Eng Ru
Отправить письмо

РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕЙ ПРОКЛАДКИ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ. Кабель радиационно стойкий

$direct1

РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕЙ ПРОКЛАДКИ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Транскрипт

1 УДК РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕЙ ПРОКЛАДКИ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ Беспрозванных А.В., доц., к.т.н. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Украина, 62, Харьков, ул. Фрунзе,2 кафедра "Электроизоляционная и кабельная техника" тел. (57) 7-76-, Набока Б.Г., проф., д.т.н. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Украина, 62, Харьков, ул. Фрунзе,2 кафедра "Электроизоляционная и кабельная техника" тел. (57) 7-76-, Морозова Е.В., ОАО "Одескабель" Украина, 653, Одесса, ул.николаевская, 64, Розглянуто вплив випромінюючої радіації на електричну емність та кут діелектричних втрат загальнопромислових неекранованих мережевих кабелів п ятої категорії.встановлено, що зміна емності не перевищує % при дозі радіації до 3 Мрад. Критерій радіаційої стійкості з tgδ не витримується, починаючи з дози вище Мрад. Кабелі з не радіаційно-модіфікованою поліетилеовою ізоляціею та полівінілхлорідною захисною оболонкою можуть працювати при дозах радіації до Мрад. Рассмотрено влияние радиационного излучения на электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь общепромышленных сетевых кабелей пятой категории. Установлено, что изменение емкости не превышает %. при дозе радиации до 3 Мрад. По tgδ критерий радиационной стойкости превышен при дозе выше Мрад. Кабели общепромышленного применения с не радиационно-модифицированной полиэтиленовой изоляцией и поливинилхлоридной защитной оболочкой могут работать при дозах радиации до Мрад. ВВЕДЕНИЕ Основными факторами, характеризующими условия эксплуатации кабелей и проводов на атомных электрических станциях (АЭС), являются потоки излучений высокой энергии и повышенные температуры. Они имеют максимальные значения в пределах активной зоны реактора и в непосредственной близости от нее. За пределами радиационной защиты реактора излучение приближается к фоновому, а температура - к температуре окружающей среды. При нормальных условиях эксплуатации излучение, воздействующее на кабели гермозоны, обусловлено нейтронным и γ излучением. Мощность дозы излучения сильно изменяется в зависимости от конкретного расположения кабелей в реакторе или вблизи него. Обычно мощность дозы составляет мкгр/с, т.е. - рад/ч. При средней мощности поглощенной дозы 4 мкгр/с (5 рад/ч) поглощенная доза за весь срок службы 4 лет достигает около,2 МГр (2 Мрад). Для нормальных условий эксплуатации характерны температура окружающей среды приблизительно 5 С и относительная влажность около 9%. В процессе эксплуатации на АЭС не исключены аварии различной степени тяжести, которые могут приводить к повреждению оболочек одного или нескольких твэлов, а также к нарушению герметичности первого контура реактора. При этом возникает утечка теплоносителя, содержащего радиактивные продукты, в помещения под защитной оболочкой ядерного реактора. Радиационные условия в аварийной ситуации будут определяться главным образом γ - и β - излучениями, испускаемыми при радиоактивном распаде продуктов деления. Мощность поглощенной дозы при этом будет изменяться во времени. В течение нескольких секунд после аварии мощность поглощенной дозы достигает максимального значения - около 2,8 кгр/с ( Мрад/ч), а затем наблюдается постепенный спад на протяжении около года. В течение всего этого времени аварийное оборудование должно непрерывно функционировать. Поглощенная доза за этот период может достигнуть значения 5 МГр (5 Мрад). Аварийные условия характеризуются наличием пара под высоким давлением и при высокой температуре и непрерывным разбрызгиванием дезактивирующих растворов [ - 5]. Кабели, специально предназначенные для работы в помещениях первого контура АЭС, имеют срок службы до 4 лет, радиационную стойкость к поглощенной дозе,5 -,5 МГр (5-5 Мрад) и действию дезактивирующих растворов, соответствуют требованиям по нераспространению горения и стойкости к действию пламени. Так, в системах внутреннего контроля за температурой и энерговыделением в активной зоне реакторов ВВЭР- 44 и ВВЭР - применяются измерительные кабели КПЭТИ с изоляцией и оболочками из термостабилизированного радиационно-модифицированного полиэтилена [6]. Цель статьи - анализ радиационной стойкости сетевых неэкранированных кабелей локальных вычислительных сетей с полиэтиленовой изоляцией и поливинилхлоридной защитной оболочкой. КРИТЕРИИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ Работоспособность кабелей и проводов в условиях воздействия радиации определяется в основном свойствами применяемых в них электроизоляционных материалов (рис. ) [7]. Под радиационной стойкостью материалов понимают способность сохранять физикомеханические и электрические свойства на заданном уровне, который обеспечивает нормальную эксплуатацию кабеля (табл. ) [8]. Оценку радиационной стойкости кабелей и проводов проводят путем их облучения с использованием гамма-источника при мощности поглощенной дозы до 82 Електротехніка і Електромеханіка

2 2,7 Гр/с (45 рад/мин) и температуре К на воздухе (табл. 2). Для имитации фонового излучения окружающей среды мощность дозы облучения не превышает,3 рад/мин. Доза радиации, Мрад Материал Рис.. Предельные значения разрушительных доз радиации для полимерных материалов: - полиимид; 2 - полиэтилен; 3 - поливинилхлорид; 4 - полипропилен; 5 - полиамид: 6 - кремнийорганическая резина Таблица Критерии радиационной стойкости полимерных материалов по стандарту МЭК Контролируемый параметр Разрушающее напряжение при разрыве Удлинение при разрыве: жесткие материалы эластомеры гибкие пластики Разрушающее напряжение при Изменение параметра, %, по отношению к исходному 25 или или 5 изгибе Ударная вязкость 25 или 5 Остаточная деформация при сжатии 25 или 5 ρ v, ρ s E пр или 5 ε r ± tgδ 25 или 5 Таблица 2 Промышленные высокоактивные ( 3,7 Бк ) источники гамма-излучения Тип источника Радионуклид Активность источника Габариты (диаметр высота), мм ГИК- - 3 Кобальт-6, 6х7 ГИК-2-5 Кобальт-6 3, 6х7 ГИК-4 - Кобальт-6 6,4 х2 ГИК-5-3 Кобальт-6 6,3 2 х6,5 ГИК- 6-3 Кобальт-6, 4 26х27 ГИК- 8-4 Кобальт-6,9 4 23х22,5 ИГИ-Се-4- Селен ,8 2,5х2,5 ИГИ-Су-7 Сурьма-24,3 6,7х55 ИГИ-Це-3- Цезий-34,5 2х Беккерель единица активности радионуклида. Бк один распад в секунду МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ КАБЕЛЕЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАДИАЦИИ Под действием ионизирующего излучения происходит химическое и физическое старение полимерных материалов изоляции и оболочки кабеля. Основными механизмами химического старения является деление макромолекулярных цепей и процесс возникновения сшивок под действием реакции окисления. В процессе деления создаются две новые цепи после разрыва одной. Сшивка (возникновение перемычек) относится к формированию ковалентных связей двух соседних макромолекул. Это приводит к росту поперечной плотности и формированию пространственной сетки. Механизмами физического старения являются испарение и миграция пластификатора. Этот механизм старения в основном наблюдается у ПВХматериалов, в которых обычно большое количество пластификатора (до 7%). Миграция пластификаторов наблюдается до тех пор, пока не наступит равновесия в перераспределении пластификатора в каждом слое. ТЕСТОВЫЙ ОБЪЕКТ Для оценки радиационной стойкости в качестве тестового объекта выбран сетевой неэкранированный кабель внутренней прокладки категории 5е. В таком кабеле защитная оболочка находится в непосредственном контакте с изоляцией 4-х пар проводников. Изоляция токопроводящих жил кабеля выполнена на основе полиэтилена низкой плотности. Для повышения стойкости к окислению под действием кислорода воздуха в современные полиэтиленовые композиции обязательно добавляют антиоксиданты. Таблица 3 Характеристики радионуклидов Радионуклид Период полураспада Вид и энергия излучения, МэВ (относительная интенсивность, %) Кобальт 6 ( 6 Co ) 5,27 года E β =,34 (99) E γ =,73() E γ =,332 () Селен 75 ( 75 Se ) 2 суток E β =,265 (6) E γ =,36(57) Сурьма 24 ( 24 Sb) 6,2 суток E β =2,3 E γ =,63(97) E γ =,69(5) Цезий 34 ( 34 Ce) 2,6 года E β =,662(7) E γ =,796(99) E γ =,65(98) Цезий 37 ( 37 Ce) 3 лет E β =,76(5) E γ =,54(95) E γ =,662(85) Три образца кабеля длиной по 5 м, взятые из одной бухты, подверглись радиации. Первый образец получил дозу в Мрад, второй - 2 Мрад и третий - 3 Мрад. Перед облучением и после измерялись емкость, тангенс угла диэлектрических потерь по схеме: каждый проводник относительно всех остальных, соединенных вместе, на частотах,; : и кгц. Такая схема измерения дает возможность контролировать tgδ изоляции проводника, свободного объема между проводником и всеми остальными, защитной оболочки, т.е. конструкции кабеля в целом [9-2]. После воздействия радиации выполнено тепловое старение образцов кабелей при температуре 6 С в течение 4 часов. До и после теплового старения проводилось измерение массы образцов. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ После облучения исчез блеск в окраске, как электрической изоляции проводников, так и оболочки. На поверхности оболочки и изоляции появился "отлип" маслянистые низкомолекулярные продукты разложения изоляции и оболочки. Характерные запахи легколетучих фракций наиболее осязаемы для образцов с дозой радиации 2 и 3 Мрад. На рис. 2-4 приведены зависимости изменений Електротехніка і Електромеханіка

3 емкости и tgδ от дозы радиации относительно исходного, необлученного, состояния и коэффициент корреляции тангенса угла потерь между облученными и не облученными кабелями. На рис. 5 представлены C - tgδ диаграммы для четырех частот образцов кабелей до (a), сразу после облучения (b) и со временем (c): через год (для Мрад), месяцев (2 Мрад) и 9 месяцев (3 Мрад) соответственно. Результаты теплового старения, связанные с потерей массы облученных образцов кабелей, приведены на рис. 6. а) доза Мрад Рис. 2. Изменение емкости сетевого неэкранированного кабеля при облучении б) доза 2 Мрад Рис. 3. Изменение tgδ сетевого неэкранированного кабеля при облучении corr,,5 слабо связанные связанные процессы 2 Доза, Мрад 3 Рис. 4. Корреляция tgδ облученных образцов от дозы радиации АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ Сравнение результатов изменения емкости, а значит и диэлектрической проницаемости, показывает, что критерий радиационной стойкости (табл. ) не превышен для всех трех доз радиации (рис. 2). Максимальные изменения емкости на частоте, кгц составляют 2,6; 2,2 и 8,4 % для, 2 и 3 Мрад соответственно. в) доза 3 Мрад Рис. 5. C - tgδ диаграммы образцов сетевого неэкранированного кабеля при разных дозах радиации Δ m /m, % 2 -,2 -,4 3 -,6 -,8 - -,2 T = 6 C -, t, часы - не облученный образец; 2 - облученный дозой Мрад; 3 - облученный дозой 2 Мрад; 4 - облученный дозой 3 Мрад Рис.6. Относительное изменение массы образцов сетевого неэкранированного кабеля при тепловом старении При дозе облучения до Мрад наблюдается дополнительная сшивка полиэтиленовой изоляции, т.е. образование поперечных межмолекулярных связей. Происходит радиационное упрочнение материала. В результате плотность возрастает. И, как следствие, при тепловом старении уменьшение массы образца, 4 84 Електротехніка і Електромеханіка

