послевоенные годы серии оборудования для производства эмалированных проводов. Сотни эмаль-агрегатов были смонтированы и пущены в эксплуатацию на многих кабельных заводах России и других республик бывшего СССР, а затем устаревшее оборудование планомерно заменялось более современным и высокопроизводительным. В конце 60-х — начале 70-х годов наступил новый этап технологического развития, когда во всем мире внимание было акцентировано на решении экологических проблем. Поэтому оборудование для производства эмалированных проводов было оснащено устройствами для каталитического дожигания газов, отходящих от печей эмаль-агрегатов. В результате дожигания газы, выделяющиеся в печах, превращались в углекислый газ и воду.
Следует остановиться на обмоточных проводах с пленочной изоляцией, применяемых для обмоток электродвигателей погружных насосов, которые пришли на смену обычным штанговым насосам, ранее применявшимся для добычи воды из артезианских скважин, нефти, перекачки нефтепродуктов и других жидких материалов. Такие провода в процессе эксплуатации соприкасаются с перекачиваемой жидкостью, а условия работы электродвигателя в скважине небольшого диаметра требуют изготовления обмотки методом многократной протяжки провода, что приводит к необходимости обеспечения исключительно высокой механической прочности изоляции. Кроме того, в связи с освоением месторождений в Западной Сибири, Казахстане и на севере европейской части России, ростом глубины залегания нефти и температуры окружающей среды непрерывно возникали требования по повышению рабочих температур обмотки электродвигателей.
Поэтому ВНИИКП были разработаны обмоточные провода с изоляцией из пленок фторопласта-4, а затем из полиимиднофторопластовых пленок, обладающих высокой нагревостойкостью (до 200 °С), высокой механической прочностью и стойкостью к действию агрессивных жидкостей.
Среди оригинальных технологических процессов, знаменующих собой переворот в производстве кабельной продукции, нельзя не назвать радиационное модифицирование изоляции путем введения в материалы ряда добавок и последующего облучения на ускорителях электронов [10.44]. Эти работы планомерно ведутся с 1957 г. в тесном содружестве ВНИИКП, Научно-исследовательского физико-химического института им. Л.Я. Карпова и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН. Электронно-лучевая технология производства кабельной продукции базируется на научных и инженерных решениях четырех ключевых проблем.
Прежде всего на основе принципов термостабилизации радиационно-сшитых полимеров были разработаны рецептуры электроизоляционных, электропроводящих и шланговых композиций, обладающих длительной работоспособностью при температурах выше 105 °С и повышенной радиационной стойкостью. Затем были созданы ускорители электронов — источники излучения, предназначенные для промышленной эксплуатации. Третьим этапом явилось создание специального технологического оборудования, транспортирующего обрабатываемое кабельное изделие через выведенный в атмосферу пучок электронов и формирующего зону облучения. И, наконец, была разработана совместно с Дзержинским филиалом ВНИИОГАЗ система очистки вентиляционных выбросов из помещений, где расположены ускорители электронов, исключающая попадание образующихся озона, оксидов азота и других токсичных продуктов в окружающую среду.
На основе новой технологии были разработаны и внедрены в производство различные типы авиационных и монтажных проводов, судовых кабелей, кабелей для атомных электростанций с облученной изоляцией. В настоящее время на шести заводах («Экспокабель», «Подольсккабель», «Уфимкабель» — Россия; «Азовкабель» — Украина; «Беларуськабель» — Белоруссия; «Молдавизолит» — Молдавия) успешно эксплуатируются 16 радиационно-технологических линий на базе ускорителей электронов.
В кабельной промышленности России всегда активно прорабатывались и затем реализовывались идеи, которые современникам казались фантастическими. Одна из таких идей — использование явления сверхпроводимости в кабельной технике. Сверхпроводящие провода, разработанные ВНИИКП и выпускаемые АО «Экспокабель», уже сейчас находят широкое применение в уникальных физических и электротехнических установках. В будущем сверхпроводящие кабели будут использоваться для передачи на большие расстояния. Уже в 70-е годы в кабельной промышленности была создана опытно-промышленная база, обеспечивающая как производство кабельной продукции, так и ее всесторонние испытания при температурах до температур жидкого гелия (4,2 К) в сильных магнитных полях (до 12 Тл) и при протекании мощных токов (до 100 кА). В 1980 г. ВНИИКП совместно с фирмой «Кабель металл электро» (Германия) была изготовлена первая в мире 50-метровая модель сверхпроводящего кабеля на напряжение 110 кВ (рис. 10.10) с гофрированными медными оболочками с использованием в качестве сверхпроводника NbSn [10.45].
С открытием высокотемпературной сверхпроводимости начаты исследования в области разработки сверхпроводящих проводов на основе оксидов редкоземельных элементов.
Кабельная промышленность и ее научно-технические центры располагают всем необходимым для активного участия в развитии электроэнергетики и электротехники в XXI в.
Рис. 10.10. Сверхпроводящий кабель на напряжение 110 кВ
Научно-технический центр кабельной промышленности России (АО «ВНИИКП») планирует выполнять разработки новых конструкций кабельных изделий и технологии их изготовления, специализированного оборудования, новых материалов для кабельного производства, активно работать в зоне сертификации и стандартизации. Особое внимание будет уделяться прогрессивным решениям в области оптических кабелей, включая кабели для компьютерных сетей, кабелям и проводам с использованием явления высокотемпературной сверхпроводимости, высоковольтным силовым кабелям, решению экологических проблем кабельного производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
10.1. История энергетической техники СССР. Т. 2. Электротехника. М.: Госэнергоиздат, 1957.
10.2. Электротехническая промышленность СССР. М: Информстандартэлектро, 1967.
