Изоляция проводов, её виды, особенности и назначение

Шелк и пенька. Это первые изоляционные материалы для кабелей. Кабельная промышленность сформировалась в 19 веке. Тогда еще не умели вулканизировать каучук. Без вулканизации его свойства претерпевали резкие изменения при малейших колебаниях температуры. Вот и приходилось пользоваться тканью и лубяным волокном, называемым пенькой. Ткань служила первым слоем изоляции. Волокно — обмоткой поверх первого слоя. Все это пропитывалось воском, салом, канифолью или смолой. Суть современной изоляции проводов та же, но материалы другие.

Характеристики и свойства изоляции проводов

В 21 веке требования к изоляционным покрытиям те же, что и в прошлом. Покрытия не должны проводить ток. Это возможно при плотности заряженных частиц в материале не больше 100 единиц на кубический сантиметр.

Требованию соответствуют:

• полиэтилен
• поливинилхлорид
• фторопласт
• резина
• бумага
• полистирол
• лак
• эмаль
• карболит
• окись магния
• шелк

Как видно, старинные варианты до сих пор в списке, но используются редко. Чаще применяют полимеры. Такой материал изоляции проводов более термостоек, влагоустойчив. Выше показатели бронированности и противостояния давлению. Это обязательные для изоляции качества. Электрическая прочность — ведущая характеристика диэлектрика проводов наряду с  нагревостойкостью.

Абсолютной устойчивостью к жару не отличается ни один материал в мире. При достижении определенной температуры свойства диэлектриков меняются. Они начинают переходит в категории полупроводников и проводников, то есть их сопротивление напряжению снижается. Поэтому, нагревостойкость изоляции определяется верхним пределом жара, при котором покрытие провода сохраняет свои характеристики. Предел этот высокий, но не бесконечный. Редкая изоляция терпит больше 500 градусов Цельсия.

Виды изоляции проводов

Изолянтом покрывается каждый токоведущий провод в кабеле. Этих жил бывает несколько. Бывают и одножильные. Весь пучок уже изолированных проводов покрывается уже единым на все жилы «рукавом». Это уже не изоляция, а просто доппокрытие для пущей устойчивости к механическим воздействиям. На виды изолянты делятся в соответствии с их материалом. Материал разнится и у обрабатываемых жил. Есть изоляция медных проводов, алюминиевых.

Бумажная изоляция

Чтобы бумага не возгоралась и была эластичнее, ее пропитывают маслоканифольной смесью, воском церезином. Бумага берется особая — их сульфатной целлюлозы. Для ее получения древесное вещество вываривают в щелочи с сульфидом натрия и каустической содой. На провод ленту из бумаги накладывают с перекрытием примерно 30%. Так прилегание к металлу и предыдущему слою получается с зазором.  Провод можно сгибать. При этом, изоляция не повреждается.

ПВХ изоляция

Хлорид натрия и винилхлорид. Эти два вещества слились в поливинилхлорид. Усовершенствуют ПВХ пластификаторами и стабилизирующими добавками. Добавки замедляют  старение ПВХ, то есть потерю с годами диэлектрических свойств. Еще допкомпоненты добавляют поливинилхлориду гибкости. ПВХ стал активно применяться в качестве изоляции благодаря выгодной цене и устойчивостИ к агрессивным химическим средам.

Остальные свойства диэлектрика посредственные. Горит, хоть и не поддерживает горение. При 140 по шкале Цельсия материал разрушается, выделяя в атмосферу хлороводород. Это газ. Он токсичен. Даже посредственные параметры поливинилхлорида дополнительно снижаются от воздействия ультрафиолета. Его пытаются нивелировать окрашиванием материала. Но, пигменты не особо спасают.