4 облученного до Мрад, - наименьшее (рис. 6, кривая 2 и кривые, 3 и 4). При дозе облучения в диапазоне - 2 Мрад преобладают процессы деструкции, как оболочки, так и изоляции с образованием твердых и легколетучих низкомолекулярных фракций. Емкость (плотность, диэлектрическая проницаемость) уменьшается (рис. 2). При дозе облучения больше 2 Мрад начинается процесс интенсивного разложения материала оболочки и изоляции с дополнительной сшивкой ее структуры (рис. 4). И, как результат, отмечается рост емкости. При этом процесс деструкции может быть связан с израсходованием антиоксиданта (рис. 6, кривая 4). Признаком наступления критического состояния старения диэлектрика можно считать, очевидно, момент изменения знака относительного приращения емкости - с отрицательного на положительный (рис. 2). tg δ 2 / tgδ верхняя граница изменения tgδ Доза, Мрад - год после облучения; 2 - месяцев; 3-9 месяцев Рис. 7. Релаксация tgδ облученного сетевого кабеля со временем В неэкранированных кабелях внешняя оболочка находится в прямом контакте с изоляцией. При применении защитной оболочки из пластифицированного ПВХ наблюдается диффузия пластификатора из оболочки в изоляцию на основе полиэтилена. Это один из механизмов старения - перенос масс. Он не наблюдается при наличии сплошного металлического экрана между оболочкой и изоляцией. Наблюдаемая деградация не будет одинаковой при сравнении старения изоляции на основе полиэтилена и оболочки из ПВХ материалов отдельно, и образца кабеля в целом. Под действием радиации пластификатор, а также продукты разложения оболочки мигрируют в сердечник кабеля. Легколетучие фракции оказываются между проводниками, в свободном воздушном зазоре. Твердые продукты разложения осаждаются на поверхности проводников витых пар. Измеряемое значение тангенса угла диэлектрических потерь отображает как саму твердую изоляцию и оболочку, так и свойства свободного объема, заполняемого продуктами разложения. На C - tgδ диаграммах проявляются три характерных группы (рис. 5). Группе I соответствуют наименьшие значения емкости и наибольшие значения tgδ. Это результат измерений для проводников, которые не соприкасаются друг с другом в кабеле. Они в наибольшей степени удалены друг от друга. Поэтому воздушный зазор между ними - наибольший. Он заполняется низкомолекулярными продуктами разложения оболочки и изоляции. Вторая группа (II) соответствует проводникам, которые частично соприкасаются друг с другом по длине кабеля. Для третьей группы (III), характерной для соприкасающихся про- 3 водников (собственно рабочих пар кабеля), значения емкости наибольшие, а tgδ - наименьшие, т.к. меньший объем свободного пространства, в котором осаждаются низкомолекулярные продукты радиационного разложения. Оценка радиационной стойкости и возможность работы сетевых кабелей в условиях радиации по tgδ должна производиться по значениям III - й группы, т.е. для проводников, составляющих пары кабеля. Со временем после облучения дрейф tgδ для этой группы в сторону меньших значений - минимальный. Для не соприкасающихся проводников (группа I) - максимальный (рис. 5, b и c). В процессе облучения дозой до Мрад наблюдается незначительное превышение критерия. После нахождения образца в лаборатории в течение года легколетучие фракции улетучились, и изменение tgδ в пределах нормы (рис. 4 и 7). При дозе 2 Мрад наблюдается превышение верхней границы tgδ на % (рис. 3). Причина - как легколетучие фракции (рис. 5б, 2 и 3), так и начавшийся процесс образования крупных сегментов (диполей) в изоляции под действием излучения и кислорода воздуха (рис. 4). Для последних характерна дипольно-релаксационная поляризация, которая сильнее проявляется в низкочастотном диапазоне. Резкое повышение tgδ после дозы 2 Мрад связано, очевидно, с израсходованием антиоксиданта. Момент достижения этого состояния может считаться пределом эксплуатации кабельного изделия. Интенсивная деструкция оболочки и изоляции приводит к превышению критерия стойкости по tgδ на порядок (5%) для частоты, кгц. ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАБОТЫ СЕТЕВЫХ КАБЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ РАДИАЦИИ Емкость и коэффициент затухания сетевых кабелей нормируются (рис. 8 и 9) [3-8]. Для них указывается верхний предел. Запас по емкости составляет 8 - %. Поэтому при изменении емкости до 4% (рис. ) для образцов кабелей, облученных дозой до 3 Мрад, не будет превышено верхнее значение. Коэффициент затухания сетевых кабелей категории 5е нормируется в диапазоне частот - МГц [2-3] (рис. 9). Спектр цифровых сигналов в сети Fast Ethernet, передаваемых по витым парам, сосредоточен в этом диапазоне частот. Затухание в высокочастотном рабочем диапазоне определяется потерями как в проводниках пары (α м ), так и в диэлектрике (α д ): R ω C tg δ α = αм + αд = 8,69 C/ L + L / C 2 2 Соотношение между составляющими меняется в зависимости от частоты [5]. На частоте МГц коэффициент затухания в диэлектрике α д не превышает 3% от потерь в проводниках. При изменении емкости потери растут как в проводниках, так и в изоляции. Рост общих потерь при изменении только емкости составляет,54% для дозы Мрад,,3% для 2 Мрад и 2% для 3 Мрад. За счет роста tgδ под действием радиации потери в диэлектрике увеличатся на 4-3%, - 2%, 4-62% при дозах Мрад, 2 Мрад и 3 Мрад соответственно. Для рабочих пар необходимо ориентироваться на нижнюю границу изменения tgδ (рис. ). Таким образом, для всех трех доз радиации общие потери не превысят верхние нормируемые значения α на частоте МГц. Електротехніка і Електромеханіка

5 С, пф/м Верхний предел значений С N пары Рис. 8. Типичные значения емкостей витых пар сетевого кабеля категории 5е α 25 дб/ м запас 2 f, МГц 3 Рис. 9. Предельные значения коэффициента затухания сетевого неэкранированного кабеля категории 5е 8 Δtgδ, % Мрад Мрад 3 Мрад I II III Δ tgδ пар -2 -,5,,5,,5 2, 2,5 3, 3,5 4, ΔC, % Рис.. ΔC - Δtgδ диаграмма при разных дозах облучения На частоте МГц потери в диэлектрике возрастают и составляют до 3% от потерь в проводниках. При тех же изменениях емкости и tgδ, что и для частоты МГц (ΔC =,54%, Δtgδ = 4%), в диапазоне - 2 Мрад, общие потери возрастают на 7%. При изменении tgδ на 25% - на %. Приращение потерь составляет,5-3 дб. Как правило, сетевые кабели имеют запас по коэффициенту затухания в (,5-2 дб) / м (рис. 9) [6-7]. Но этого запаса не достаточно для качественной передачи сигнала на расстояние метров. Для дозы свыше 2 Мрад потери превышают нормируемые граничные значения на 35-4%, т.е. на 8-9 дб. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Сетевые неэкранированные кабели способны обеспечить передачу цифровых сигналов со скоростью передачи Мбит/с на расстояние метров при дозе до Мрад. При более высоких поглощенных дозах дальность передачи информации сокращается. При дозе до 2 Мрад передача возможна на расстояние не более 85 метров. При дозе выше 2 Мрад - на расстояние не более 6 метров. ЛИТЕРАТУРА [] K.Anandakumaran, W.Seidl, P.V.Castaldo. Condition Assessment of Cable Insulation Systems in Operating Nuclear Power Plants.// IEEE Trans. DEI, Vol.6, pp , 999. [2] IEC 26 Standard, Guide for the determination of thermal endurance properties of electrical insulating materials. Part : General guidelines for aging procedures and evaluation of test results; Part 2: Choice criteria; Part [3] Instruction for calculating thermal endurance characteristics; Part 4: Aging ovens; Part 5: Guidelines for application of thermal endurance characteristics. Fourth issue [4] Kirschvink Manfred, Beyer Gunter, Coenen Simon. Mechanical, electrical and fire propagation oh halogen free DBE (LOCA) resistant cables for nuclear power plants. [5] Дикерман Д.Н., Мещанов Г.И., Поляков А.А., Финкель Э.Э. Кабели и провода для ядерных энергетических установок. - М.:Энергоатомиздат, с. [6] Боев М.А. Техническая диагностика низковольтной полимерной изоляции.// Труды Международной научно-технической конференции "Изоляция 99".- Санкт- Петербург, 999. С [7] Nuclear and space radiation effects on materials //NASA SP 853, June, 97. [8] Публикация 544 МЭК. Ч. 4. Руководство по определению влияния ионизирующего излучения на электроизоляционные материалы, [9] Набока Б.Г., Беспрозванных А.В., Гладченко В.Я. Признак старения диэлектрика близость характеристик изоляции соседних жил.// Труды Третьей Международной конференции "Электрическая изоляция 22".- Санкт-Петербург, 22. С [] Набока Б.Г.,Беспрозванных А.В., Штангей А.С., Чертков Г.Н., Крикунов В.В. Наблюдение процессов старения изоляции многожильных кабелей по корреляционной связи электрических характеристик ее соседних участков// Тез. докл. Междун. конф."конструкционная прочность материалов и ресурс оборудования АЭС". (г.киев, 23 г.) 4 с. [] Беспрозванных А.В., Морозова Е.В., Соколенко А.Н.. Влияние ионизирующего излучения на емкость и тангенс угла диэлектрических потерь сетевых кабелей // Вестник НТУ "ХПИ". Харьков: НТУ "ХПИ", 23, 9, Т.3. - С [2] Беспрозванных А.В., Морозова Е.В., Соколенко А.Н.. Дрейф диэлектрических потерь радиационносостаренных сетевых кабелей //Вестник НТУ "ХПИ" - Харьков: НТУ "ХПИ", 24, 22, Т.3. - С [3] International Standard ISO/IEC 8 Information Technology Generic Cabling for Customer Premises p. [4] TSB -36.Technical Systems Bulletin/ Additional Cable Specifications for Unshielded Twisted Pair Cables.-5 p. [5] Беспрозванных А.В., Игнатенко А.Г. Оптимизация конструкции сетевых кабелей по коэффициенту затухания в зоне допусков геометрических размеров параметров передачи //Электротехника и электромеханика С.8-. [6] Беспрозванных А.В., Игнатенко А.Г. Влияние скрутки сердечника на параметры передачи сетевых кабелей.// Вестник НТУ "ХПИ". - Харьков, N С [7] ОАО "Одескабель" ТУ У (35). [8] ОАО "Одескабель" ТУ У новый. Поступила Електротехніка і Електромеханіка

docplayer.ru

Монтажные провода и кабели | Чувашкабель

Главная » Каталог » Каталог продукции » Монтажные провода и кабели

Монтажные провода и кабели

Провода и кабели изготавливаются в широком диапазоне сечений с использованием различных типов изоляции из различных материалов:

  • ПВХ
  • полиэтилена
  • фторполимеров различного вида

Монтажные провода способны длительное время работать при температурах от - 60 до + 200 градусов С. Это позволяет подобрать изделие практически "для любого случая жизни", в том числе для перспективных разработок в области аваиационной и космической техники. Одна из последних разработок - провода марки МС(Э)(О) 26-15, имеющие высокую радиационную стойкость к пиролизу, а по массогабаритным характеристикам не имеющие аналогов.

