4/3. Speciális szigetelő anyagok kábelek készítéséhez

Az előző cikkben sorra vettük a már megszűnt szigetelő anyagokat, valamint áttekintettük a jelenleg használatos általános szigetelőket. Napjainkban a vezetékek és kábelek szigetelésére a legnagyobb mennyiségben használt szigetelő anyagok a PVC, Polietilén (PE) és a gumi, illetve ezek különféle változatai. Ezen anyagok, és a hozzájuk tartozó technológiák eléggé ismertek a kábeliparban és a felhasználók körében.

A vezeték, és kábelgyártás kisebb hányadát teszik ki a speciális anyagokkal szigetelt termékek (2005-ben legalábbis így volt), viszont használatuk egyre inkább nélkülözhetetlen a különleges feladatokat ellátó berendezésekben. Ilyen berendezések működnek az ipar számos területén pl.:

- vegyipar, ahol a külső hatások megszámlálhatatlan variációja léphet fel,
- robottechnika, ahol a 24 órás üzemben dolgozó robotok megállás nélkül mozgatják a rájuk szerelt kábeleket,
- kohászat, ahol magas hőmérséklet terhelheti a rendszereket,
- az atomerőművek, ahol magas hőmérsékletnek és esetleges sugárzásnak vannak kitéve a kábelek,
- a bányászat ahol a középfeszültségű (6 kV- 35kV) hálózatot hajlékony gumikábeleken kell továbbítani
- tengeri kábel fektetés, sós vízben a víz nyomása alatt,
- stb.

Ezen a területen a felhasznált anyagok és technológiák nagyon változóak. Még az is előfordul, hogy két különböző gyártó ugyanarra a speciális feladatra eltérő felépítésű és szigetelésű kábelt gyárt. Ebből adódóan nem egyszerű kategorizálni, hogy milyen műszaki területen pontosan milyen felépítésű (szigetelésű) kábelt optimális alkalmazni. A felépítés szót nem véletlenül használtam. Cikkemben többnyire az alapeseteket vázolom a jobb érthetőség kedvéért, viszont ne feledjük, a valóságban igen összetett szigetelési "rendszerek" is léteznek, melyekből a későbbiekben még kap ízelítőt a kedves olvasó!
Vegyük sorra melyek azok a különleges feladatok melyeknek a hagyományos szigetelések már nem mindig tudnak eleget tenni:

Magas hőmérséklet

Talán a legkézenfekvőbb a magas hőmérséklet. Itt fontosnak tartom megjegyezni, hogy a magas hőmérséklet öregíti a szigetelést. Azaz, az adott kábel mechanikai élettartama rövidebb lesz, ha azt a megengedett üzemi hőmérsékleten folyamatosan működtetik. Tehát a méretezésnél, a beépítési körülményeknél ezt is figyelembe kell venni. Az előző cikkben tárgyalt szigetelő anyagok (PVC, PE, gumi) alkalmasak 70-80 °C tartós üzemi hőmérsékletű körülmények között működni. Azonban ha a várható hőmérséklet például a környezeti adottságok miatt folyamatosan 80°C körül várható, célszerű nagyobb hőállóságú szigeteléssel ellátott kábelt alkalmazni. Ez például lehet egy hőálló PVC is mely maximum 105°C-on képes biztosítani a szigetelést. De mi a megoldás ennél magasabb hőmérsékletű körülmények között? Mit lehet alkalmazni villanytűzhelyek, hősugárzók, nagykonyhai sütők és kemencék bekötéséhez? Ilyenkor szokták választani a villamos szakmában jól ismert szilikon gumi szigetelésű kábeleket és vezetékeket. Ennek az anyagnak a hőállósága eléri a 180°C-ot. A kerámia és üveggyártás, valamint az acélipar "melegebb" területein viszont ez sem elég! A gyártók erre is felkészültek. Az egyik német gyártó katalógusában található olyan kábel, mely üzemi hőmérséklete elérheti 1000°C-ot is, ami még mindig nem a felső határ. Hazánkban kevésbé ismert francia cég által gyártott kábelek egyes típusai még ezt az értéket is felül tudják múlni. Érdekesség kép jegyzem meg, hogy ezen a hőmérsékleten nem csak a szigetelésnél alkalmaznak több rétegű összetett rendszert, hanem a réz huzalokat is nikkelezik hogy a hőállóságát biztosítsák. Az ilyen magas hőmérsékleteken a hőálló szigetelő anyagokat kombinálják üveg szövetekkel, és különleges impregnáló anyagokkal. Jellemző, hogy mivel a magas hőmérséklet lággyá teszi a szigeteléseket a külső köpenyre egy acélháló szövetet helyeznek annak érdekében, hogy a meleg alkatrészek kevésbé nyomódhassanak bele a szigetelésbe. 1.ábra.

