В 1880г. проведена первая опытная сушка волокнистой изоляции жил под вакуумом.
Следующим шагом, переходным от телеграфных к собственно телефоннымкабелям, явилось предложение содержать кабельные линии с целью защиты от влаги под избыточным давлением не масла, а воздуха или газа. Смысл идеи состоял в том, что при возникновении дефекта уплотнения в месте сращивания труб находящийся под давлением газ будет препятствовать проникновению влаги из атмосферы внутрь трубы.
Идея о применении воздуха явилась решающей ступенью прогресса в области кабелей связи.
Конструкции и технологии 1880-х годов.
В 1882г. была предложена конструкция изоляции жил, частично состоявшей из воздуха, благодаря чему электрическая емкость кабелей несколько уменьшилась. Токопроводящая жила обматывалась по открытой спирали корделем - крученой волокнистой нитью, поверх которой накладывалось также спирально несколько лент из влагонепроницаемой пропитанной каучуковым соком бумаги. Так год 1882-й стал годом рождения современной кордельно-ленточной изоляции.
В 1884г. было предложено оригинальное решение. Внутрь свинцовой трубы с затянутым в нее сердечником вводился расплавленный парафин вместе с газом под давлением. Охлажденный парафин приобретал пористость, что понизило емкость кабеля почти на 15%. В известной мере это был прообраз современной пористой полиэтиленовой изоляции. Автор конструкции снова вернулся к свинцовым трубам, но уже не из чистого металла, а из сплава свинца с цинком, который добавлялся для повышения механической прочности.
В 1880г. из-за помех при одновременном соединении нескольких абонентов было предложено отказаться от однопроводных несимметричных цепей с использованием в качестве обратного провода земли и перейти на симметричные цепи из двух жил. Первая конструкция скрученной двухпроводной цепи была предложена в 1881г., правда осуществлялась не взаимная скрутка, а спиральная обмотка одной жилы другой. Для устранения образующегося при этом неравенства электрических сопротивлений обеих жил предлагалось в местах соединения скрещивать прямолинейную жилу со спиральной. Современная скрутка жил в пары начала применяться с 1882г.
В 1886г. С.Ф.Шелбурн (США) запатентовал оригинальное инженерное решение. Он предложил скручивать одновременно четыре жилы, но составлять цепи не из рядом лежащих, а из противолежащих жил, то есть расположенных по диагоналям образованного в поперечном сечении квадрата. Эффект четверки состоит в том, что без изменения конструкции жил и увеличения расхода материалов только за счет способа скрутки удается получить на 10-15% меньшую емкость, и, следовательно меньший коэффициент ослабления. Рис. стр. 170
Событием в технологии кабельного производства явилось изобретение ивнедрение пресса, позволяющего накладывать свинцовую оболочку на движущийся поступательно сердечник.
Первая конструкция пресса 1879г. оказалась непрактичной. На нем можно было опрессовывать относительно небольшую длину кабеля, на оболочку которой хватало одного слитка свинца. После выдавливания слитка сердечник приходилось разрезать.
В 1880-1881г. были предложены более совершенные конструкции прессов; горизонтального-двухконтейнерного и вертикального-одноконтейнерного, допускающих опрессование целиком строительной длины кабеля с периодическими остановками для загрузки в контейнеры очередного слитка свинца. Эти прессы можно назвать прообразами современных свинцовых и алюминиевых прессов.
Окончательно конструкция свинцового поршневого гидравлического кабельного пресса была усовершенствована и внедрена к 1885г. В начале того же года В. Сименсом была изобретена кабельная броня из стальных лент. На основании вышесказанного можно считать, что именно 1885-й год началом промышленного кабельного производства и одновременно началом эры подземных кабелей, имеющих все необходимые составные части: токопроводящие жилы, изоляцию (независимо от того, из какого она материала), влагозащитную свинцовую оболочку и при необходимости броневой защитный покров.
Конструкции и технологии 1890-х годов
Предложенная в 1882г. изоляция из хлопчатобумажного корделя, воздуха и пропитанной каучуком бумаги привлекла внимание к последней, и на промышленном рынке появилась бумага в виде узких лент. В 1886-1889гг. проводились опыты по применению лент из сухой манильской бумаги, которые накладывались на жилу в виде спиральной обмотки с перекрытием кромок. Наличие герметичной влагонепроницаемой свинцовой оболочки позволило отказаться от пропитки изоляции или введения внутрь кабеля гидрофобного парафинового заполнения. Благодаря усовершенствованию ленто-обмоточных машин стало возможным накладывать бумажную изоляцию на жилу не плотно, а свободно, в виде полой трубки, оставляя между ней и жилой воздушный промежуток.
Первый освинцованный кабель с воздушно-бумажной изоляцией был изготовлен в 1889г., проложен и сдан в эксплуатацию в Нью-Йорке в 1890г. С 1891г. и до середины текущего столетия воздушно-бумажная изоляция в ее различных вариантах была единственным типом изоляции кабелей связи. Не потеряла она своего значения и в наше время.