Марки

Загрузить каталог «Монтажные провода и кабели»

По вопросам получения каталога в печатном виде или же получения его по электронной почте обращайтесь в группу отдела реализации:

МаркаНормативный документКод ОКПООписание
МПО, МПОЭ ТУ 16-505.339-79 35 8325; 35 8328 Провода монтажные теплостойкие с изоляцией из радиационносшитого полиэтилена
ВПФ, ВПФу ТУ 16.К05-012-2001 35 8200 Провода высоковольтные
КИФЭФ ТУ 16.К05-041-2011 35 7400 Кабели теплостойкие на основе витой пары
МС 15-15 ТУ 16.К05-002-89 35 8212 Провод монтажный с изоляцией из фторопласта-4МБ для монтажа методом накрутки
НВ (Э), НВМ (Э), НВ (бс) ГОСТ 17515-72 35 8200 Провод монтажный с пластмассовой изоляцией
МС 26-15, МСЭ 26-15, МСЭО 26-15 ТУ 16.К76-160-2000 35 8219 Провода монтажные с полимидной изоляцией
МС 16-15, МСЭ 16-15, МС 16-35, МСЭ 16-35 ТУ 16.К76-011-88 35 8219 Провода монтажные с полимидной изоляцией
МСу 16-13м 2х0,03; МСу 16-13с 2х0,03 ТУ 16.К05-031-2006 35 8200 Провода монтажный двухжильный с утоненной изоляцией
МС 15-18, МС 15-11, МСЭ 15-11, МСЭО 15-11 ТУ 16-705.199-81 35 8213 Провод монтажный
МК 26-14, МКЭ 26-14, МКЭО 26-16 ТУ 16.К76-210-2006 Провод монтажный с полиимидной изоляцией стойкий к пиролизу
МКШ, МКЭШ ГОСТ 10348-80 35 4833 0100 35 4833 0200 Кабель монтажный многожильный с пластмассовой изоляцией
МКВВ, МКВЭВ ТУ 16.К05-020-2002 35 8200 Кабель монтажный
МГЛФ (Э)(Ф) ТУ 16.К05-025-2003 35 8332 Провод монтажный теплостойкий с изоляцией из фторопласта
МГШВ, МГШВЭ ТУ 16-505.437-82 358321; 35 8322 Провода монтажные с волокнистой и ПВХ изоляцией

Конструкция

Новейшие разработки

Технические характеристики

Заинтересовала наша продукция?Оставьте заявку и мы свяжемся с вами!

chuvashcable.ru

Комбинированный радиационно стойкий электрический кабель управления и связи для систем видеонаблюдения

 

Предлагаемый кабель относится к области электротехники, и предназначен для передачи и распределения электрической энергии переменного и постоянного тока, сигналов управления и связи, в том числе по оптическому модулю, в подвижных и неподвижных устройствах, предназначенных для работы в условиях ионизирующего излучения. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей, за счет того, что в кабеле управления и связи комбинированном радиационностойком, включающем покрытые изоляцией из полимерного материала, скрученные в сердечник, обмотанный термостойкой полимерной лентой, многопроволочные медные токопроводящие жилы для передачи электроэнергии, а также многопроволочные медные токопроводящие жилы для передачи сигналов управления, дополнительно введены оптический модуль, состоящий из двух одномодовых радиационностойких волокон и полимерный грузонесущий элемент, помещенный в центр сердечника. Кроме того, сердечник обмотан термостойкой полимерной лентой и помещен в оболочку из поливинилхлоридного пластиката повышенной радиационной стойкости. В качестве полимерного материала изоляции используют кабельную композицию блоксополимера пропилена с этиленом. Оптический модуль используют для передачи сигналов информации и связи. Грузонесущий элемент представляет собой трос из синтетических ниток. Для передачи сигналов управления используются симметричные экранированные пары. 1 н.п. ф-лы, 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области электротехники, и предназначена для передачи и распределения электрической энергии переменного и постоянного тока, сигналов управления и связи, в том числе по оптическому модулю, в подвижных и неподвижных устройствах, предназначенных для работы в условиях ионизирующего излучения.

Известны различные технические решения в рассматриваемой области. Так, известен кабель для применения в робототехнике (патент США на изобретение 6103976, МПК: C22C 47/00; C22C 9/00; H01B 1/02; H01B 7/00; H01B 7/04, опублик. 15.08.2000), представляющий собой группу изолированных токопроводящих жил, расположенных вокруг центрального упрочняющего сердечника.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели, является кабель управления, сигнализации, контроля и передачи данных (патент РФ на полезную модель 47130, МПК H01B 7/00, опублик. 10.08.2005), который выбран в качестве прототипа. Известный кабель содержит многопроволочные токопроводящие жилы, скрученные в пары, а затем в концентрические повивы, оболочку из полимерного материала и вспомогательные жилы.

Недостатком прототипа является то, что в кабеле отсутствует полимерный грузонесущий элемент, который может быть использован для принудительного извлечения эксплуатируемого устройства, в случае его отказа из-за воздействия радиационного поля.

Общим недостатком известных аналогов является отсутствие оптического модуля, а также то, что они не предназначены для работы в условиях ионизирующего излучения.

Задачей, на решение которой направлено решение полезной модели, является создание кабеля управления и связи комбинированного радиационностойкого, предназначенного для эксплуатации подвижных и неподвижных устройств, способных работать в условиях ионизирующего излучения.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности при работе в условиях ионизирующего излучения.

Достигается технический результат тем, что в кабеле управления и связи комбинированном радиационностойком, включающем покрытые изоляцией из полимерного материала, скрученные в сердечник, многопроволочные медные токопроводящие жилы для передачи электроэнергии, а также токопроводящие жилы для передачи сигналов управления, согласно полезной модели, дополнительно введены оптический модуль, состоящий из двух одномодовых радиационностойких волокон, и полимерный грузонесущий элемент, помещенный в центр сердечника. Кроме того, сердечник обмотан термостойкой полимерной лентой и помещен в оболочку из поливинилхлоридного пластиката повышенной радиационной стойкости.

Дополнительными отличиями предлагаемого кабеля является то, что:

- в качестве полимерного материала изоляции используют композицию блоксополимера пропилена с этиленом;

- грузонесущий элемент представляет собой трос из синтетических ниток;

- для передачи сигналов управления используются симметричные экранированные пары.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг. 1, на которой изображен предлагаемый кабель, в разрезе, где:

1 - грузонесущий элемент;

2 - токопроводящие жилы для передачи электроэнергии;

3 - оптический модуль;

4 - токопроводящие жилы для передачи сигналов управления;

5 - полимерная лента;

6 - оболочка.

Кабель включает покрытые изоляцией из полимерного материала, скрученные в сердечник, многопроволочные медные токопроводящие жилы 2 для передачи электроэнергии, токопроводящие жилы 4 для передачи сигналов управления, оптический модуль 3. который используют для передачи сигналов информации и связи, состоящий из двух одномодовых радиационностойких волокон. Токопроводящие жилы 4 для передачи сигналов управления представляют собой симметричные экранированные пары. В качестве полимерного материала изоляции используют кабельную композицию блоксополимера пропилена с этиленом. Сердечник, в центре которого размещен полимерный грузонесущий элемент 1, обмотан термостойкой полимерной лентой 5 и помещен в оболочку 6, из поливинилхлоридного пластиката повышенной радиационной стойкости. Грузонесущий элемент 1, представляющий собой трос из синтетических ниток, может быть использован для принудительного извлечения эксплуатируемого устройства, в случае его отказа из-за воздействия радиационного поля.

Последовательность технологических операций, при изготовлении предлагаемого кабеля, следующая:

- скрутка медных проволок в жилы на крутильной машине;

- изолирование жил методом экструзии на экструзионной линии;

- экранирование изолированных жил на оплеточной машине;

- скрутка оптического модуля 3, изолированных жил 2, экранированных пар 4 и грузонесущего элемента 1 в сердечник, с обмоткой полимерной лентой 5 на машине S-Z скрутки;

- наложение оболочки 6 методом экструзии на экструзионной линии;

Материалы, используемые в предлагаемом кабеле:

пластикат поливинилхлоридный марки МПЭ ТУ 6-02-77-89 - для изготовления оболочки 6;

шнур кевларовый ТУ 8189-004-61160455-2010 - для изготовления грузонесущего элемента 1;

- медная проволока марки ММ ТУ 16-705-492-2005 - для изготовления жил 2 и 4;

- изоляция из кабельной композиции блоксополимера пропилена с этиленом ТУ 2243-052-05766563-98.

Таким образом, предлагаемая полезная модель имеет следующие преимущества перед известными решениями:

- устойчивая работа в условиях воздействия ионизирующего излучения;

- радиационной ресурс не менее 105 P;

- радиационный прирост коэффициента затухания не более 5 дБ/км;

- передача по кабелю электроэнергии, команд управления, сигналов информации и связи;

- возможность экстренной эвакуации эксплуатируемых устройств из радиационного поля, с помощью полимерного грузонесущего элемента 1, входящего с состав кабеля.

1. Кабель управления и связи комбинированный радиационно стойкий, включающий покрытые изоляцией из полимерного материала и скрученные в сердечник, многопроволочные медные токопроводящие жилы для передачи электроэнергии, а также токопроводящие жилы для передачи сигналов управления, отличающийся тем, что дополнительно введены оптический модуль, состоящий из двух одномодовых радиационно стойких волокон, и полимерный грузонесущий элемент, помещенный в центр сердечника, кроме того, сердечник обмотан термостойкой полимерной лентой и помещен в оболочку из поливинилхлоридного пластиката повышенной радиационной стойкости.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала изоляции используют композицию блок-сополимера пропилена с этиленом.

3. Кабель по п.1, отличающийся тем, что грузонесущий элемент представляет собой трос из синтетических ниток.

4. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в качестве токопроводящих жил для передачи сигналов управления используют симметричные экранированные пары.

poleznayamodel.ru

 

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям электрических проводов. Провод содержит токопроводящую жилу 1 с многослойной полимерной изоляцией 2. Изоляция 2 выполнена из полиимидной пленки, имеющей с одной или двух сторон термосвариваемое полиимидное покрытие 3. Технический результат - увеличение ресурса провода в условиях повышенной радиации и повышение надежности работы реактора АЭС.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим проводам, которые могут быть применены в частности, в атомной энергетике, например, для герметичных вводов реакторов АЭС, и в зонах с повышенной радиацией.

Известен электрический провод, содержащий токопроводящую жилу и многослойную изоляцию из фторопластовых или полиимидно-фторопластовых пленок (журнал «Кабели и провода», 2004, 5, с. 10-12)

Однако, известный провод не стоек к воздействию повышенной радиации.

Технический результат заключается в повышении радиационной стойкости конструкции электрического провода.

Технический результат достигается тем, что в электрическом проводе, содержащем теплопроводящую жилу с многослойной пленочной изоляцией из полимерного материала, в изоляция выполнена из полиимидной пленки, имеющей с одной или двух сторон тешюсвариваемое полиамидное покрытие.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором электрический провод показан в разрезе.

Провод содержит токопроводящую жилу 1, полиимидную пленку 2 и теплосвариваемое покрытие 3.

Провод изготавливают по традиционной технологии, применяемой для этого типа проводов, включающей процесс обмотки и термообработки.

Токопроводящую жилу изготавливают из традиционных для кабельных изделий материалов, в частности, меди или ее сплавов, например, алюмель, хромель, копель и др.

Используемая в качестве изоляции полиимидная пленка с термосвариваемым полиимидным покрытием изготавливается ООО «ЭКСТРОКОМ» и соответствует ТУ 2245-017-18805827-2011.

Пример.

Были проведены испытания образцов известного провода марки ППИ-У (ТУ 16-705.159-80) и предлагаемого провода.

Радиационная обработка проведена на гамма-установке ИСВ-500 в нормальных климатических условиях. Поглощенная доза составила 50 Мрад.