A szilikonon túl további anyagokat is használnak hőálló szigetelések készítésére. Ilyenek például a PVDF, ETFE, FEP, PFA, PTFE (*, lásd a cikk végén)

Nagy mechanikai igénybevétel

Komolyabb mechanikai igénybevételek a következők lehetnek:

• koptatás, súrlódás
• húzás
• csavarás
• hajtogatás

Ezen probléma megoldásakor már nem kifejezetten a szigetelésre kell a figyelmünket összpontosítani, hanem a szigetelési rendszerre. Természetesen vannak anyagok melyek jól tűrik a nyúlást mint a polikloropren (CR) (*, lásd a cikk végén) de ez még nem elég a szükséges hajlékonyság eléréséhez. Azon túlmenően, hogy megfelelő hajlékonyságú vezetőket készítünk, szükséges azokat oly módon összesodorni, hogy a hajlékonyságuk megmaradjon. A szükséges árnyékolások kialakításánál is nagy figyelmet kell szentelni hogy azok ne rontsák a kábel flexibilis paramétereit.
Daruknál, futómacskáknál szokták alkalmazni az NSHTöu típusú kábelt. Ezen a kábelen keresztül szeretném bemutatni, hogy hogyan került kialakításra egy olyan hosszirányban hajlékony szerkezet, mely viszont a torziós csavarásnak ellen áll. A klasszikus hajlékony szerkezetű kábelbe egy szövött műanyag hálót építenek be. 2.ábra

A gyártás (gumi vulkanizálása) során a háló beletapad az őt körülvevő anyagba. Így a háló a síkban történő hajtogatással szemben nem fejt ki nagy ellenállást, ezért a kábel dobra csévélését nem akadályozza. Viszont a csavaró irányú erőkkel szemben komoly ellenállást tanúsít. Erre azért van szükség, hogy a dobról letekert kábel, mely pl.: a levegőben lóg vagy a földön fekszik nem tudjon önmagával összecsavarodni.
Ezt a példát azért említettem, mert bár a kábel kialakításánál fontos a megfelelő anyagok alkalmazása, de legalább olyan fontos a megfelelő szerkezet összeállítása is. A szerkezeti kialakítást ebben az esetben semmilyen anyag nem pótolhatja. Tehát a mechanikai igénybevételre történő kialakításkor az anyagok és konstrukciók együttese adja a terméket.

Lángállóság

Az előző cikkben már definiáltam ezt a fogalmat a PVC szigetelésnél, ezért most újra ezt nem teszem meg. Viszont a felsorolás teljessége miatt szólok róla még egyszer. A PVC mellett egyéb anyagok is rendelkeznek ezen tulajdonsággal, a mint például a később tárgyalt halogénmentes anyagok is. A halogénmentes vagy a tuzálló kábelrendszerek kialakításánál a lángállóság alapvetően megkövetelt tulajdonság.

Halogénmentesség

A szakirodalom ezen anyagokat a következőkép határozza meg:
- nem térhálósított halogénmentes polimer keverék
- térhálósított halogénmentes polimer keverék
A gyártók saját összetételeket alkalmaznak, és az értékesítés során inkább a tulajdonságokat hangsúlyozzák, mint a felhasznált anyagok pontos keverékét. Bár ha jól meggondoljuk a felhasználót nem is az összetétel érdekli leginkább!
A halogénmentes anyagok viszonylag rövid múltra tekintenek vissza. Az iparilag fejlett országokban a szabványosított felhasználásban előrébb járnak mint hazánkban. Fontos szerepe van ezen anyagok alkalmazásának ott, ahol egy esetleges tűz esetén emberek tartózkodhatnak. Tűz esetén az alacsony káros anyag felszabadulása növeli az emberek túlélési esélyeit. Mivel az így gyártott kábel ára magasabb a hagyományosnál hazánkban a terjedése még nem széles körű. Ezen anyagok lehetnek a tűzálló kábelek alapanyagai is, de ott a tűzállóság elérése érdekében még egyéb szerkezeti elemeket is be kell építeni.