10.3. Тареев Б.М. Электротехнические материалы. М: Госэнергоиздат, 1947.
10.4. Шарле Д.Л. Памятные даты в истории электротехники // Контакты. 1996. № 12 (72).
10.5. Советский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989.
10.6. Советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1987.
10.7. Штофа Я. Электротехнические материалы. М: Энергоатомиздат, 1984.
10.8. Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. М.: Энергия, 1976.
10.9. Технология производства электроизоляционных материалов и изделий / О.В. Бобылев, Н.В. Никулин, П.В. Русаков и др. М.: Энергия, 1977.
10.10. Технология электрокерамики / Г.Н. Масленникова, Ф.Я. Харитонов, Н.С. Костюков и др.; Под ред. Г.Н. Масленниковой. М.: Энергия, 1974.
10.11. Августник А.И. Керамика. Л.: Стройиздат, 1975.
10.12. Химическая технология керамики и огнеупоров / Под ред. П.П. Будникова. М.: Стройиздат, 1972.
10.13. Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов. М.: Радио и связь, 1989.
10.14. Техника высоких напряжений / Под ред. Б.И. Угримова. Вып. 2. М.: Промстройиздат, 1924.
10.15. Качалов Н.Н. Фарфор и его изготовление. М.: Пром строй издат, 1927.
10.16. Панов А.Д. Производство фарфора. М.: Пром строй издат, 1929.
10.17. Апраксин А.И., Ильин И.И. Изоляторы для установок высокого напряжения. М.: Госэнергоиздат, 1935.
10.18. Производство фарфоровых изоляторов / В.А. Шевченко, И.А. Дорошев и др. М.: Госэнергоиздат, 1941.
10.19. Технология керамических изделий / П.П. Будников, А.С. Бережной, Г.Н. Масленникова и др. М.: Стройиздат, 1946.
10.20. Безбородое М.А. Выдающийся русский керамик XVIII в. Д.И. Виноградов // Стекло и керамика. 1948. № 5.
10.21. Михайлов В.В. Расчет и конструирование высоковольтной аппаратуры. М.: Госэнергоиздат, 1951.
10.22. Barret W.R, Brown W., Hadfield R.A. Researches on the electrical conductivity and magnetic properties of upwards of one hundred alloys of iron // J.IEE. 1902. T. 31. P. 574–729.
10.23. Аркадьев B.K. Электромагнитные процессы в металлах. М.: Госэнергоиздат, 1935.
10.24. Белов К.П. Магнитные превращения. М.: Физматгиз, 1959.
10.25. Акулов Н.С. Ферромагнетизм. М., 1938.
10.26. Кондорский Е.И. Зонная теория магнетизма. М.: Наука, Ч. 1, 1976. Ч. 2, 1977.
10.27. Сноек Я. Исследования в области новых ферромагнитных материалов. М.: Изд-во иностранной литературы, 1949.
10.28. Бозорт P.M. Ферромагнетизм. М.: Изд-во иностранной литературы, 1956.
10.29. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971.
10.30. Смоленский Г.А., Леманов В.В. Ферриты и их техническое применение. Л.: Наука, 1975.
10.31. Яковлев Ю.М., Генделев С.Ш. Монокристаллы ферритов в радиоэлектронике. М.: Советское радио, 1975.
10.32. Хек К. Магнитные материалы и их техническое применение. М.: Энергия, 1973.
10.33. Преображенский А.А., Бишард Б.Г. Магнитные материалы и элементы. М.: Высшая школа, 1986.
10.34. Займовский А.С., Чудновская Л.А. Магнитные материалы. М.: Госэнергоиздат, 1957.
10.35. Развитие электротехники в СССР. М.: ЦИНТИприборэлектропром, 1962.
10.36. Ламан Н.К., Белоусова А.Н., Кречетни-кова Ю.И. Заводу «Электропровод» 200 лет. М.: Энергоатомиздат, 1985.
10.37. Русский кабельный. 100 лет Акционерному обществу «Москабельмет». 1895–1995. М.: Наука, 1995.
10.38. Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. М.: Энергоатомиздат, 1996.
10.39. Электротехническая промышленность СССР. М.: Информэлектро, 1977.
10.40. Акопов С.Г., Мещанов Г.И., Пешков И.Б. Конструирование и производство оптических кабелей в России // Кабельная техника. 1997. № 12, 13 (250, 251). С. 29–34.
10.41. Пешков И.Б., Шолуденко М.В. Перспективы развития кабелей связи с медными жилами и гибких волноводов // КабельЙая техника. 1997. № 12, 13 (250, 251). С. 35–38.
10.42. Перспективные направления производства кабелей с применением эластомерных композиций / А.Г. Григорьян, В.А. Михлин, Т.А. Меркулова, В.Н. Волошин, Г.С. Козлова, Р.Г. Левит, В.В. Столбов // Кабельная техника. 1997. № 12, 13 (250,251). С. 25–28.
10.43. Кабельная продукция для нефтегазового комплекса / А.А. Гнедин, А.Г. Григорьян, Я.З. Месенжник, Г.И. Мещанов, Г.Г. Свалов // Кабельная техника. 1997. № 12, 13 (250,251). С. 71–77.
10.44. Технология производства проводов и кабелей с облученной изоляцией: состояние и перспективы / Э.Э. Финкель, Г.И. Мещанов, Е.И. Миронов, В.Л. Ауслендер, Р.А. Салимов, Г.А. Спиридонов // Кабельная техника. 1997. № 12, 13 (250, 251). С. 71–77.
10.45. Силовые кабели с использованием явления сверхпроводимости / В.Е. Сытников, ГГ. Свалов, Г.И. Долгошеев, Д.И. Белый // Кабельная техника. 1997. № 12, 13 (250, 251). С. 17–24.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.