После облучения адгезия изоляционного слоя в известном проводе полностью отсутствует, что приводит к нарушению герметичности и механической прочности изоляционного слоя.

В то же время предлагаемый провод полностью сохранил физико-механические параметры.

Таким образом, предлагаемый электрический провод имеет увеличенный ресурс в условиях повышенной радиации и способствует повышению надежности работы реактора АЭС.

Электрический провод, содержащий токопроводящую жилу с многослойной пленочной изоляцией из полимерного материала, отличающийся тем, что изоляция выполнена из полиимидной пленки, имеющей с одной или двух сторон термосвариваемое полиимидное покрытие.

poleznayamodel.ru

Журнал «Вестник электроники» -

Компания VPT, входящая в группу компаний HEICO, анонсировала PoL DC/DC-преобразователи серии SVPL, предназначенные для использования в космических условиях. Устройства выпускаются в корпусах для поверхностного монтажа и созданы для применения в космических аппаратах, работающих в жесткой радиационной обстановке. Диапазон входного напряжения преобразователей составляет 3,1–13,2 В, а максимальный выходной ток достигает 3, 6 или 9 А. Наталья Зубкова, менеджер по продажам в Европе компании Lifasa, рассказала нашему журналу, за счет чего компании удалось достичь успеха на рынке конденсаторов и активных фильтров. Известно, что ваша линейка продукции не ограничивается конденсаторами. Расскажите, пожалуйста, что еще производит Lifasa. История нашей компании началась с производства конденсаторов для электродвигателей и освещения, а затем мы стали специализироваться на конденсаторах для компенсации реактивной мощности. После этого мы начали изготавливать и высоковольтные конденсаторы. Гамму нашей продукции также дополняют ... В статье описывается технология Thermopad, представленная компанией EMC Technology (входит в состав Smiths Interconnect) в 1994 году. Продукция, созданная на основе этой технологии, обладает полезным для аттенюаторов свойством изменения затухания, благодаря которому удается компенсировать нестабильности коэффициента усиления в схемах, вызванные перепадами температур. Усовершенствованные силовые пленочные конденсаторы серии FFLC от компании AVX идеально подходят для высоковольтных систем возобновляемых источников энергии и интеллектуальных электросетей. Кроме того, они имеют самую высокую плотность мощности по сравнению с конкурирующими технологиями. Требования к источнику питания в большой степени зависят от применения: где-то необходим широкий диапазон входных напряжений, где-то — высокий выходной ток, а где-то крайне важно обеспечить минимальный уровень собственных потерь. К сожалению, создать универсальный источник питания невозможно. Этим объясняется разнообразие существующих схемных решений: от линейных стабилизаторов до импульсных регуляторов. В статье рассматривается источник питания, построенный на базе стабилизатора тока CL10MD и стабилизатора напряжения MMTL431 от Diotec. Его главные преимущества — простота, широкий диапазон входных напряжений и высокая точность. В эпоху мгновенной цифровой связи отраслевые выставки по-прежнему служат замечательным поводом для обсуждения тенденций в отрасли, а непосредственным участникам они позволяют воочию наблюдать за откликом аудитории на представленную продукцию. Не стала исключением и проходившая в конференц-центре г. Сан-Хосе (США) выставка-конференция Datacenter Dynamics Webscale, в которой принимала участие компания Molex. В качестве участника Molex внесла свой вклад в дискуссию о будущем цифровой инфраструктуры.

Данная публикация является продолжением статьи (1), в ней пойдет речь об одном из наиболее важных устройств обработки информации — аналого-цифровом преобразователе, и в частности об АЦП компании STMicroelectronics, разработанном для применения в аппаратуре бортовых систем космических аппаратов.

Доминирующее положение в индустрии космического и высоконадежного оборудования уже долгое время занимают кремниевые полевые транзисторы, но они быстро приближаются к теоретическому пределу своих возможностей или как сейчас говорят — производительности. Поэтому, для того чтобы двигаться вперед, нам необходимо обратить внимание на полупроводники с широкой запрещенной зоной, а именно на приборы, выполненные на основе нитрида галлия (GaN). Такие транзисторы по сравнению с традиционными кремниевыми полевыми транзисторами имеют целый ряд преимуществ: габаритные размеры, вес, эффективность. Кроме того, полевые GaN-транзисторы характеризуются меньшим требуемым для них физическим расстоянием между истоком и стоком, что приводит к значительно меньшему размеру кристалла и более низкому сопротивлению канала в открытом состоянии, а следовательно, к меньшим потерям проводимости. Меньший по размерам кристалл способствует и уменьшению выходной емкости и позволяет минимизировать паразитные индуктивности, что связано с особенностями компоновки транзистора, а это, в свою очередь, приводит к снижению коммутационных потерь.

«Сердцем» многих медицинских устройств и систем служит электроника. Поскольку перед производителями этих устройств и систем стоит задача непрерывно обеспечивать надежность своей продукции, одновременно снижая ее стоимость, им приходится обращать пристальное внимание на электронику, в том числе и соединители. Заказной соединитель может хорошо подходить для конкретного изделия, но обходится дороже и требует больше временных затрат, чем серийный. Серийный же соединитель может не обладать всеми нужными качествами. Разрешить это противоречие позволяет так называемый «серийно-заказной» соединитель, определенные параметры которого (например, число контактов и ориентирующие элементы) могут задаваться по требованию заказчика.

Получить, считать, обработать информацию — такими были и остаются основные функции любого узла коммутации между человеком и автоматикой со времени первых аналоговых приборов. Появление электровакуумных устройств дало толчок развитию средств отображения, и этот путь оказался весьма неочевиден: эксперты, буквально вчера делавшие ставки на современные OLED-технологии, сегодня пророчат успех TFT на десятки лет. В статье пойдет речь об основных особенностях современных индустриальных модулей индикации на примере линейки TFT-LCD компании Mitsubishi Electric.

vestnikmag.ru

Кабельные сборки СВЧ-диапазона

Кабельные сборки СВЧ-диапазона. Назначение, классификация, особенности применения

Кабельные сборки — cable assemblies — широко применяются в устройствах СВЧ-диапазона для внутри- и межблочных соединений с выполнением современных требований по электромагнитной совместимости в тех случаях, когда иные способы соединения технически и конструктивно невозможны или нецелесообразны. Последние технические достижения позволили расширить частотный диапазон применения кабельных сборок до 40...110 ГГц, где в ряде случаев они успешно конкурируют с волноводами и микрополосковыми линиями. В данной статье рассмотрены назначение, классификация и особенности применения кабельных сборок СВЧ-диапазона.

Общие вопросы применения радиочастотных кабельных сборок

Термин «cable assembly» пришёл к нам из зарубежной технической литературы, где уже давно используется в стандарте МЭК (Международной электротехнической комиссии) [1]. У большинства отечественных специалистов в области электроники существует единое мнение: cable assembly — это кабельная сборка. Однако в отечественном классификаторе ЕСКД термин «кабельная сборка» отсутствует. Поэтому в конструкторской документации приходится использовать разрешённый классификатором термин «кабель» (код классификационной характеристики — 685671), что приводит к смысловой несуразице — кабель, изготовленный из кабеля. Вполне очевидно, что уже давно назрела необходимость введения в классификатор ЕСКД термина «кабельная сборка».

В стандартах [1,2] приведены следующие определения кабельных сборок.

Кабельная сборка — сочетание кабеля и соединителя (ей) с дополнительной защитой и маркировкой либо без них, имеющее установленные технические характеристики.

Кабель, применяемый в радиочастотных сборках, является достаточно сложной композиционной структурой, содержащий внутренний и наружный металлические проводники, полимерную или минеральную изоляцию между ними и защитную оболочку. В качестве примера на рис.1 показана конструкция гибкого радиочастотного кабеля PHASEFLEX® компании GORE (США), применяемого в измерительных кабельных сборках [3].

Конструкция радиочастотного кабеля PHASEFLEX

Рис. 1. Конструкция радиочастотного кабеля PHASEFLEX®

Гибкая кабельная сборка — сборка, в которой кабель может подвергаться многократным изгибам.

Полугибкая кабельная сборка — сборка, не предназначенная для многократных изгибов кабеля при эксплуатации, но для которой допустимы изгибы или формование, облегчающие монтаж. Внешний вид полугибкой кабельной сборки с кабелем ручной формовки и соединителями компании Rosenberger показан на рис. 2а [4].

полугибкая кабельная сборка

а) полугибкая кабельная сборка

полужёсткая кабельная сборка

б) полужёсткая кабельная сборкаРис. 2. Внешний вид кабельных сборок

Полужёсткая кабельная сборка — сборка, не предназначенная для изгибов или перегибов после изготовления. Любые изгибы или перегибы при монтаже или эксплуатации могут ухудшить ее рабочие характеристики. На рис. 2б представлена полужёсткая кабельная сборка с диэлектриком SiO2 (компания Meggitt Safety Systems, США) [5], в которой за счёт упругой деформации кабеля можно изменять расстояние между соединителями.

Современные конструктивно-технологические решения кабелей и соединителей позволяют создавать сборки длиной от единиц миллиметров до нескольких десятков метров с эффективностью экранирования до 120 дБ. Особое внимание уделяется минимизации изменения электрических и механических характеристик при внешних воздействующих факторах, прежде всего, при многократных изгибах и изменении температуры.

Современная авиакосмическая техника потребовала создания отдельного класса кабельных сборок с улучшенной фазовой стабильностью с диапазоном рабочих частот до 40 ГГц с возможностью его расширения в область еще более высоких частот.

Отдельного рассмотрения заслуживают радиационностойкие кабельные сборки, которые необходимы предприятиям ядерной энергетики и космического машиностроения.

Терминология, общие требования и методы испытаний кабельных сборок изложены в стандарте МЭК [1]. Аналогичный отечественный стандарт не существует, хотя некоторые требования и методы испытаний, приведённые в ГОСТ 20465-85 «Соединители радиочастотные коаксиальные. Общие технические условия», могут быть отнесены и к кабельным сборкам.

Производители изготавливают сборки по техническим требованиям заказчика, включающим электрические параметры, стойкость при механических и климатических воздействиях, надежность при эксплуатации и после хранения. При заказе кабельной сборки необходимо указывать марку кабеля, типы соединителей, а также точную геометрическую длину сборки. Определение геометрической длины кабельной сборки в соответствии со стандартом МЭК [2] показано на рис. 3.

Геометрическая длина различных кабельных сборок

Рис. 3. Геометрическая длина различных кабельных сборок

Геометрическая длина кабельной сборки определяется как расстояние между плоскостями сочленения (reference planes) прямых соединителей и между осями угловых соединителей.

По конструктивному исполнению изоляции между внутренним и внешним проводниками коаксиальные кабели разделяют на:

  1. Кабели со сплошной изоляцией, в которых всё пространство между внутренним и внешним проводниками заполнено изоляционным материалом. Такая изоляция может быть однородной или состоять из двух или нескольких слоёв с одинаковыми или разными свойствами. Такая изоляция обычно накладывается путём экструзии полимера (например, полиэтилена или сополимера фторопласта) на внутренний проводник кабеля. Изоляция из политетрафторэтилена (ПТФЭ) накладывается путём плунжерного прессования таблеток из фторсуспензии и последующего запекания или же путём обмотки внутреннего проводника тонкими лентами из диэлектрика.
  2. Кабели с полувоздушной (воздушно-диэлектрической) изоляцией помимо полимера содержат определённое количество воздуха или газообразных включений, что позволяет добиться относительного снижения потерь. Как правило, это вспененный полимер на основе полиэтилена или ПТФЭ, нанесённый на внутренний проводник. Также полувоздушная изоляция может быть реализована путём обмотки внутреннего проводника несколькими слоями пористой плёнки из ПТФЭ.