Tűzállóság

Tűzálló kábelek készítésekor hasonló alapelveket kell figyelembe venni, mint amikor a mechanikai igénybevételre történő kialakításnál írtam. Azaz kábelek tűzálló szigetelését csak "szigetelési rendszerrel" lehet megoldani. A kialakítás itt is gyártónként változó. Hazánkban a német szabvány szerint készülő termékek vannak döntő többségben melyek elvi kialakítása a következő 3.ábra:

• Tömör réz vezető
• MICA szalag
• Térhálós polietilén keverék
• Halogén mentes kitöltő réteg
• Halogén mentes külső köpeny

Lehet hogy meglepő, de a tűzálló kábelt ha külső égető hatás éri szintén el kezd égni, mint hagyományos társaik! A kérdés csak az, hogy a külső láng hatása alatt a kábel mennyi ideig tudja fenntartani funkcióját, azaz ellátni árammal a csatlakoztatott berendezéseket.
Az elv többnyire a következő, mely alapján a kábel működő képes marad adott ideig:
A réz vezetőt körülvevő MICA szalag (mely engem leginkább a csillámra emlékeztet) és a térhálós polietilén szigetelés égetés hatására kerámia jellegű anyaggá ég el, mely zárt marad, és biztosítja az erek szigetelését jelentős ideig.
A tűzálló kábeleknél a felhasználót a kábelen levő jelzések közül leginkább az E30 vagy E90 -es szám érdekli. Azaz a kábel, tűz esetén harminc percig (E30) tartja meg funkcióját vagy kilencven percig (E90). Ez a jelzés utal arra, hogy a kábel tartószerkezettel együtt történő égéséről beszélünk. A gyártók egyébként pontosan megadják, hogy a mérést milyen tartószerkezettel végezték, és elvileg a kábelt is csak azon tartórendszereken lehetne elhelyezni.
A kábelen feltüntetett FE180 jelzés laboratóriumi körülmények között történő égetésre utal, tartószerkezet nélkül végzett speciális vizsgálat eredménye, mely szerint a kábel 180 percig megtartotta funkcióját. Viszont ezzel keveset érünk, mert a kábelt nem laboratóriumi körülmények között fogjuk felhasználni!

Fontosnak tartom, hogy tisztázzunk néhány dolgot. Tapasztalatom szerint az eddig felsorolt tulajdonságokat a szakmában időnként összekeverik. Találkoztam kereskedőkkel, de kivitelezőkkel is akik összekeverték a lángállóságot a tűzállósággal, vagy a hőálló kábelt a tűzállóval. Egy-egy ilyen keveredés árajánlat kérésekor, költségvetések készítésekor igen nagy bonyodalmat okozhat, hiszen a megegyező érszámú és keresztmetszetű, de eltérő típusú kábelek ára jelentősen eltér egymástól. Ezért saját idejük kímélése érdekében javaslom, hogy ezen kábelek típusát pontosan határozzák meg a munkák (tervezések) kezdetekor!

Vegyszerekkel szembeni ellenállás

Túlnyomó részt a beszerelt kábelek vegyileg semleges környezetbe kerülnek, kisebb részük szennyeződik olajjal, benzinnel, vagy kerül vegyileg alacsony koncentrációjú területre. A felhasznált anyagok (szigetelések) vegyszerállósságával kapcsolatos kérdések viszonylag kis számban merülnek fel a felhasználás során, ezért nem is igazán felkészültek a kereskedők és a gyártók sem. Válaszok viszont az esetek többségében vannak, csak olyan cégeket kell megkérdezni (vagy katalógusaikat átnézni), akik a speciális kábelek területén "otthon" vannak!
Ami általánosságban elmondható, hogy a felhasznált szigetelők többsége jól ellenáll az általános vegyi anyagoknak. Talán ez is az oka, hogy nem találkoztam olyan anyaggal, amit a vegyi ellenálló képessége miatt használnának csak!

Vízállóság / nyomásállóság

A szigetelő anyagok alapvető tulajdonsága, hogy ne eresszen át, és ne vegyen fel vizet! Ezzel a vízállóság le is lenne tudva. A búvárszivattyú gyártója viszont a készülékéhez szerelendő vezetékre még sem kap írásos vízállósági garanciát minden esetben. Itt ugyan is arról van szó, hogy a gyártás során a szigetelésen milyen számú szigetelési hiányosság léphet fel. Ezt a szabvány írja elő. Természetesen a vízbe merített vezetékek -kábelek esetében a hiányosságok előfordulása sokkal kisebb mértékű lehet, melyet csak pontosabb gyártással képesek elérni. A jó minőségben gyártott szigetelés biztosítja, hogy a kábel nyomásálló legyen.

Ha fokozni szeretném a "feszültséget" most elkezdeném az eddig felsorolt speciális feladatok kombinálását. Mit szólna például magas hőmérsékleten működő vezetékhez (pl.:160 °C), melyre időnként aceton csepeg? A probléma megoldható, de mivel a végtelenségig bonyolíthatnám ezen kérdéseim sorát, nem merülök el benne.

2005 december Fábián János