Kábelgyártás 1. rész
BEVEZETŐ
Az adatátvitelt és villamos energiát szállító kábelek behálózzák világunkat. Nélkülözhetetlenek az energia szolgáltatás területén a XVIII. század óta, de napjaink informatikai hálózatai sem működnének nélkülük. A kábelek az elmúlt évtizedek során alapjaiban lényegesen nem változtak. Ez alatt elsősorban a réz és alumínium vezetőjű kábeleket értem. Egy kivétel azonban van, az optikai kábel, mely merőben más elven működik mint réz erű híradástechnikai elődeik.
A környező világunknak szerves részét képezik. Megtalálhatóak készülékeinkben, lakásunkban, de sok esetben szélsőséges körülmények között is el kell látniuk feladatukat. A kőolaj szivattyúk mérőszondáit kábeleken eresztik több száz méter mélységbe, ahol a kábelnek jelentős nyomást és hőmérsékletet kell elviselnie, nem beszélve a vegyileg agresszív környezetről. Szigeteket kötnek össze tenger alatti közép- vagy nagyfeszültségű kábelekkel az energiaellátás céljából. Dániában, a tengerparttól néhány kilométerre a tengerbe telepített szélerőművek villamos energiáját ilyen kábeleken szállítják a szárazföldre. Optikai kábelek húzódnak a régi távolsági gerinc telefon hálózatok helyén, de manapság már egyre több helyen felszerelik ezt a korszerű adatátviteli eszközt a nagyfeszültségű kábelhálózatokra is. Tehát úgy tűnik, hogy a közeli jövőben továbbra is igen nagy jelentősége lesz a kábeleknek, és az általuk alkotott rendszereknek. Sajnos annak ellenére, hogy a villamos és számítástechnikai berendezéseink, nem működhetnének kábelek nélkül, igen csak mostohán bánik a szakma eme széles körben használt anyagokkal. Magyarországon a kábelmérnök képzés majd húsz éve megszűnt. Az egyéb villamos ipari közép- és felsőoktatási intézmények is csak általános ismereteket adnak hallgatóiknak a kábelekről. Kevés az információ a kábelekről, nehezen gyűjthető össze, ezért úgy gondoltam, hogy az alapoktól kiindulva megismertetem a kábelek gyártását, felépítését, felhasználását.
Elektromos kábel ereinek gyártása és azok típusai
Itt álljunk meg egy szóra, hogy tisztázzuk a kábel általános felépítését! Az elektromos kábel alapvetően két részből áll: egy elektromos vezető ér, ami többnyire réz vagy alumínium (bizonyos speciális esetekben lehet más is) és erre a vezetőre kerül szigetelés mely napjainkban valamilyen műanyag 1.ábra.
A kábel erek anyaga A kábelek elektromos vezető ereinek anyagát alapvetően három csoportba sorolhatjuk:
A réz a legelterjedtebb villamos vezető. Az alumíniumnál kisebb az elektromos ellenállása és hőtágulása, ezért kedveltebb a felhasználása az ilyen kábeleknek a kivitelezők körében. Az alumínium előállítása bauxitból kilúgozott timföld elektrolízisével történik. A fémolvadékot ezután egalizálják (egyenlősítik), finomítják, majd további megmunkálásra alkalmas tömbökbe öntik. A tömbökből többnyire öntve hengerelt módszerrel úgynevezett 'properzi'-féle alaphuzalt készítenek a kábelipar számára mely hasonlóan a réz alaphuzalhoz 8 mm átmérőjű de esetenként lehet 10 vagy 15mm átmérőjű is. Az alumínium tisztasága minimálisan 99,45% kell hogy legyen. Az alapanyag gyártása során legalább 11 féle szennyezővel kell számolni, melyek közül a Mg és a V jelenléte növeli a legerősebben az alumínium ellenállását. Az egyéb kategóriába többnyire a kompenzációs kábelek erei kerülnek. A kompenzációs kábeleket a hőmérsékletet mérő hőelemekhez használják. A mérés sajátossága, hogy a hőelemhez kapcsolt műszer csak akkor ad valós értéket, ha a műszer és a hőelem közötti kábel ugyanazon anyagból készült mint a hőelem. (Természetesen itt is vannak kivételek!) Tehát ha a méréshez egy NiCr-Ni hőelemet használnak akkor a kábel egyik vezetője NiCr ötvözet míg a másik vezető Ni kell hogy legyen. Ezen a területen felhasználhatnak még Fe, CuNi, Ni, Pt anyagokat is vezetőnek. A kábel erek gyártása A már említett réz vagy alumínium alaphuzalokból, úgynevezett huzalhúzással azaz üregben való többszöri áthúzással készülnek az erek gyártására felhasznált huzalok. Ezek legkisebb átmérője 0,02mm is lehet. A technológiai okokból szükséges lágyítást gyártás közben végzik el. A lágyítás hőmérséklete alumínium húzása esetén 350-450 oC, míg a réznél 300-520 fokC lehetséges. A kábelgyártás szempontjából a huzalok előírt szilárdsága, villamos vezető képessége és felületi minősége a lényeges, a huzalokon többnyire nem alkalmaznak különleges felületkezeléseket, hacsak nem szükséges a réz vezető ónozása. A hidegen húzott huzal úgy készül, hogy az alaphuzalt megfelelően kiképzett, fokozatosan szűkülő nyílású húzószerszám sorozaton húzzák át. A húzószerszám anyaga keményfém, vagy gyémánt lehet 2.ábra. A húzószerszámon áthúzott huzal átmérője lecsökken, hossza eközben nyúlik 2a.ábra.
A kábel ér szerkezeteinek kialakítását elsősorban a felhasználói igények és a gyártási technológia határozza meg. Tömör ereket gyártanak azon kábelekhez, melyek beszerelés után rögzített állapotban fix helyen látják el funkciójukat például a lakásunk falaiban húzódó vezetékek többsége ilyen H07V-U (MCu). Sodrott erekkel azok a termékek készülnek ahol fontos a hajlékonyság, illetve a kábel használata során mozgásnak, rázkódásnak van kitéve. Ezek közé tartozik a H05VV-F (MT) mellyel a háztartási gépeink vannak csatlakoztatva a fali konnektorhoz.
Tömör ereket a többnyire a kis keresztmetszetű kábelekben alkalmaznak. A hazai gyakorlat szerint alumínium kábeleket 16 vagy 25mm2 keresztmetszetig tömör, az attól nagyobb ereket sodrott kivitelűre gyártják (Pl.: SZAMKAM kábel 4x16 - 4x240). A német gyártók viszont a teljes méretsort tömör kivitelben készítik (Pl.: NAYY 4x16-4x240). Természetesen a kis keresztmetszetű kábeleket is gyártják sodrott kivitelbe (mint ahogy azt már említettem). Ennek oka a megfelelő hajlékonyság elérése. De míg az előbb említett példában az erek sodratai 1-2 mm átmérőjű huzalokat tartalmaztak, addig a hajlékony kábelek erei 0,05mm - 0,6mm átmérőjű huzalokból épülnek fel. Ezeket az ereket építik be a hajlékony PVC, gumi, vagy poliuretán szigeteléssel ellátott kábelekbe. Hogy átláthatóbb legyen a kábel erek sodrataira vonatkozó adathalmaz, szabványosították azt. A DIN VDE 0295, IEC 60228 és HD 383 szerint a gyakran használt szerkezeteket táblázatba foglalták, ahol megkülönböztetnek különböző finomsági osztályokat. A leggyakrabban használt finomsági osztályok:
Egy példán keresztül világítsuk meg hogy mi is a különbség az egyes osztályok között. Vegyünk egy 6mm2 keresztmetszetű réz kábel eret, és vizsgáljuk meg milyen elemi szálakból épül fel ez a keresztmetszet az egyes osztályokban:
Látható, hogy még Class1 egy darab huzalból áll, addig a Class6 csoportban ugyan ez a keresztmetszet 192 db huzalból lett felépítve. Természetesen a szabványa az itt említett finomsági osztályokon kívül még tartalmaz egyéb szerkezeteket is, sőt a gyártók a szabványtól eltérő felépítéseket is kialakíthatnak. Az erek névleges mérete mindig szerepel a kábel jelölésében pl.: H07V-U 1x6 . Esetünkben egy egyerű és 6mm2 keresztmetszetű kábelről van szó. De mint minden szabvány, az ide vonatkozó is megenged tűréseket. A kábelgyártás gépei az elmúlt évtizedekben egyre korszerűbbek lettek, egyre pontosabban dolgoznak. Mivel a mai korszerű berendezések gyártási méretszórása sokkal kisebb mint a szabvány által megengedett, így a gyártók többsége el tudja készíteni az ereket a megengedett tűrésmező aljára. Azaz, ha valaki veszi a fáradságot és megméri egy 240mm2 névleges keresztmetszetű kábel keresztmetszetét, szinte biztos hogy a névleges értéknél kisebb, de a szabvány által még megengedhető értéket fog kapni.
Az erek keresztmetszetét mm2-ben adjuk meg. Léteznek ettől eltérő megadási módok is. Az 1970-es években megjelenő szakirodalomban még komoly táblázatok foglalkoztak a különféle keresztmetszet megadási módok közötti átszámítással azaz AWG (American Wire Gauge), B&S (Brown & Sharpe) és SWG (British Standard Wire Gauge). Manapság már csak az AWG megadási móddal találkozhatunk, az amerikaiak ugyanis hűségesek az általuk kialakított rendszerhez, és nincs különösebb törekvésnek jele, hogy a világon egységesítenék e rendszert. A tisztánlátás kedvéért egy példa hogy hol is találkozhatunk AWG keresztmetszet megadásával: UTP 4x2xAWG24 . Ugye így már ismerősebb. UTP és FTP informatikai hálózatokhoz használatos kábelek jelölésénél találkozhatunk a leggyakrabban vele. A kábel ereinek száma 4x2 azaz 8 (ezt a belső speciális felépítés miatt jelölik így) az erek keresztmetszete pedig AWG24, ami megegyezik a 0,51mm átmérőjű (0,2047 mm2 keresztmetszetű) réz vezetővel. A sodrott erek mechanikai tulajdonságai Többször felmerült a kérdés, hogy mi az oka annak, hogy az erek sodrottak? A párhuzamosan nyalábbá összefogott huzalokkal szemben a sodrott, csavarvonal mentén futó szálakban a kábel hajlításakor kiegyenlítodnek a húzó- és nyomóhatások. Ezért egyrészt hajlékonyabb lesz a kábel, másrészt nem lépnek fel maradó alakváltozások és az ismételt hajtogatási igénybevételeket is sérülés nélkül elviseli. Az X hosszúságú mintában az ereket párhuzamosan összefogva majd meghajlítva a huzalok megtartják eredeti hosszukat, mely eredményeként a felső szálak az S1-S2 síkok közé behúzódnak, az alsó szálak pedig kilépnek a két sík határolta térbol. Amennyiben ez egy nagy hosszúságú kábel része lenne, az erek viselkedését úgy kellene vizsgálnunk mint az L1 és L2 szakaszokat, azaz a felső huzalokban húzó, míg az alsókban zömítő igénybevételek lépnek fel. Ezek az igénybevételek akkorák is lehetnének hogy kábel törését eredményeznék. Ilyen felépítésű szerkezeteket ezért nem gyártanak.
Tovább a II.-es számú cikkhez
|
Gyorslinkek
Szolgáltatások
Kiszállítást biztosítunk minden partnerünk részére, melynek díjazásáról érdeklődjön értékesítő kollégáinknál.
Kollégáink több éves szakmai háttérrel segítenek Önnek a megfelelő kábel kiválasztásában.
Telekommunikációs, kábelTV, informatikai és optikai hálózatok tervezése, kivitelezése, karbantartása.