Наиболее перспективным направлением является заполнение пространства между проводниками пористым диэлектриком, получаемым или физическим вспениванием диэлектрика при экструзии, или плунжерным прессованием эмульсии из мелкодисперсного диэлектрика с последующим спеканием по запатентованной технологии.

Основные требования к радиочастотным кабельным сборкам

Качество коаксиальных кабельных сборок, особенно специального назначения, определяется большим числом параметров и методов их испытаний, которые регламентированы стандартом МЭК [1], техническими условиями производителей сборок [4,6] и общими техническими условиями [7]. В состав основных электрических параметров радиочастотных кабельных сборок входят следующие параметры:

  1. Номинальное волновое сопротивление и предельные отклонения от него. Для сборок специального назначения важна также однородность волнового сопротивления по длине сборки.
  2. Диапазон рабочих частот. Кабельную радиочастотную сборку можно использовать на любых частотах, начиная с постоянного тока. Однако на высоких частотах, наряду с основной Т (TEM)-волной, в коаксиальной линии могут возбуждаться нежелательные волны высших порядков. Поэтому диапазон рабочих частот сборки ограничивают верхней частотой применения (maximum operating frequency). Теоретическую предельную частоту (критическую частоту или частоту среза — cut-off frequency) рассчитывают по формуле [8]:

    Теоретическая предельная частота

    где fкр — частота, ГГц, D и d — внутренний диаметр внешнего проводника и наружный диаметр внутреннего проводника коаксиальной линии, мм, ε — эквивалентная диэлектрическая проницаемость материала изоляции.

    Верхняя частота применения кабельной сборки зависит от предельных частот кабеля и соединителей и ограничена меньшей предельной частотой одного из них. Предельные частоты кабельных соединителей разных типов в зависимости от конструкции и марки применяемого кабеля приведены в работе [8].

  3. Коэффициент затухания α на заданной частоте при 20 ºС и его изменение при воздействии температуры. Коэффициент затухания сборки складывается из коэффициентов затухания кабеля и каждого соединителя. Эти данные приведены в спецификациях на кабель и соединители. Температурный коэффициент затухания рассчитывают по формуле:

    Температурный коэффициент затухания [коэффициент затухания]

    где

    изменение температуры — изменение α при воздействии температуры, дБ/м

    температурный интервал — температурный интервал, °С

  4. Коэффициент стоячей волны по напряжению — КСВн. КСВн кабельной сборки зависит от КСВн кабеля и соединителей [8], значения которых приведены в спецификациях на эти изделия.
  5. Затухание экранирования. Эффективность экранирования кабельной сборки определяется конструкцией кабеля, но может быть ограничена и конструкцией соединителей. Для измерения затухания экранирования в НПП «Спецкабель» используют специализированный измерительный комплекс на базе триаксиальной линии CoMeT (Coupling Measuring Tube) совместного производства фирм Bedea и Rosenberger (Германия) — рис. 4 [4]. Поперечные размеры триаксиальной линии и программное обеспечение этого комплекса позволяют выполнять измерения на частотах до 3 ГГц. Ограничение верхнего предела измерений вызвано появлением в линии колебаний высших типов.

    Измерительный комплекс для измерения затухания экранирования кабелей и кабельных сборок

    Рис. 4. Измерительный комплекс для измерения затухания экранирования кабелей и кабельных сборок

  6. Электрическая длина кабельной сборки в электрических градусах,°.

    Радиочастотный сигнал, проходящий через сборку, можно представить в виде вращающегося вектора напряжения, угловая скорость которого равна 360-кратной величине частоты:

    Vугл = 360∙f, °/с

    Сигнал распространяется в кабельной сборке в течение времени задержки, которое рассчитывают по формуле:

    время задержки

    где

    L —геометрическая длина кабельной сборки, м;ε — диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля;ξ — коэффициент укорочения длины волны в кабеле;с ≈ 3∙108 — скорость света в вакууме, м/с.

    Произведение угловой скорости вектора напряжения на время задержки соответствует электрической длине кабельной сборки [9, 10]:

    Электрическая длина кабельной сборки

    Например, для кабельной сборки длиной 0,63 м со сплошной изоляцией из ПТФЭ (ε = 2,04) и tзад ≈ 3 нс электрическая длина сборки на частоте f = 9,5 ГГц равна:

    Ψ = 360 ∙ f ∙ tзад = 360 ∙ 9,5∙109 ∙ 3∙10-9 = 10 260°

  7. Скорость распространения сигнала в кабельной сборке Vp.

    Скорость распространения Vp, % (Velocity of Propagation, VоP) показывает, какую долю скорость распространения электромагнитной волны в кабельной сборке составляет от скорости ее распространения в вакууме [6, 9, 10]:

    Скорость распространения

    При увеличении Vp достигается меньшая величина потерь в кабеле, так как величина ε приближается к 1 — к диэлектрической проницаемости воздуха. В лучших современных кабелях кордельной конструкции величина Vp достигает 88%. Зная скорость распространения Vp , можно вычислить величину эквивалентной диэлектрической проницаемости кабельной сборки ε и её электрическую длину Ψ.

    В качестве примера рассмотрим кабельную сборку с геометрической длиной L = 1 м, с рабочей частотой f = 18 ГГц и со скоростью распространения сигнала в ней Vp = 82 %. Длина волны радиосигнала в кабельной сборке равна:

    Длина волны радиосигнала в кабельной сборке

    На длине кабельной сборки укладываются длины волны.

    формула 1

    Поскольку одной длине волны соответствует электрическая длина 360 электрических градусов, электрическая длина кабельной сборки будет равна (в °):

    электрическая длина кабельной сборки

    Электрическая длина сборки Ψ, выраженная в электрических градусах, показывает, насколько изменилась фаза сигнала на выходе сборки относительно сигнала на входе. Изменение величины Ψ зависит от факторов, влияющих на кабельную сборку, прежде всего от температуры и механических воздействий. Для численной оценки таких изменений вводится понятие фазовой стабильности кабеля при конкретном дестабилизирующем воздействии.

    Температурно-фазовая характеристика является наиболее информативным параметром при оценке фазовой стабильности кабеля и, соответственно, кабельной сборки из этого кабеля [9, 10]. В отечественных общих технических условиях на радиочастотные кабели [7] отдельным пунктом введён параметр «температурный коэффициент фазы».

  8. Температурный коэффициент фазы (ТКФ) — это относительное изменение электрической длины кабеля Ψ при изменении температуры на 1°С. ТКФ измеряют в температурных диапазонах, указанных в стандартах или технических условиях на кабели конкретных марок, и вычисляют по формуле [7]:

    Температурный коэффициент фазы

    где

    ΔΨ — относительное изменение электрической длины кабеля, °;с ≈ 3∙108 — скорость света в вакууме, м/с;ξ — коэффициент укорочения длины волны в кабеле;L — геометрическая длина кабеля, м;f — частота, МГц;ΔT — диапазон температур, в котором проводят измерения, °C.

    В зарубежной технической литературе ТКФ выражают в относительных безразмерных единицах ppm (part pro million) — в миллионных долях. На рис. 5 в качестве примера приведена характеристика ТКФ кабельной сборки с предельной частотой 26,5 ГГц компании Micro-Coax, выполненной из кабеля UFA210B [6].

    ТКФ кабельной сборки с кабелем UFA210B

    Рис. 5. ТКФ кабельной сборки с кабелем UFA210B (синим цветом показано номинальное изменение фазы)

  9. Диапазон рабочих температур. При эксплуатации кабельные сборки должны быть устойчивы к воздействию смены температур. Максимально допустимой температурой кабельной сборки считают максимально допустимую температуру ее наименее нагревостойкого элемента, устанавливающуюся вследствие нагрева окружающей средой и передаваемой по сборке мощностью. Диапазон рабочих температур сборки всегда указывают в ее спецификации.
  10. Зависимость изменения фазы от изгиба кабеля. При испытаниях на изгиб большинство европейских компаний руководствуются рекомендациями стандартов IEC (МЭК) [1, 2]. Стандарт [1] рекомендует производить 2 изгиба на 180° по часовой и против часовой стрелки с выпрямлением в исходное положение после каждого изгиба. Другие компании руководствуются рекомендациями стандарта MIL-C-17. Например, компания Micro-Coax в соответствии с этим стандартом использует однократный изгиб кабеля на 360° (намотку) вокруг цилиндрической оправки. На графике рис. 6 приведены пределы допустимого изменения фазы в зависимости от частоты для кабеля UFA210 при его намотке вокруг оправки диаметром 76,2 мм [6].

    Допустимые пределы изменения фазы при изгибе кабеля UFA210B

    Рис. 6. Допустимые пределы изменения фазы при изгибе кабеля UFA210B

    Наряду с приведённой выше характеристикой изменения фазы от изгиба большинство производителей кабельных сборок гарантируют сохранение электрических параметров кабельных сборок, кроме изменения фазы, и после других видов деформации. Так, например, в спецификации для кабеля UFA210B компании Micro-Coax установлены следующие критерии [6]:

    • Минимальный статический радиус изгиба кабеля с внешним диаметром 5,33 ± 0,13 мм должен быть > 9,65 мм. При однократной намотке кабеля на 360° вокруг оправки диаметром 12,7 мм волновое сопротивление кабеля не должно изменяться более чем на 0,5 Ом.
    • Минимальный динамический радиус изгиба кабеля равен 50,8 мм. Кабель должен выдерживать 250 000 перегибов с углом ± 90° вокруг оправки диаметром 101,6 мм (так называемый «тик-так тест»). После этого значения КСВн и затухания не должны превышать величин, гарантированных для данной кабельной сборки.
    • Кабель должен выдерживать 25 000 естественных перегибов (прочность кабеля на изгиб, «змейка-тест») с соблюдением аналогичных требований к КСВн и затуханию.
  11. Степень согласования кабельных сборок по фазе.

    Этот параметр особенно важен для фазоидентичных кабельных сборок. Существуют абсолютное и относительное согласование по фазе кабельных сборок [6]. Абсолютное согласование состоит в согласовании двух или более сборок до абсолютной электрической длины, включая допуск. Относительное согласование состоит в совпадении двух или более сборок по отношению друг к другу, а не по отношению к абсолютной электрической длине. Минимальный допуск на идентичность фазовых характеристик упомянутых кабельных сборок из кабеля UFA210B составляет(± 0,5) °/ГГц [6].

    Величины допуска на идентичность фазы других производителей кабельных сборок зависят от конструктивного решения используемых кабелей. Наилучший результат — (± 0,4) °/ГГц.

    В ряде специальных применений кабельных сборок, например, для модулей фазированных антенных решёток и измерительных систем, имеют значение и другие дополнительные параметры, характеризующие степень стабильности фазовых характеристик кабельных сборок.

  12. Радиационная стойкость кабельных сборок.

    Радиационная стойкость — это способность изделий и материалов сохранять исходный химический состав, структуру и свойства при воздействии ионизирующих излучений (ГОСТ 18298-79 «Стойкость аппаратуры, комплектующих элементов и материалов радиационная»). Она существенно зависит от вида радиации, величины и мощности поглощенной дозы, режима облучения (непрерывное или импульсное, кратковременное или длительное), размеров изделия и его удельной поверхности, условий эксплуатации (температура, давление, механические нагрузки, магнитное и электрическое поле) и других факторов. Количественной характеристикой радиационной стойкости служит допустимая величина поглощенной дозы излучения (Мрад, Грей), при котором материал становится непригодным для конкретных условий применения или до заданной степени меняет значение какого либо характерного параметра. Для полимеров такими параметрами чаще всего являются пределы прочности и текучести. Для радиочастотных кабелей не менее важно изменение диэлектрических свойств изоляции при воздействии облучения.