СПЭ изоляция

Аббревиатура расшифровывается, как «сшитый полиэтилн». Достаточно более тонкого, чем у поливинилхлорида, слоя, при соблюдении тех же диэлектрических параметров. Это нокаут ПВХ. В остальном СПЭ и поливинилхлорид равны. Сшитый полиэтилен держит диэлектрические и физические параметры даже на грани температуры плавления. Обычный ПЭ таким похвастаться не может. СПЭ разрешено применять только на проводах с 1 и 3 жилами.

Резиновая изоляция

В ее основе лежит каучук. Как говорилось в предисловии статьи, вулканизация каучука стала прорывом в деле производства изоляционных материалов. Каучук в основе резины малоустойчив к ультрафиолету. С годами изолятор грубеет, растрескивается. Но, изобрели кремнийорганическая резина. Ее еще называют силиконовой. Дороже, зато, устойчива к свету, выдерживает большие температуры, максимально эластична. Резиновая изоляция избыточна в диаметре. Это итог округлой формы такого покрытия проводов.

Фторопластовая изоляция

Второе имя материала — тефлон. По сути, это фторсодержащий полимер. Полимерами называют вещества из длинных цепей молекул, скрепленных звеньями и циклично повторяющихся. Сопротивление изоляции проводов температуре самое высокое, если это фторопласт. Не меняет свойств до +500 градусов. Показатель свободных заряженных частиц во фторопласте значительно меньше 100 на кубический сантиметр. Поэтому, по сопротивлению току материал тоже впереди планеты.

Одинаковые кабели в сшитом полиэтилене и поливинилхлориде передают меньше мощности, чем такой же кабель в тефлоне. Широкое применение в качестве изоляции тефлон  не получил из-за дороговизны. Затраты оправданы только для высоковольтных греющих кабелей и жестких условий эксплуатации.

Изоляция из окиси магния

Окись используется в виде порошка. Чтобы он был диэлектриком, должен быть сухим, без загрязнений и спрессованным до плотности выше 3 граммов на кубический сантиметр. Окись магния помещают в металлическую трубку. Внутри нее уже находятся проводники. Волочением порошковый наполнитель спрессовывают. В ходе этого в металле образуется напряжение. Снимая его, кабель обжигают.

Минеральный характер изоляции делает ее еще более устойчивой к температурам, чем фторопластовую. Отличный повод применить окись магния в проводке пожарных насосов, сигнализаций, дымоулавливающих систем. Еще изоляцию из окиси магния используют в ядерных реакторах. Минеральный порошок устойчив к ионизирующим излучениям. Минусы минеральной изоляции: высокая влагоемкость порошка, дороговизна, сложность в производстве.

Изоляция из шелка

Лучше, чем провод без изоляции. Диэлектрические свойства хорошие, но устойчивость к температуре мала. Поэтому шелковую обмотку проводов используют все реже, как правил, только в качестве дополнительной, вспомогательной. В старину провода обматывали натуральным шелком. Сейчас он слишком дорог. Используют синтетический.

Его именуют ацетатным шелком. Уступает натуральному в устойчив ости к истиранию и прочим механическим воздействиям. Зато, ацетатная нить лучше противостоит влаге. Сопротивление току не снижается даже при 85-процентной влажности. Натуральный шелк сильно проигрывает. Шел до сих пор иногда применяют в качестве изоляции, поскольку она максимально тонкая. Для некоторых особо тонких проводников это важно.

Хлопчатобумажная изоляция

Тоже уходящий в старину изолянт. Раньше, провода обматывали хб-нитью. Сейчас чаще используют изленту на основе тканевой ленты. В ее основе — бязь. Это разновидность грубой хлопчатобумажной материи. Ее пропитывают полимерами. Получается изолирующий материал. Минусом хб-изоляции является малая устойчивость к влаге. Пропитка полимерами увеличивает  ее, но показатель все равно не идеален.

Раньше хб-ленту часто применяли в распределительных коробах. Плохо состыкованные провода нагревались. Обычная изолента могла оплавиться и потерять свойства. Хб же вариант после оплавления, напротив, упрочняется. Ткань внутри армирует расплавленные полимеры.

Жидкая изоляция

Новинка на рынке изоляционных материалов. Основа — акрил. Он связывает керамические, силикатные, или стеклянные микросферы. Еще есть разреженный воздух. Жидкий состав полимеризируется на воздухе, затвердевая и надежно прикрывая провода. Жидкая изоляция почти не проводит тепло, максимально устойчива к влаге, ультрафиолету, механическим нагрузкам.

Материал максимально гибкий, отлично схватывается с кабелями. Это обеспечивает долгую службу изоляции. Минусов у новинки два. Первый —приличная цена. Второй минус — нанесение кисточкой. Предварительно нужно вылить изолянт на бумагу, или в крышечку, другую емкость. У некоторых это вызывает психологическое напряжение. Изоляция провода жидким составом актуальна около 10 лет. Еще не все опробовали. В связи с этим есть определенное недоверие к материалу.

Инструменты для снятия изоляции с проводов

При работе с проводами, требуется не только наносить на них изоляцию. Бывает нужна и зачистка. Важно сделать ее правильно. Нюансы зависят от используемого инструмента и вида провода. Он может быть одножильным и двужильным. В последнем случае под изолирующим слоем скрываются несколько переплетенных проводников. Для их упругости и эластичности вплетается нить из капрона. В одножильных проводах ее нет. Для снятия изоляции подойдет следующий инструментарий:

Бокорезы

Важно правильно держать инструмент для изоляции проводов. Кромки среза направляют по направлению против движения инструмента. Тогда заточенные плоскости бокорезов врезаются в изоляцию легко, при минимальном нажиме. Оболочка убирается без лишних усилий, а проводящий элемент не повреждается. При неправильном расположении режущих кромок, высок риск повредить и переломить провод. Плюсом, для работы с инструментом в таком положении прилагаются недюжие усилия.

Нож

Обычно, используют канцелярский. Тоже важно правильно держать. Перпендикулярно к проводу нельзя. Подрезать по кругу тоже. Это чревато насечками на проводах. Если в этом месте потом придется сгибаться, лопнут в местах насечек. Это вдвойне актуально для тонких проводников. Снятие изоляции с проводов ножом, требует держат его в плоскости, приближенной к оси и самому проводу. Получается надрез вдоль проводников. Остается отогнуть в стороны оставшуюся изоляцию.

Паяльник

Здесь риск ошибок минимален. Взять паяльник неправильно сложно. Разве что, развернув нагретой частью к себе. Нагрев паяльник, нужно провести им по изоляции. Она оплавится и легко снимется с медного провода. Зачистка паяльником исключает повреждения и надломы проводящего элемента. К тому же, удобно работать со старой, огрубевшей изоляцией. Еще паяльник пригождается при зачистке проводов ограниченной длины, к примеру, торчащих из коробки. Тут с ножом или бокорезами не подберешься.

Выжигатель по дереву

Популярен, к примеру, «Узор». Это одна из марок инструмента для выжигания по дереву. В начале прошлого века такие приборы были почти идентичны паяльникам. В 1950-х появились модели с перьями. Под перьями понимаются «жала» из нихрома или латуни. Проволочное перо сидит на «ручке», а та соединена проводом с трансформатором.

Он заключен в коробку и работает от сети. Нагрев пера регулируется. Оно быстро остывает. Есть сменные «жала» разных конфигураций и размера. Это и отличает прибор от паяльника и упрощает работу с ним. Выжигатель пригождается, когда освободить от изоляции нужно большой объем проводов. Работается быстрее, удобнее и безопаснее, чем ножом, бокорезами, или паяльником.