Успех воздушно-бумажной изоляции, обусловленный тем, что электрическая емкость кабелей уменьшилась втрое, стимулировал поиски различных способов ее наложения на жилу. К 1892г. относится удачная попытка накладывать бумажную ленту не спирально, а продольно и посредством специального улитообразного калибра заворачивать ее вокруг жилы в форме треугольника и скреплять кромки фальцованным швом. В конструкции жилы 1897г. продольно наложенная бумажная трубчатая изоляция формируется посредством обжимного устройства так, что вокруг жилы образуются винтообразные бумажные гофры, центрирующие проволоку. Сразу же вслед за гофрированием изоляция скрепляется нитью, накладываемой по спирали во впадины гофров. Изоляция была названа «баллонной». Технологически сложный способ образования баллонно-бумажной изоляции, скрепленной нитью, не привился.
По аналогичной причине также не был внедрен способ образования баллонно-полиэтиленовой изоляции методом спиральной обмотки ее самоусаживающимся полиэтиленовым корделем. В то же самое время, баллонно-полиэтиленовая изоляция, накладываемая методом экструдирования на жилу полой трубки с последующим образованием на ней периодических поперечных пережимов путем механического сдавливания, прочно укоренилась в конструкции одного из типов современных кабелей связи.
В 1892г. была освоена кордельно-бумажная изоляция. Кордель скручивался не из кабельной пряжи, а из тонкой (толщиной 0,004 мм) бумаги. Поверх открытой спирали из корделя на жилу накладывались в противоположных направлениях две бумажные ленты. Максимальное число цепей в кабелях 1880-х годов было невелико – всего 50. Диаметр токопроводящих жил с первоначального «телеграфного» 0,3-0,4 мм был увеличен до 1-1,5 мм, чтобы обеспечить связь телефонной станции со всеми обслуживаемыми ею абонентами.
Таким образом, к началу ХХ века была создана оригинальная конструкция телефонных кабелей и освоена технология их промышленного производства.
Городские кабели
1.Материалы.
Жилы изготовляют из меди. Но медь-металл дефицитный, а потребность в нем все возрастает. Расход огромный. Поэтому на протяжении многих лет ведутся поиски металла, который бы заменил в кабелях медь.
Кандидат номер один – алюминий. Однако, если заменить медные жилы алюминиевыми такого же диаметра, то в результате этого увеличится наружный диаметр кабеля, что явно нежелательно из-за ограниченного диаметра канала трубопровода, возрастет расход изоляционного и защитных материалов.
Алюминий значительно уступает меди по механическим свойствам: разрывной прочности, пластичности, стойкости к многократным изгибам. Прочность на разрыв мягких алюминиевых проволок втрое, а относительное удлинение вдвое меньше, чем мягких медных. Самый большой недостаток алюминия - сильная подверженность коррозии, особенно в присутствии влаги, которая может попасть в кабель при повреждении оболочки или муфт. В этом случае алюминиевые жилы очень быстро разрушаются.
Алюминиевые сплавы по своим механическим свойствам занимают промежуточное место между медью и алюминием, а по электрическим близки к алюминию.
В последние годы привлекает внимание алюмомедная проволока. Это -алюминиевая проволока, покрытая тонким медным слоем толщиной всего 10-30 микрометров (0,01-0,03 мм). По своим свойствам биметаллическая проволока стоит ближе к меди, чем алюминиевый сплав, однако изготовить ее значительно сложнее. При незначительных дефектах столь тонкого медного покрытия, в присутствии влаги она корродирует еще сильнее, чем алюминиевая.
2.Изоляция
Виды: 1) Трубчато-бумажная
2) Бумаго-массная (Стр.194)
3) Сплошная полиэтиленовая
Хронологически третьим, но, пожалуй, сегодня первым по значимости типом изоляции современных городских телефонных кабелей является сплошнаяполиэтиленовая. Благодаря редкому сочетанию отличных электроизоляционных, физико-механических и химических свойств полиэтилен получил в кабельной технике широкое распространение. Главным среди многих преимуществ полиэтиленовой изоляции перед трубчато-бумажной и бумаго-массной является ее негигроскопичность. Полиэтилен не поглощает влагу. Применение не боящейся увлажнения полиэтиленовой изоляции позволило отказаться от обязательной свинцовой оболочки и заменить ее пластмассовой, также полиэтиленовой. Несмотря на перечисленные выше достоинства полиэтилена, оказалось, что эквивалентная диэлектрическая проницаемость у полиэтиленовой изоляции выше. В результате – увеличение рабочей емкости сплошной полиэтиленовой изоляции по сравнению с воздушно-бумажной и, следовательно, коэффициента ослабления кабелей. Чтобы сохранить рабочую емкость неизменной, приходится несколько увеличивать толщину изоляции и, значит, диаметр кабелей.