Следует обратить внимание разработчиков, использующих кабельные сборки различных зарубежных компаний, на отличия в методиках испытаний сборок на воздействие дестабилизирующих факторов в зависимости от указанного в технических условиях на сборку нормативного документа.

Изоляционные материалы радиочастотных кабелей и соединителей

Для реализации возросших требований к параметрам радиочастотных кабелей и соединителей первостепенное значение имеет использование в них диэлектриков с улучшенными механическими и электрическими свойствами и с повышенной радиационной стойкостью.

В настоящее время в распоряжении разработчиков кабелей и соединителей имеется значительное число изоляционных материалов. Параметры изоляционных материалов, применяемых при изготовлении радиочастотных кабелей, по обобщенным данным НПП «Спецкабель», приведены в таблице.

Параметры изоляционных материалов

Наименование материала Относительная диэлектрическая проницаемость(на частоте 1 МГц) Тангенс угла диэлектрических потерь х 104(на частоте 1 МГц) Электрическая прочность, кВ/мм Допустимая доза облучения, Мрад.*
Сухой воздух 1,001 0 4...5
Полиэтилен низкой плотности 2,28 3,5...5 30...60 > 100
Полиэтилен микропористый физического вспенивания 1,35...1,46 0,9...1,18 15...20
Поливинилхлоридный (ПВХ) пластикат 3,4 600 18...40 < 1000
Кремнийорганическая резина 3...3,5 100...200 15...40 30...50
Полиамид (капрон) 3,1 200 20...50 < 10
Ultem 1000 ( PEI) 3,15...3,30 13...16 27...35 < 500
Фторопласт Ф-4 (PTFE, Teflon) 1,9...2,0 2...2,5 25...27 < 0,5
Фторопласт Ф-4РМ-20 2,1...2,2 2...3 ³ 50 200...300
Фторопласт Ф-4Д 2,0...2,1 2...3 25...27 < 0,5
Фторопласт Ф-4МБ (FEP) 1,9...2,1 6...8 25...35 10
Фторопласт Ф-4 микропористый 1,2...1,4 1...2 10...25 < 0,5
Фторопласт Ф-40 (ETFE, Tefzel) 2,5...2,6 60...80 16...70 < 100
Полиимид (PI, Aracon, Kapton, Kevlar) 2,8...3,0 30...40 20 1000
PVDF (KYNAR) ** 7 200...1700 32...67 1000
PEEK 3,2...3,3 30...48 20...24 500...2000
SiO23,78...3,9 3 15...40 5000

Примечания.

* В системе единиц СИ вместо Мрад применяют единицу Грей (Гр).1 Гр = 100 Рад. Приведенные в таблице 1 допустимые дозы облучения являются оценочными, так как в различных источниках информации по радиационной стойкости использованы разные критерии ее оценки.

** По данным компании ATOFINA Chemicals, Inc. (США) www.ATOFINAChemicals.com

Из всех представленных в таблице диэлектриков в конструкциях современных высокотемпературных радиочастотных кабелей и соединителей наиболее широко применяют фторопласты. Известно несколько марок фторопластов [11]. Наиболее широко применяется монолитный и пористый фторопласт Ф-4. Недостатками фторопласта Ф-4 являются низкая радиационная стойкость (менее 0,5 Мрад при комнатной температуре и до 0,01 Мрад при высокой температуре), а также изменение диэлектрической проницаемости в результате фазового перехода при температуре вблизи температуры 19°С.

Перспективным материалом для применения в системах, требующих высокой радиационной стойкости, является фторопласт Ф-40 — частично фторированный полимер.

Производители радиочастотных кабелей с улучшенными характеристиками для снижения диэлектрической проницаемости изоляции ε применяют пористые диэлектрики, доведя величину ε до 1,35...1,75.

Самую высокую радиационную стойкость имеют полукристаллический термопластичный диэлектрик — PEEK (полиэфирэфиркетон), полиимид и PVDF (KYNAR). При комнатной температуре диэлектрическая проницаемость PEEK равна 3,2...3,3, тангенс угла потерь (30...48)∙10-4. При температуре 200 °С его диэлектрическая проницаемость возрастает до 4,9.

Некоторые зарубежные компании успешно применяют также диэлектрик из сверхчистого диоксида кремния — SiO2 [5, 9]. Однако при использовании этого диэлектрика отсутствует возможность создать гибкий кабель. Кабель может быть изготовлен только жесткой или полужесткой конструкции.

Производители радиочастотных кабельных сборок

За рубежом радиочастотные кабельные сборки СВЧ-диапазона изготавливают специализированные компании США, Великобритании, Франции, Германии, Швейцарии, Южной Кореи, Китая и Тайваня. Наиболее перспективные технические решения предлагают следующие зарубежные компании:

  • Meggitt (www.stablecable.com), Times Microwave Systems (www.timesmicrowave.com), Gorе (www.gore.com), Mico-Coax (www.microcoax.com), США
  • AtlanTecRF (www.atlantecrf.com), Великобритания
  • Radiall (www.radiall.com) и Axon (www.axon-cable.com), Франция
  • Rosenberger (www.rosenberger.de) и Telegärtner (www.telegaertner.com), Германия
  • Huber+Suhner (www.hubersuhner.com), Швейцария
  • GigaLane (www.gigalane.com), Южная Корея

В нашей стране заказы на кабельные сборки, изготовливаемые на базе отечественных и зарубежных кабелей и соединителей, выполняют компании:

  • НПФ «Микран» (www.micran.ru)
  • НПП «Спецкабель» (spetskabel.ru)
  • НКТ (Новые Компоненты и Технологии, www.nkt-rf.ru)
  • ООО «Амитрон Электроникс» (www.amel.ru)

При этом только НПП «Спецкабель» по требованию заказчика изготавливает сборки с приёмкой ВП.

Основные тенденции развития радиочастотных кабелей и кабельных сборок

Большинство зарубежных производителей предлагают к поставке законченные кабельные сборки, а не поставляют кабель и соединители отдельно. Этот факт подтверждает очевидную актуальность организации производства отечественных кабельных сборок с параметрами, не уступающими параметрам зарубежных аналогов.

Анализ ситуации на отечественном рынке кабельных сборок диапазона СВЧ [10] позволяет выделить следующие основные направления их развития:

  1. Расширение частотного диапазона отечественных радиочастотных кабелей и соединителей.
  2. Расширение номенклатуры отечественных кабелей с воздушно-диэлектрической (полувоздушной) изоляцией.
  3. Расширение диапазона рабочих температур сборок ниже -60 и выше 200 °С.
  4. Создание сборок с повышенной стабильностью коэффициентов фазы и затухания.
  5. Разработка и выпуск радиационностойких отечественных кабельных сборок.
  6. Уменьшение массы и геометрических размеров кабельных сборок.
  7. Повышение качества и надежности кабельных сборок для сложных условий эксплуатации.
  8. Совершенствование техники измерения основных параметров кабелей и кабельных сборок на основе применения современной измерительной техники.
  9. Разработка отечественных государственных стандартов, соответствующих требованиям МЭК.

Производство кабельных сборок — трудоёмкий процесс, предъявляющий жёсткие требования к качеству кабеля и соединителей и к самому процессу сборки. Кабельные сборки должны производить квалифицированные специалисты, в специально оборудованном помещении. Необходимо измерять электрические параметры каждой сборки на соответствие техническим требованиям.

Нередко возникает вопрос: изготавливать кабельную сборку на специализированном предприятии или, в целях экономии, изготавливать самостоятельно?

Все определяется уровнем сложности аппаратуры, в которой используют сборки. В аппаратуре специального назначения, особенно работающей в коротковолновой части сантиметрового и в миллиметровом диапазонах длин волн, необходимо применять сборки, прошедшие весь комплекс испытаний и тестирований. Перед установкой в аппаратуру должны быть измерены многие электрические параметры сборок: КСВн (S11 и S22), высокочастотные потери (S12 или S21), допустимая пропускаемая мощность, затухание экранирования, электрическая емкость, электрическое сопротивление проводников, сопротивление изоляции, температурная стабильность фазы и затухания, интермодуляционные искажения. Сборки должны быть испытаны на воздействие механических и климатических факторов. Кроме того, необходимо проверить допустимый радиус изгиба кабеля и прочность его заделки в соединители, количество соединений и рассоединений сборки с ответными соединителями. Для изготовления таких сборок требуются дорогостоящие монтажное оборудование, оснастка и инструмент, а также специалисты высокой квалификации.

В случае же применения кабельных сборок в менее ответственной аппаратуре, более низкого частотного диапазона, выпускаемой небольшими партиями, самостоятельное изготовление сборок может быть экономически оправданно.

Литература

  1. IEC 60966-1 ed.2.0 (1999). International standard. Radio frequency and coaxial cable assemblies —Part 1: Generic specification — General requirements and test methods.
  2. IEC 60966-2-1 ed.3.0 (2008). International standard. Radio frequency and coaxial cable assemblies; Part 2-1: Sectional specification for flexible coaxial cable assemblies.
  3. Gore Cable Assembly Builder Microwave Assembly Part Number G5R01R010120 (www.goremicrowave.com).
  4. Разработка и производство коаксиальных соединителей, переходов и кабельных сборок НПП «Спецкабель».
  5. www.meggitt.com, www.stablecable.com.
  6. Micro-Сoax Specification Cable Assemblies, UFA210B Low Loss 26,5 GHz, 2004.
  7. ГОСТ 11326.0-78 Кабели радиочастотные. Общие технические условия.
  8. К.Б. Джуринский. Современные радиочастотные соединители и помехоподавляющие фильтры. Изд-во ЗАО «Медиа Группа Файнстрит», Санкт-Петербург, 2014, — 428 с.
  9. MPD Microwave Product Digest. Current innovations in phase stable coaxial cable design by Times Microwave System (www.timesmicrowave.com).
  10. Ефимов И. Е. и Останькович Г. А. Радиочастотные линии передачи. Радиочастотные кабели. Изд. 2-е, М., «Связь», 1977, — 408 с.
  11. Баскин З.И. и др. Ассортимент, свойства и применение фторполимеров Кирово-Чепецкого химического комбината. Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, 2008, том LII, № 3, с.15-23.