Наждачка

Ей работают с тонкой изоляцией их эмали. Есть тмкая разновидность и, конечно, ножом ее не разрежешь и паяльником не подплавишь. Наждачку сгибают посередине, рабочей поверхностью внутрь. Туда помещают провод и протягивают через абразив. Нажим должен быть легким. Протягивают, пока не снимут весь слой эмали.

Стриппер

Специальный инструмент для снятия изоляции. Этакие клещи. Для изоляции проводов их используют, поскольку инструмент автоматизирует процесс. Инструмент напоминает клещи с этакими кулачками на концах. Это рычаги. Нижние закреплены намертво. Верхние рычаги двигаются. Левая пара рычагов захватывает кабель. Правая пара снимает с него изоляцию. Нужно лишь сводить ручки стриппера. Для снятия изоляции с проводов идеально.

Как правильно изолировать соединения проводов

В быту часто применяют изолирующую ленту. Ее накладывают на место скрутки проводов по направлению от родной изоляции. Остается дойти до конца скрутки, наматывая ленту под небольшим углом. За пределами скрутки делают утолщение из изоленты, примерно равное ее собственной толщине. Вдоль скрутки укладывают оставшийся пустым участок ленты. Его предварительно сгибают. Затем, под углом движутся обратно в сторону штатного покрытия провода.

Остается отрезать лишнее. Защита скруток с помощью изоленты не всегда идеальна в плане удобства работы. Так, если провода заключены в коробку, удобнее пользоваться клеммами. С ними идет диэлектрический корпус. Пользоваться удобно. Защита надежная. Не идеальна и сама скрутка. Это применяемый в быту метод. Популярен из-за удобства.

Однако, в правилах устройства электроустановок (ПУЭ) предусмотрены такие методы стыковки проводов, как: прессовка, пайка, сварка, болтовой метод. Скрутки нет вообще. С ее помощью невозможно гарантировать качество и надежность. Это стоит учитывать. Рекомендовано доверить работы профессиональным электрикам.

Кроме изоленты используют:

• Поливиниловые трубки. Они садятся при высокой температуре. Сжимаясь, ПВХ плотно обхватывает соединение проводов. Трубка одевается на них до начала соединения.
• СИЗ. Это колпаки-зажимы. Внутри них есть резьба. Она накручивается на соединение проводов. Поэтому важно знать масштабы соединения и подобрать СИЗ нужного размера.
• Кембрик. Он в форме трубки. Она не термоусадочная. Важно подобрать кембрик чуть меньшего диаметра, чем соединение проводников. Тогда трубка сядет плотно.

Перед изоляцией обесточивают сеть. Изолянт должен соответствовать номинальному напряжению этой сети. Еще покрывающий провода материал подбирается в соответствии со способом прокладки кабелей и условиями окружающей среды.

Зачем нужны провода без изоляции

Не все провода изолируют. К примеру, линии высоковольтных передач красуются с оголенными проводниками. Решая, заключать провода в изоляцию, или нет, руководствуются соотношением безопасность/обоснованность/смета. Рассмотрим на том же примере линий передач. Их подвесные кабели оставляют голыми, поскольку:

• Изоляция — дополнительный вес к и без того тяжеловесным многожильным кабелям. Учитывая их сечение, провода с изоляций значительно увеличиваются в размере.
• Температурный режим улицы заставляет металл проводника расширяться летом и сжиматься в холодное время года. В итоге, летом провода провисают. Тонны дополнительной изоляции тянут их еще ниже и повышают риск обрыва.
• Добавочный вес изоляции требует укрепления конструкции опор, а это сверхзатраты. Они не совсем обоснованы, поскольку лини высоковольтных передач проводят вдали от населенных пунктов. А на подходе к ним снижают напряжение.

Поэтому изоляция применима не ко всем проводам и не всегда. Важно учесть, что изоляция обязательна в местах соприкосновения 2 проводников. Иначе, буде короткое замыкание. Поэтому высоковольтные линии прокидывают, избегая пересечения проводов.

Видео о правильной изоляции проводов