Данный материал авторов А.Прокимова (НПП «Спецкабель»), К.Джуринского (НПП «Исток») и Р.Кузнецова(НПП «Спецкабель») опубликован в журнале «Компоненты и технологии» № 6, 2015.

spetskabel.ru

РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕЙ ПРОКЛАДКИ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

  • Published on06-Apr-2017

  • View215

  • Download3

DESCRIPTION

82 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 УДК 621.314 РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕЙ…

Transcript

82 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 УДК 621.314 РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КАБЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕЙ ПРОКЛАДКИ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ Беспрозванных А.В., доц., к.т.н. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе,21 кафедра "Электроизоляционная и кабельная техника" тел. (057) 70-76-010, e-mail: [email protected] Набока Б.Г., проф., д.т.н. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" Украина, 61002, Харьков, ул. Фрунзе,21 кафедра "Электроизоляционная и кабельная техника" тел. (057) 70-76-010, e-mail: naboka @kpi.kharkov.ua Морозова Е.В., ОАО "Одескабель" Украина, 65013, Одесса, ул.Николаевская, 164, e-mail: [email protected] Розглянуто вплив випромінюючої радіації на електричну емність та кут діелектричних втрат загальнопромислових неекранованих мережевих кабелів п’ятої категорії .Встановлено, що зміна емності не перевищує 10% при дозі радіації до 30 Мрад. Критерій радіаційої стійкості з tgδ не витримується, починаючи з дози вище 10 Мрад. Кабелі з не радіа- ційно-модіфікованою поліетилеовою ізоляціею та полівінілхлорідною захисною оболонкою можуть працювати при дозах радіації до 10 Мрад. Рассмотрено влияние радиационного излучения на электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь общепромышленных сетевых кабелей пятой категории. Установлено, что изменение емкости не превышает 10%. при дозе радиации до 30 Мрад. По tgδ критерий радиационной стойкости превышен при дозе выше 10 Мрад. Кабели общепромышленного применения с не радиационно-модифицированной полиэтиленовой изоляцией и поливинилхло- ридной защитной оболочкой могут работать при дозах радиации до 10 Мрад. ВВЕДЕНИЕ Основными факторами, характеризующими усло- вия эксплуатации кабелей и проводов на атомных электрических станциях (АЭС), являются потоки излу- чений высокой энергии и повышенные температуры. Они имеют максимальные значения в пределах актив- ной зоны реактора и в непосредственной близости от нее. За пределами радиационной защиты реактора из- лучение приближается к фоновому, а температура - к температуре окружающей среды. При нормальных ус- ловиях эксплуатации излучение, воздействующее на кабели гермозоны, обусловлено нейтронным и γ −излучением. Мощность дозы излучения сильно из- меняется в зависимости от конкретного расположения кабелей в реакторе или вблизи него. Обычно мощность дозы составляет 28 - 280 мкГр/с, т.е. 10 - 100 рад/ч. При средней мощности поглощенной дозы 140 мкГр/с (50 рад/ч) поглощенная доза за весь срок службы 40 лет достигает около 0,2⋅МГр (20 Мрад). Для нормальных условий эксплуатации характерны температура окру- жающей среды приблизительно 50°С и относительная влажность около 90%. В процессе эксплуатации на АЭС не исключены аварии различной степени тяжести, которые могут приводить к повреждению оболочек одного или не- скольких твэлов, а также к нарушению герметичности первого контура реактора. При этом возникает утечка теплоносителя, содержащего радиактивные продукты, в помещения под защитной оболочкой ядерного реак- тора. Радиационные условия в аварийной ситуации будут определяться главным образом γ - и β - излуче- ниями, испускаемыми при радиоактивном распаде продуктов деления. Мощность поглощенной дозы при этом будет изменяться во времени. В течение не- скольких секунд после аварии мощность поглощен- ной дозы достигает максимального значения - около 2,8 кГр/с (10 Мрад/ч), а затем наблюдается постепен- ный спад на протяжении около 1 года. В течение все- го этого времени аварийное оборудование должно непрерывно функционировать. Поглощенная доза за этот период может достигнуть значения 5 МГр (500 Мрад). Аварийные условия характеризуются наличи- ем пара под высоким давлением и при высокой тем- пературе и непрерывным разбрызгиванием дезакти- вирующих растворов [1 - 5]. Кабели, специально предназначенные для рабо- ты в помещениях первого контура АЭС, имеют срок службы до 40 лет, радиационную стойкость к погло- щенной дозе 0,5 - 1,5 МГр (50 - 150 Мрад) и действию дезактивирующих растворов, соответствуют требова- ниям по нераспространению горения и стойкости к действию пламени. Так, в системах внутреннего кон- троля за температурой и энерговыделением в актив- ной зоне реакторов ВВЭР- 440 и ВВЭР - 1000 приме- няются измерительные кабели КПЭТИ с изоляцией и оболочками из термостабилизированного радиацион- но-модифицированного полиэтилена [6]. Цель статьи - анализ радиационной стойкости се- тевых неэкранированных кабелей локальных вычисли- тельных сетей с полиэтиленовой изоляцией и поливи- нилхлоридной защитной оболочкой. КРИТЕРИИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ Работоспособность кабелей и проводов в усло- виях воздействия радиации определяется в основном свойствами применяемых в них электроизоляционных материалов (рис. 1) [7]. Под радиационной стойкостью материалов понимают способность сохранять физико- механические и электрические свойства на заданном уровне, который обеспечивает нормальную эксплуа- тацию кабеля (табл. 1) [8]. Оценку радиационной стойкости кабелей и про- водов проводят путем их облучения с использованием гамма-источника при мощности поглощенной дозы до Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 83 2,7 Гр/с (45 рад/мин) и температуре 273 - 293 К на воздухе (табл. 2). Для имитации фонового излучения окружающей среды мощность дозы облучения не превышает 0,3 рад/мин. 1 10 100 1000 10000 1 2 3 4 5 6 Материал Д оз а ра ди ац ии , М ра д Рис.1. Предельные значения разрушительных доз радиации для полимерных материалов: 1 - полиимид; 2 - полиэтилен; 3 - поливинилхлорид; 4 - полипропилен; 5 - полиамид: 6 - кремнийорганическая резина Таблица 1 Критерии радиационной стойкости полимерных материалов по стандарту МЭК Контролируемый параметр Изменение па- раметра, %, по отношению к исходному Разрушающее напряжение при разрыве 25 или 50 Удлинение при разрыве: жесткие материалы эластомеры гибкие пластики 2 50 50 Разрушающее напряжение при изгибе 25 или 50 Ударная вязкость 25 или 50 Остаточная деформация при сжатии 25 или 50 ρv, ρs 10 Eпр 10 или 50 εr ±10 tgδ 25 или 50 Таблица 2 Промышленные высокоактивные (≥ 3,7 10 10 Бк 1) источники гамма-излучения Тип источника Радио- нуклид Активность источника Габариты (диаметр ×высота), мм ГИК-1 - 3 Кобальт-60 1,1 10 11 6х7 ГИК-2 - 5 Кобальт-60 3,1 10 11 6х7 ГИК-4 - 1 Кобальт-60 6,4 10 11 11х12 ГИК-5 - 3 Кобальт-60 6,3 10 12 11х16,5 ГИК- 6- 3 Кобальт-60 1,1 10 14 26х27 ГИК- 8 -4 Кобальт-60 1,9 10 14 23х22,5 ИГИ-Се-4-1 Селен - 75 7,8 10 10 12,5х12,5 ИГИ-Су-7 Сурьма-124 1,3 10 11 6,7х55 ИГИ-Це-3-1 Цезий-134 1,5 10 11 12х10 1 – Беккерель – единица активности радионуклида. 1Бк – один распад в секунду МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ КАБЕЛЕЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАДИАЦИИ Под действием ионизирующего излучения проис- ходит химическое и физическое старение полимерных материалов изоляции и оболочки кабеля. Основными механизмами химического старения является деление макромолекулярных цепей и процесс возникновения сшивок под действием реакции окисления. В процессе деления создаются две новые цепи после разрыва од- ной. Сшивка (возникновение перемычек) относится к формированию ковалентных связей двух соседних макромолекул. Это приводит к росту поперечной плотности и формированию пространственной сетки. Механизмами физического старения являются испарение и миграция пластификатора. Этот меха- низм старения в основном наблюдается у ПВХ- материалов, в которых обычно большое количество пластификатора (до 70%). Миграция пластификаторов наблюдается до тех пор, пока не наступит равновесия в перераспределении пластификатора в каждом слое. ТЕСТОВЫЙ ОБЪЕКТ Для оценки радиационной стойкости в качестве тестового объекта выбран сетевой неэкранированный кабель внутренней прокладки категории 5е. В таком кабеле защитная оболочка находится в непосредст- венном контакте с изоляцией 4-х пар проводников. Изоляция токопроводящих жил кабеля выполнена на основе полиэтилена низкой плотности. Для повыше- ния стойкости к окислению под действием кислорода воздуха в современные полиэтиленовые композиции обязательно добавляют антиоксиданты. Таблица 3 Характеристики радионуклидов Радионуклид Период полураспада Вид и энергия излучения, МэВ (относительная ин- тенсивность, %) Кобальт – 60 (60Co ) 5,27 года E β =0,314 (99) E γ =1,173(100) E γ =1,332 (100) Селен – 75 (75 Se ) 120 суток E β =0,265 (60) E γ =0,136(57) Сурьма – 124 (124Sb) 60,2 суток E β =2,31 E γ =0,603(97) E γ =1,691(50) Цезий – 134 (134Ce) 2,06 года E β =0,662(70) E γ =0,796(99) E γ =0,605(98) Цезий – 137 (137Ce) 30 лет E β =1,176(5) E γ =0,514(95) E γ =0,662(85) Три образца кабеля длиной по 5 м, взятые из од- ной бухты, подверглись радиации. Первый образец получил дозу в 10 Мрад, второй - 20 Мрад и третий - 30 Мрад. Перед облучением и после измерялись ем- кость, тангенс угла диэлектрических потерь по схеме: каждый проводник относительно всех остальных, со- единенных вместе, на частотах 0,1; 1: 10 и 1000 кГц. Такая схема измерения дает возможность контроли- ровать tgδ изоляции проводника, свободного объема между проводником и всеми остальными, защитной оболочки, т.е. конструкции кабеля в целом [9 - 12]. После воздействия радиации выполнено тепловое старение образцов кабелей при температуре 160°С в течение 4 часов. До и после теплового старения про- водилось измерение массы образцов. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ После облучения исчез блеск в окраске, как электрической изоляции проводников, так и оболоч- ки. На поверхности оболочки и изоляции появился "отлип" – маслянистые низкомолекулярные продукты разложения изоляции и оболочки. Характерные запа- хи легколетучих фракций наиболее осязаемы для об- разцов с дозой радиации 20 и 30 Мрад. На рис. 2 - 4 приведены зависимости изменений 84 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 емкости и tgδ от дозы радиации относительно исход- ного, необлученного, состояния и коэффициент кор- реляции тангенса угла потерь между облученными и не облученными кабелями. На рис. 5 представлены C - tgδ диаграммы для четырех частот образцов кабе- лей до (a), сразу после облучения (b) и со временем (c): через 1 год (для 10 Мрад), 10 месяцев (20 Мрад) и 9 месяцев (30 Мрад) соответственно. Результаты теп- лового старения, связанные с потерей массы облучен- ных образцов кабелей, приведены на рис. 6. Рис. 2. Изменение емкости сетевого неэкранированного кабеля при облучении Рис. 3. Изменение tgδ сетевого неэкранированного кабеля при облучении 10 20 30 0 0,5 1 corr 1 0,1 10 Доза, Мрад связанные процессы слабо связанные Рис. 4. Корреляция tgδ облученных образцов от дозы радиации АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ Сравнение результатов изменения емкости, а значит и диэлектрической проницаемости, показыва- ет, что критерий радиационной стойкости (табл. 1) не превышен для всех трех доз радиации (рис. 2). Мак- симальные изменения емкости на частоте 0,1 кГц со- ставляют 2,6; 2,2 и 8,4 % для 10, 20 и 30 Мрад соот- ветственно. а) доза 10 Мрад б) доза 20 Мрад в) доза 30 Мрад Рис. 5. C - tgδ диаграммы образцов сетевого неэкранированного кабеля при разных дозах радиации -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 1 2 3 4 t, часы Δ m /m , % 1 2 3 4 T = 160 0 C 1 - не облученный образец; 2 - облученный дозой 10 Мрад; 3 - облученный дозой 20 Мрад; 4 - облученный дозой 30 Мрад Рис .6. Относительное изменение массы образцов сетевого неэкранированного кабеля при тепловом старении При дозе облучения до 10 Мрад наблюдается до- полнительная сшивка полиэтиленовой изоляции, т.е. образование поперечных межмолекулярных связей. Происходит радиационное упрочнение материала. В результате плотность возрастает. И, как следствие, при тепловом старении уменьшение массы образца, Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 85 облученного до 10 Мрад, - наименьшее (рис. 6, кривая 2 и кривые 1, 3 и 4). При дозе облучения в диапазоне 10 - 20 Мрад пре- обладают процессы деструкции, как оболочки, так и изоляции с образованием твердых и легколетучих низ- комолекулярных фракций. Емкость (плотность, ди- электрическая проницаемость) уменьшается (рис. 2). При дозе облучения больше 20 Мрад начинается про- цесс интенсивного разложения материала оболочки и изоляции с дополнительной сшивкой ее структуры (рис. 4). И, как результат, отмечается рост емкости. При этом процесс деструкции может быть связан с израсходованием антиоксиданта (рис. 6, кривая 4). Признаком наступления критического состояния ста- рения диэлектрика можно считать, очевидно, момент изменения знака относительного приращения емкости - с отрицательного на положительный (рис. 2). Доза, Мрад 10 20 30 10 -1 10 0 10 1 1 2 3 tg δ 2 / tgδ 1 верхняя граница изменения tgδ 1 - год после облучения; 2 - 10 месяцев; 3 - 9 месяцев Рис. 7. Релаксация tgδ облученного сетевого кабеля со временем В неэкранированных кабелях внешняя оболочка находится в прямом контакте с изоляцией. При при- менении защитной оболочки из пластифицированного ПВХ наблюдается диффузия пластификатора из обо- лочки в изоляцию на основе полиэтилена. Это один из механизмов старения - перенос масс. Он не наблюда- ется при наличии сплошного металлического экрана между оболочкой и изоляцией. Наблюдаемая дегра- дация не будет одинаковой при сравнении старения изоляции на основе полиэтилена и оболочки из ПВХ материалов отдельно, и образца кабеля в целом. Под действием радиации пластификатор, а также продук- ты разложения оболочки мигрируют в сердечник ка- беля. Легколетучие фракции оказываются между про- водниками, в свободном воздушном зазоре. Твердые продукты разложения осаждаются на поверхности проводников витых пар. Измеряемое значение тан- генса угла диэлектрических потерь отображает как саму твердую изоляцию и оболочку, так и свойства свободного объема, заполняемого продуктами разло- жения. На C - tgδ диаграммах проявляются три харак- терных группы (рис. 5). Группе I соответствуют наи- меньшие значения емкости и наибольшие значения tgδ. Это результат измерений для проводников, кото- рые не соприкасаются друг с другом в кабеле. Они в наибольшей степени удалены друг от друга. Поэтому воздушный зазор между ними - наибольший. Он за- полняется низкомолекулярными продуктами разло- жения оболочки и изоляции. Вторая группа (II) соот- ветствует проводникам, которые частично соприка- саются друг с другом по длине кабеля. Для третьей группы (III), характерной для соприкасающихся про- водников (собственно рабочих пар кабеля), значения емкости наибольшие, а tgδ - наименьшие, т.к. мень- ший объем свободного пространства, в котором осаж- даются низкомолекулярные продукты радиационного разложения. Оценка радиационной стойкости и воз- можность работы сетевых кабелей в условиях радиа- ции по tgδ должна производиться по значениям III - й группы, т.е. для проводников, составляющих пары кабеля. Со временем после облучения дрейф tgδ для этой группы в сторону меньших значений - мини- мальный. Для не соприкасающихся проводников (группа I) - максимальный (рис. 5, b и c). В процессе облучения дозой до 10 Мрад наблюдается незначи- тельное превышение критерия. После нахождения образца в лаборатории в течение года легколетучие фракции улетучились, и изменение tgδ в пределах нормы (рис. 4 и 7). При дозе 20 Мрад наблюдается превышение верхней границы tgδ на 10% (рис. 3). Причина - как легколетучие фракции (рис. 5б, 2 и 3), так и начавшийся процесс образования крупных сег- ментов (диполей) в изоляции под действием излуче- ния и кислорода воздуха (рис. 4). Для последних ха- рактерна дипольно-релаксационная поляризация, ко- торая сильнее проявляется в низкочастотном диапа- зоне. Резкое повышение tgδ после дозы 20 Мрад свя- зано, очевидно, с израсходованием антиоксиданта. Момент достижения этого состояния может считаться пределом эксплуатации кабельного изделия. Интен- сивная деструкция оболочки и изоляции приводит к превышению критерия стойкости по tgδ на порядок (500%) для частоты 0,1 кГц. ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАБОТЫ СЕТЕВЫХ КАБЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ РАДИАЦИИ Емкость и коэффициент затухания сетевых кабе- лей нормируются (рис. 8 и 9) [13 - 18]. Для них указы- вается верхний предел. Запас по емкости составляет 8 - 10% . Поэтому при изменении емкости до 4% (рис. 10) для образцов кабелей, облученных дозой до 30 Мрад, не будет превышено верхнее значение. Коэффициент затухания сетевых кабелей катего- рии 5е нормируется в диапазоне частот 1 - 100 МГц [12 - 13] (рис. 9). Спектр цифровых сигналов в сети Fast Ethernet, передаваемых по витым парам, сосредо- точен в этом диапазоне частот. Затухание в высоко- частотном рабочем диапазоне определяется потерями как в проводниках пары (αм), так и в диэлектрике (αд): ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ δ⋅⋅ω +⋅⋅=α+α=α CLtgCLCR / 2 / 2 69,8дм Соотношение между составляющими меняется в зависимости от частоты [15]. На частоте 1 МГц коэф- фициент затухания в диэлектрике αд не превышает 3% от потерь в проводниках. При изменении емкости потери растут как в проводниках, так и в изоляции. Рост общих потерь при изменении только емкости составляет 1,54% для дозы 10 Мрад, 1,3% для 20 Мрад и 2% для 30 Мрад. За счет роста tgδ под дейст- вием радиации потери в диэлектрике увеличатся на 14 - 31%, 10 - 21%, 141 - 162% при дозах 10 Мрад, 20 Мрад и 30 Мрад соответственно. Для рабочих пар необходимо ориентироваться на нижнюю границу изменения tgδ (рис. 10). Таким образом, для всех трех доз радиации общие потери не превысят верхние нормируемые значения α на частоте 1 МГц. 86 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 С, пФ/м 44 46 48 50 52 54 56 1 2 3 4 N пары Верхний предел значений С Рис. 8. Типичные значения емкостей витых пар сетевого кабеля категории 5е 10 0 10 1 10 2 10 30 5 10 15 20 25 f, МГц дБ /100 м α запас Рис. 9. Предельные значения коэффициента затухания сетевого неэкранированного кабеля категории 5е -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 ΔC, % -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Δt gδ , % 20 Мрад 10 Мрад 30 Мрад I II III Δ tgδ пар Рис. 10. ΔC - Δtgδ диаграмма при разных дозах облучения На частоте 100 МГц потери в диэлектрике воз- растают и составляют до 30% от потерь в проводни- ках. При тех же изменениях емкости и tgδ, что и для частоты 1 МГц (ΔC = 1,54%, Δtgδ = 14%), в диапазоне 10 - 20 Мрад, общие потери возрастают на 7%. При изменении tgδ на 25% - на 10%. Приращение потерь составляет 1,5 - 3 дБ. Как правило, сетевые кабели имеют запас по коэффициенту затухания в (1,5 - 2 дБ) / 100м (рис. 9) [16 - 17]. Но этого запаса не достаточно для качественной передачи сигнала на расстояние 100 метров. Для дозы свыше 20 Мрад потери превышают нормируемые граничные значения на 35 - 40%, т.е. на 8 - 9 дБ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Сетевые неэкранированные кабели способны обеспечить передачу цифровых сигналов со скоро- стью передачи 100 Мбит/с на расстояние 100 метров при дозе до 10 Мрад. При более высоких поглощен- ных дозах дальность передачи информации сокращае- тся. При дозе до 20 Мрад передача возможна на расс- тояние не более 85 метров. При дозе выше 20 Мрад - на расстояние не более 60 метров. ЛИТЕРАТУРА [1] K.Anandakumaran, W.Seidl, P.V.Castaldo. Condition Assessment of Cable Insulation Systems in Operating Nu- clear Power Plants.// IEEE Trans. DEI, Vol.6, pp. 376- 384, 1999. [2] IEC 216 Standard, Guide for the determination of thermal endurance properties of electrical insulating materials. Part 1: General guidelines for aging procedures and evaluation of test results; Part 2: Choice criteria; Part [3] Instruction for calculating thermal endurance characteristics; Part 4: Aging ovens; Part 5: Guidelines for application of thermal endurance characteristics. Fourth issue. 1990 - 1994. [4] Kirschvink Manfred, Beyer Gunter, Coenen Simon. Me- chanical, electrical and fire propagation oh halogen free DBE (LOCA) resistant cables for nuclear power plants. [5] Дикерман Д.Н., Мещанов Г.И., Поляков А.А., Финкель Э.Э. Кабели и провода для ядерных энергетических установок. - М.:Энергоатомиздат, 1983. - 36 с. [6] Боев М.А. Техническая диагностика низковольтной полимерной изоляции.// Труды Международной науч- но-технической конференции "Изоляция – 99".- Санкт- Петербург, 1999. – С. 19-20. [7] Nuclear and space radiation effects on materials //NASA SP – 8053, June, 1970. [8] Публикация 544 МЭК. Ч.1 – 4. Руководство по опре- делению влияния ионизирующего излучения на элек- троизоляционные материалы, 1977 – 1982. [9] Набока Б.Г., Беспрозванных А.В., Гладченко В.Я. Признак старения диэлектрика – близость характери- стик изоляции соседних жил.// Труды Третьей Меж- дународной конференции "Электрическая изоляция – 2002".- Санкт-Петербург, 2002. – С. 240-242. [10] Набока Б.Г.,Беспрозванных А.В., Штангей А.С., Черт- ков Г.Н., Крикунов В.В. Наблюдение процессов старе- ния изоляции многожильных кабелей по корреляци- онной связи электрических характеристик ее соседних участков// Тез. докл. Междун. конф."Конструкционная прочность материалов и ресурс оборудования АЭС". (г.Киев, 2003 г.) – 4 с. [11] Беспрозванных А.В., Морозова Е.В., Соколенко А.Н.. Влияние ионизирующего излучения на емкость и тан- генс угла диэлектрических потерь сетевых кабелей // Вестник НТУ "ХПИ". – Харьков: НТУ "ХПИ", 2003, №9, Т.3. - С. 3-8. [12] Беспрозванных А.В., Морозова Е.В., Соколенко А.Н.. Дрейф диэлектрических потерь радиационно- состаренных сетевых кабелей //Вестник НТУ "ХПИ" - Харьков: НТУ "ХПИ", 2004, №22, Т.3. - С. 3-6. [13] International Standard ISO/IEC 11801 Information Tech- nology – Generic Cabling for Customer Premises. – 1995. – 104 p. [14] TSB -36.Technical Systems Bulletin/ Additional Cable Specifications for Unshielded Twisted Pair Cables.-5 p. [15] Беспрозванных А.В., Игнатенко А.Г. Оптимизация конструкции сетевых кабелей по коэффициенту зату- хания в зоне допусков геометрических размеров пара- метров передачи //Электротехника и электромеханика. – 2004.-№2.-С .8-10. [16] Беспрозванных А.В., Игнатенко А.Г. Влияние скрутки сердечника на параметры передачи сетевых кабелей.// Вестник НТУ "ХПИ". - Харьков, N7. - 2004. - С. 82-87. [17] ОАО "Одескабель" ТУ У 31.3 – 05758730 – 020 -2002 (350). [18] ОАО "Одескабель" ТУ У 31.3 – 05758730 – 020 -2001 – новый. Поступила 2.12.05 soderg_3.pdf 01.pdf

documents.tips


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта