Производство различных кабельных изделий и проводов является перспективной и ключевой областью промышленности. Ассортимент кабельной продукции очень большой. Широко используемыми являются медные и алюминиевые провода с изоляцией из поливинилхлорида пластиката (ПВХП), полиэтиленов низкой плотности (ПЭНП), полиэтиленов высокой плотности (ПЭВП), резины и пластмассы. Главным критерием при производстве проводов и кабелей является высокое качество. Постоянство геометрических и электрических параметров по всей длине кабелей и проводов определяет его качество. Эти параметры нормируются государственными стандартами и техническими условиями. К геометрическим параметрам проводов относятся: диаметры жилы и изоляции, толщина нанесенной изоляции, эксцентриситет, длина электрического провода.
К электрическим параметрам проводов относятся электрическое сопротивление жилы, сопротивление изоляции, емкость, индуктивность, волновое сопротивление провода, электрическая прочность изоляции.
Существует большое количество приборов контроля и измерения геометрических и электрических параметров провода. Количество используемых приборов контроля в технологической линии может изменяться. Все зависит от разнообразия выпускаемой продукции и от возможности предприятия. Но нет необходимости использовать все приборы для контроля каждого параметра. Некоторые приборы позволяют контролировать несколько параметров, поэтому экономически целесообразно использовать такие приборы.
Геометрические и электрические параметры взаимосвязаны. Наличие дефекта жилы или изоляции изменяет не только геометрические параметры, но и электрические параметры (сопротивление жилы и изоляции, емкость).
Изменение емкости может свидетельствовать о наличие дефекта изоляции провода. Также значение емкости является важным параметром для кабелей связи и коаксиальных кабелей.
На рисунке 1 показана типовая технологическая схема экструзионной линии. Сам процесс можно описать следующим образом. Неизолированный провод разматывается с отдающего устройства 1, проходит через выравнивающее и подогревающее устройство 2. Неизолированный провод нагревается до температуры 1 00-150 0С. Это необходимо, чтобы оградить продукт от возникновения воздушных включений. Затем провод вводится в головку экструдера 3. Через экструдер расплавленные гранулы пластмассы поступают через кольцевой зазор и равномерно покрывают провод. После, покрытый изоляцией провод охлаждается в ванне 4. Скорость движения провода по экструзионной линии равна 30-60 м/с. Длина охлаждающей ванны должна быть большой, чтобы провод успевал охладиться до 70°С. Слишком медленное остывание провода может привести к дефектам изоляции или смещению жилы. Непрерывное движение провода в экструзионной линии обеспечивает тяговое устройство 5. Готовое изделие наматывается на приёмное устройство 6.
Рисунок 1 – Схема типовой экструзионной линии. 1 – отдающее устройство, 2 – выравнивающее устройство и устройство подогрева, 3 – экструдер, 4 – ванны охлаждения, 5 – тяговое устройство, 6 – приёмное устройство.
Параметры качества проводов
Для того чтобы определить качество кабельных изделий существуют государственные стандарты или технические условия предприятий.
Государственные стандарты и технические условия разрабатываются с учетом назначения и спецификой каждой марки кабельно-проводникового изделия:
- Требования к жилам медных и алюминиевых кабелей, проводов и шнуров определяется ГОСТом 22483-77.
- Требования к нормам толщин изоляции, оболочек и испытания напряжением определяется ГОСТом 23286-78.
- Метод измерения электрической емкости определяется ГОСТом 27893-88.
- По ГОСТ 1508-78 кабельно-проводниковые изделия должны удовлетворять следующим параметрам качества: номинальное сечение жилы, толщина изоляции, эксцентриситет, длина кабельного изделия.
- Так же провода должны выдержать испытание напряжением по ГОСТ 2990-78.
В процессе изготовления кабельно-проводниковой продукции контролируются следующие конструктивно-технологические параметры:
- диаметр провода;
- толщина изоляции;
- эксцентриситет;
- электрическая прочность изоляции;
- длина провода;
Кроме этих параметров, в ряде случаев контролируют электрическую емкость провода. Это необходимо для телефонных, шахтных, высокочастотных, коаксиальных кабелей и кабелей связи. Для этих кабелей, стандарт электрической емкости устанавливается техническими условиями.
Диаметр проволоки определяется по ГОСТ 22483-77. По ГОСТ выделяют 6 классов медных и алюминиевых жил. Для кабелей и проводов стационарной прокладки используются жилы 1 и 2 классов. Для кабелей и проводов повышенной гибкости используются жилы 3-6 классов. Жилы могут быть круглыми или фасонными (К и Ф), уплотненными или неуплотненными. Алюминиевые жилы бывают с металлическим покрытием (МП) или без металлического покрытия (БМП). Медные жилы с круглым сечением могут быть сечением до 150 мм, а алюминиевые жилы с круглым сечением могут быть сечением до 300 мм . В таблице 1 приведен пример из ГОСТ 22483-77.
Таблица 1 – Медные жилы класса 6.
| Номинальное сечение 2 жилы, мм2 | Диаметр проволоки, мм, не более | Электрическое сопротивление постоянному току 1 км круглой жилы при 20°С, Ом, не более | |
| нелуженой | луженой | ||
| 0,03 | 0,06 | 669,8 | 671,5 |
| 0,05 | 0,06 | 390,9 | 397,9 |
| 0,12 | 0,09 | 174,4 | 174,8 |
Толщина изоляции для круглого провода определяется как половина разности между диаметром провода и диаметром жилы. Для кабелей и проводов применяют резиновую, пластмассовую, пропитанную бумажную изоляция.
При наименовании материала изоляции и оболочки добавляются индексы: р. – для резины, п. – для пластмассы.
Резиновая изоляция изготавливается на основе натуральных или синтетических каучуков. Согласно ГОСТ используются следующие типы изоляционных резин: РТП-0, РТИ-1, РТИ-2, РНИ.
Поливинилхлорид пластификат (ПВХП) изоляция представляет собой смеси из поливинилхлорида с пластификаторами, стабилизаторами, которые придают эластичность. ПВХП общего применения обозначаются: И40, И45, И50, И60. ПВХП пониженной горючести обозначаются НГП 40-32 и НГП 30-32.
Полиэтиленовая изоляция изготавливается из полиэтиленов низкой плотности (ПЭНП) и полиэтиленов высокой плотности (ПЭВП). ПЭНП обозначаются трехзначными цифрами начинающиеся с единицы: 102, 107 и т.д. ПЭВП начинаются с цифр: 204, 206, 207 и т.д.
Изоляция из фторопласта (политетрафторэтилена), сокращенно Ф-4, обладает высокими механическими и диэлектрическими свойствами.
Толщина изоляции определяется ГОСТом 23286-78. Главным требованием для изоляций кабельно-проводниковых является номинальное напряжение.
Изоляция проводов согласно ГОСТ 23286-78 делится на 6 категории:
- И-1 – кабели и провода в защитном покрове, рассчитанных до 220В переменного напряжения или до 700В постоянного напряжения;
- И-2 – кабели и провода без защитного покрова, рассчитанных до 220В переменного напряжения или до 700В постоянного напряжения;
- И-3 – кабели и провода в защитном покрове, рассчитанных от 220В до 400В переменного напряжения или от 700 до 1000В постоянного напряжения;
- И-4 – кабели и провода без защитного покрова, рассчитанных от 220В до 400В переменного напряжения или от 700 до 1000В постоянного напряжения;
- И-5 – кабели и провода, рассчитанных от 400В до 1800В переменного напряжения или от 1000 до 6000В постоянного напряжения;
- И-6 – кабели и провода, рассчитанных на переменное напряжение 3600В.
В таблице 2 приведены примеры нормы толщины пластмассовой изоляции.
Таблица 2 – Нормы толщины пластмассовой изоляции
| Номинальное сечение жил, мм2 | Номинальная толщина пластмассовой изоляции, мм, для категорий | |||||
| Ип-1 | Ип-2 | Ип-3 | Ип-4 | Ип-5 | Ип-6 | |
| 0,35 | 0,5 | 0,6 | 0,6 | 0,7 | – | – |
| 10,0 | 0,8 | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 2,2 | 3,0 |
| 25,0 | 1,0 | 1,2 | 1,2 | 1,4 | 2,2 | 3,0 |
Эксцентриситет – это смещение центра жилы относительно центра изолированной жилы (рисунок 2). Коэффициент эксцентриситета жилы должен определяться из значений эксцентриситета изоляции и радиуса изолируемой жилы.
Рисунок 2 – Эксцентриситет жилы, где е – смещение центра жилы от центра изоляции в мм. R – Радиус изолируемой жилы в мм.
Электрическая прочность изоляции проверяется повышенным напряжением. Величина напряжения зависит от требования стандартов и технических условий на кабельное изделие. По ГОСТ 23286-78 в зависимости от назначения кабельных изделий, испытания разделяются на следующие категории:
- ЭИ-1 – испытание изоляции жил, длительным переменным напряжением частоты 50 Гц.
- ЭИ-2 – испытание изоляции жил, переменным напряжением частотой от 50 Гц до 5 кГц на проход.
В таблице 3 приведены значения испытательного напряжения.
Таблица 3 – Нормы испытательных напряжений по категории «ЭИ-2»
| Номинальная толщина изоляции, мм | Пиковое значение испытательного напряжения, кВ | |
| Резиновая изоляция | Пластмассовая изоляция | |
| 0,60 | 6 | 12 |
| 0,70 | 7 | 14 |
| 0,80 | 8 | 16 |
| 2,00 | 20 | 28 |
| 3,00 | 30 | 38 |
Длина кабельных изделий должна измеряться с погрешностью не более 1 %, поскольку погрешность влияет на денежные расчеты. Измерение должно проводиться в процессе производства провода. Для измерения длины применяются автоматические и автоматизированные системы со встроенными счетчиками оборотов. Их инструментальная погрешность должна быть не более 1 % + 1 единица счета.
Обзор существующих методов контроля качества проводов
Измерители диаметра провода
Существует множество измерители диаметра проводниковых изделий, которые можно разделить на контактные и бесконтактные. К контактным методам относятся датчики перемещения и микрометры. К бесконтактным методам относятся ультразвуковые, пневматические и оптические приборы. В кабельной промышленности нашли широкое применение оптические измерители диаметра, и основной обзор будет посвящен им.
Контактные методы измерения диаметра
Измерители диаметра построены на обыкновенных механических датчиках перемещения и контактных микрометрах. Датчик измерения диаметра работают на основе подвижного щупа, который соприкасается с измеряемым объектом. При увеличении или уменьшении диаметра провода щуп меняет свое положение. Изменение положения фиксируется микрометром или датчиком перемещения. Информация с микрометра или датчика преобразуется и выводится на табло или шкалу. Схема контактного измерителя показана на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема измерителя контактным способом. 1 – измеряемый объект, 2 – чувствительные детали, 3 – преобразователь, 4 – вторичный
электронный прибор, 5 – наводящее или фиксирующее устройство.
В основном в качестве преобразователей применяются электрические, оптика – механические, механические и пневматические датчики. Главным недостатком подобных измерителей можно отметить механический контакт с самим проводом, что является причиной стирания трущихся поверхностей и деформации изолирующего покрытия.
Оптические методы измерения (бесконтактные методы)
Широко применяемый вид бесконтактного измерения диаметра объекта это – оптикоэлектронные приборы, в которых применяются кодированные шкалы оптического вида, интерференционные методы, амплитудная и импульсная модуляция, в основе которых применение точечных излучателей, фотоприемников, микроэлектроники и микроконтроллеров.
В данном разделе приведены четыре основных оптических метода измерения. К ним относятся: метод измерения мощности излучения, сканирующий метод измерения, теневой метод в параллельном пучке, теневой метод в расходящемся пучке. Оптические способы отличаются от остальных методов высокой скоростью измерения, незначительной погрешностью, устойчивостью к помехам. Дают возможность работать бесконтактным путем для получения данных. Однако каждый метод имеет немаловажные различия, создающие ограничения в области применения.
Метод измерения мощности излучения
Данный метод основан на измерении мощности излучения. Измеряемый проводник находится в рабочей зоне между излучателем и воспринимаемым фотоприемником. Как представлено на рисунке 4, измеряемый проводник проходит между излучателем и приёмником (рабочая зона). Параллельный световой луч проходит через рабочею зону. Провод, в зависимости от диаметра, частично перекрывает световой луч и убавляет силу излучения. В фотоприемник поступает измененный поток излучения. Затем полученный измененный поток мощности излучения пересчитывается в диаметр измеряемого объекта.
Рисунок 4 – Схема измерения мощности
Основную погрешность измерения вносит источник стабильного излучения и фотоприёмник. Со временем мощности излучения излучателя падает, а чувствительность фотоприемника становится меньше.
Сканирующий метод измерения
В данном методе измеряется длительность импульса фотоприемника. С помощью лазера и равномерно вращающегося шестигранного зеркала создается тонкий луч. Луч вращается с постоянной скоростью V в зоне измерения шириной W. Луч, пересекая измеряемый провод, прерывается. На фотоприемники принимающим излучение, появляется импульс длиной t. Длительность импульса равна времени t движения луча в поперечном сечении кабеля. Измеряя длительность импульса, мы можем определить диаметр провода D по формуле 2.1.
Рисунок 5. Оптическая схема сканирующего метода.
D = L W , где D – диаметр провода; Т – период сканирования рабочей зоны; t – длительность импульса.
Расчеты в данном соотношении будут правильны только при условии, что v будет равен нулю, потому что время t зависит от скорости передвигаемого измеряемого изделия v.
При v=0, то есть вероятность возрастания погрешности при сильных вибрациях, по этой причине важно дополнительная стабилизация проволоки.
Преимуществами этих приборов является широкий диапазон измерения, высокая скорость сканирования и низкая погрешность.
Большой недостаток этих приборов — это их стоимость, так как детали этих приборов нуждаются в высококачественных материалах.
Теневой метод в параллельном пучке измерения
На сегодняшний день это самый распространённый метод измерения диаметра. Его оптическая схема показана на рисунке 2.4. Светодиод (точечный излучатель) с помощью коллиматора создает в рабочей зоне, параллельный пучок света. Через рабочею зону горизонтально движется провод. Провод, проходя через параллельный пучок света, отбрасывает тень, которая падает на многоэлементный фотоприемник. Ячейки фотоприёмника находятся вертикально по линии. Для нахождения диаметра провода D, надо количество затемненных ячеек фотоприемника п, умножить на длину одной ячейки l по формуле:
D = n • l
Линейки фотоприёмников имеют размер ячейки l в диапазоне от 1,5 до 60 микрометров (мкм). Точность измерения таких фотоприёмников очень высокая. Источником излучения в данном методе являются лампы накаливания, полупроводниковый лазерный модуль или светоизлучающий диод. Но предпочтение отдается лазерному модулю, так как она приближена к точечному источнику излучения.
Рисунок 6. Теневой метод измерения диаметра
Коллиматор преобразует луч в параллельный пучок от точечного источника света. Небезупречная система оптического коллиматора дает главную погрешность рассматриваемого метода. Свет отличается от параллельного, что приводит к неточности измерения в рабочей зоне. Ширина апертуры коллиматора зависит от зоны измерения, а увеличение самой апертуры, даже несмотря на используемую линейку фотоприемника с малым размером, умножает ошибки на результат измерения.
Данный метод используется при измерении в диапазоне от 1 до 35 мм. В современных однокоординатных, двухкоординатных и трехкоординатных оптических приборах применяется данный метод. Этот метод наиболее надежен и выгоден от предыдущих вариантов и отличается отсутствием различных подвижных механических элементов.
Теневой метод в расходящемся пучке
Принцип работы схож с методом измерения в параллельном пучке света. Отличие в том, что здесь нету коллиматора, который преобразует точечный источник света в параллельный. На рисунке 7 показана оптическая схема измерителя.
В данном измерителе применяется два источника точечного света, которые светят расходящимся пучком света на фотоприёмную линейку. Точечный свет создается полупроводниковыми лазерами.
При перемещении провода в зоне измерения, размер его тени меняется. Перемещения тени провода можно отследить, если перпендикулярно одному измерительному каналу поставить другой идентичный первому. В методе применяются два измерительных канала, оси, которых X и Y взаимно перпендикулярны. У каждого канала свой точеный излучатель и фотоприемник. Точечный излучатель создает расходящийся световой поток. Фотоприемники «X» и «Y» фиксируют границы и измеряют тени провода. Микроконтроллер рассчитывает координаты этих границ в плоскостях приемников.
Рисунок 7. Теневой метод в расходящемся пучке. Двухкоординатная система. Здесь Bx0 и By0 являются началом координат, «нулевые» ячейки приемников. Hx и Hy расстояния от центра излучателя до приемника по прямой. Hx0 и Hy0 расстояние от центра излучателя до центра рабочей зоны.
Изученные приборы делятся по числу осей измерения на однокоординатные, двухкоординатные и трехкоординатные. Приборы измерения диаметра ставят после охлаждающей ванны.
Измеритель диаметра НПК “Интеграл” на производственной линии
Основными производителями измерителей диаметра являются зарубежные фирмы «Sikora», «Proton Products Group», «Zumbach». В России наиболее качественные приборы выпускаются Научно-производственной компанией “Интеграл”, другие российские производители в своей совокупности уступают приборам НПК “Интеграл” по точности, степени защиты, ремонтопригодности, возможности работать в условиях сильной вибрации, задымленности и пыли.
В таблице 4 приведены сравнительные характеристики измерителей диаметра НПК Интеграл модели D36 и аналога компании SIKORA.
Таблица 4. Сравнение измерителей диаметра НПК “Интеграл” и SIKORA
Измерители толщины изоляции
Контроль толщины изоляции кабельно-проводникового изделия уменьшает расход материалов на нанесение изоляции. Уменьшение расхода материалов, увеличивает объем производимой продукции.
На сегодняшний день существует три метода контроля и измерения толщины изоляции: Это емкостный, оптический и ультразвуковой метод.
Емкостной (контактный) метод измерения толщины.
Автоматические емкостные измерители откликаются на отклонение емкости при контроле толщины изоляционного материала в проводах, толщины изоляционной оболочки и центра токоведущей жилы.
Емкостный преобразователь измерителя толщины изоляции схематично показан на рисунке 8. Как видно на изображении проводник состоит из изоляционного покрытия 2 и токопроводящей жилы 1. С двух сторон, в противоположных точках поперечного сечения, к проводу соприкасаются электроды 3 и 4.
Рисунок 8. Емкостный преобразователь
Тут пластины, при токопроводящей жиле, образуют конденсаторы. При изменении толщины изоляции, меняется емкость датчиков. Изменение регистрируется при помощи электронных схем: мостовых, дифференциальных, частотных, амплитудных и т.д. Самые надежные и простые приборы основаны на дифференциальном и мостовом методах контроля.
Недостатками этих приборов является:
- невысокая точность измерения, которая сильно заметна при измерении малых толщин изоляции;
- необходимость подачи на контролируемую жилу токи высокой частоты;
- зависимость значения измерений от присутствия на поверхности измеряемого проводника остатков масла, влаги и других веществ.
Ультразвуковой метод измерения толщины
Ультразвуковым способом можно измерять не только внешний диаметр проводниковой продукции, но и также толщину изоляции и эксцентричность. Принцип работы заключается в том, что процессор посылает импульс пьезоэлектрическому датчику (рисунок 9). Датчик изучает звуковые волны. Когда эти звуковые волны переходят из одной области в другую, например, из
воды в полимер, к пьезоэлектрическому преобразователю поступает часть энергии этих волн. При этом волны отражаются как от наружного, так и от внутреннего слоя. В результате на приемный датчик поступает две отраженные волны – эхо 1 и эхо 2. Следовательно, толщину изоляции д рассчитывается по формуле v -At, где v – скорость распространения звука в материале; At – время между эхами.
Рисунок 9. Измерение толщины изоляции с помощью ультразвука
Недостатком этих приборов, является то, что измерение можно проводить только в воде. Также необходимо калибровать прибор, при переходе на новый тип материала изоляции. Ультразвуковые приборы дороже, чем оптические или емкостные приборы.
Оптический метод измерения толщины
Измерение толщины изоляции оптическим методом, основаны на измерение разности диаметра. Первая измерительная головка устанавливается перед экструдером и измеряет диаметр жилы провода (D1), вторая головка устанавливается после экструдера и измеряет уже диаметр провода с изоляцией (D2) (рисунок 10).
Рисунок 10. Измерение толщины оптическим методом
В таблице 5 приведены краткие характеристики приборов измерения толщины изоляции.
Таблица 5 – Приборы измерения толщины изоляции
| Фирма | Наименование модели | Измеряемые диаметры (мм) | Точность измерения (мкм) |
| «Zumbach» | UMAC R40 | 1,5-40 | ±1 |
| UMAC A10 | 1-10 | ±1 | |
| «Sikora» | CENTERVIEW 8025 | 0,5-25 | ±1 |
| НПК «Интеграл» | ИНТ-40 | 1-40 | ±1 |
Измерители эксцентриситета
Эксцентриситет приводит к уменьшению толщины изоляции на отдельных участках провода. Уменьшение эксцентриситета приводит к снижению электрической прочности провода. Существуют два метода измерения эксцентриситета: контактные и бесконтактные.
В контактных измерениях используется вихретоковый метод, а в бесконтактных рентгеновский и индуктивно-оптический метод.
Вихретоковый метод измерения эксцентриситета
Принцип работы вихретокового способа основан на применении резонансных вихретоковых датчиков, которые определяют расстояние от изоляционного покрытия до токоведущей жилы. Датчики устанавливаются в паре (1-3, 2-4), по разные стороны от проверяемого кабеля и прижимаются к поверхности изоляции (рисунок 11). Когда центр жилы совпадает с центром провода, то показания датчиков одинаковы и разность равна нулю. В случае смещения центров, разность сигналов, исходящих от датчиков, будет равна отклонению эксцентричности жилы от центра контрольной системы. Ось измерения в итоге зависит от разности сигналов.
Для определения направления смещения жилы применяются две пары индуктивных датчиков. Измерительные оси каждой пары: ось 1-3 и ось 2-4 расположены под углом 900 друг к другу (рисунок 12). Полная величина эксцентриситета рассчитывается как векторная сумма значений, измеренная по осям 1-3 и 2-4.
Рисунок 11. Схема вихревого метод измерения эксцентричности
Рисунок 12. Расположение датчиков в измерительной оси
Вихретоковую измерительную систему можно применять на экструзионных машинах после охлаждающих ванн, где изоляция выходит с необходимой жесткостью. К тому же при применении данного аппарата после охлаждения водой должна соблюдаться хорошая осушка проводника, потому, что остаточная влага на поверхности влияет на точность показаний контроля качества.
Индуктивно-оптический метод измерения эксцентриситета
Суть индуктивно-оптического измерения основана на определении разности положения оптического центра провода и центра жилы. Оптический центр провода находится при помощи двухкоординатной оптической системой. Центр токоведущей жилы определяется индуктивными датчиками.
Провод проходит через кольцо магнитопровода, по обмотке, которой протекает переменный ток. В жиле провода индуцируется переменный электрический ток, который создает вокруг провода переменное магнитное поле. Магнитное поле провода наводит эдс в секциях измерительных обмоток. Суммарные эдс измерительных обмоток каждой из систем преобразователей функционально связаны со значениями поперечных смещений проводника. В результате, получаем информацию о положении центра токоведущей жилы. Эксцентриситет вычисляются как разность смещения центра токоведущей жилы относительно оптического центра провода. На рисунке 13 изображена конструкция применяемого метода индуктивно-оптического контрольного преобразователя.
Рисунок 13. Индуктивно-оптический измерительный преобразователь. Здесь w1 – токоведущая жила (обмотка возбуждения), w21, w22 – измерительные секции, ИОИ –
источник оптического излучения, ИН – индуктор, ФП – фотоприемник.
В таблице 6 приведены краткие характеристики приборов измерения эксцентриситета.
Таблица 6 – Приборы измерения эксцентриситета
| Фирма | Наименование и метод измерения | Наружный диаметр (мм) | Диапазон измерения эксцентриситета (мм) | Точность измерения (мкм) |
| «Zumbach» | METREX A4 вихретоковый | 0,3-10 | 0-1 | – |
| RAYEX 160 рентгеновский | 110 | – | – | |
| «Sikora» | X-RAY 2000
Рентгеновский |
120 | – | ±20 |
| CENTERVIEW 2025 Индуктивнооптический | 0,5-25 | 0-1 | ±5 | |
| НПК «Интеграл» | E-25 | 0,5 – 20 | 0-1 | ±5 |
| E-50 | 1 – 50 | 0-1 | ±7,5 | |
| E-80 | 5 – 80 | 0-1 | ±10 |
Измеритель эксцентриситета НПК “Интеграл” на производственной линии
Контроль электрической прочности изоляции
Электрическая прочность изоляции контролируется с помощью приложения повышенного напряжения к изоляции провода при заземленной токоведущей жиле. При попадании дефектного участка изоляции провода в зону контроля, происходит пробой изоляции. Пробой фиксируется электроискровым дефектоскопом. Качественная изоляция при попадании в зону контроля не повреждается.
В технологической линии применяют контроль по категории ЭИ-2, то есть «на проход». Величина испытательного напряжения устанавливается в соответствии с ГОСТ 23286-78.
Приборы контроля по категории ЭИ-2 принято называть аппаратами сухих испытаний (АСИ).
Для проверки изоляции на пробой подают постоянное, импульсное, синусоидальное напряжение промышленной частоты (50-60 Гц) и синусоидальное напряжение звуковой частоты (100-1000 Гц).
Высоковольтные испытательные приборы можно разделить на: приборы с напряжением промышленной частоты (ПЧ), приборы с напряжением звуковой частоты (ЗАСИ), приборы с импульсным напряжением (ИАСИ).
Приборы (ПЧ) используются на технологических линиях со средними скоростями движения провода, не больше 500 м/мин. Преимуществами этих приборов являются низкие токи через изоляцию, малая мощность потребления, высокая амплитуда напряжения. Недостатками этих приборов являются их габаритные размеры и масса.
Приборы (ЗАСИ) используются на технологических линиях с высокими скоростями движения провода, до 3000 м/мин. Достоинством этих приборов является высокая скорость контроля и малые габаритные размеры. Недостатком этих приборов является большой емкостной ток через контролируемую изоляцию, что ставит ограничения на испытательное напряжение.
Приборы (ИАСИ) используются на технологических линиях с низкими скоростями движения провода, до 200 м/мин. Достоинством этих приборов является высокое испытательное напряжение, способность контроля изоляции с высокими диэлектрическими потерями. Сопротивление таких материалов изоляции не превышает 5 МОм. Недостатками этих приборов является низкая скорость контроля.
В таблице 7 приведены основные характеристики типов высоковольтных испытателей. В таблице 8 рассмотрены приборы высоковольтных испытаний.
Таблица 7 – Типы высоковольтных испытателей
| Тип | Напряжение, кВ | Рабочая частота, кГц | Емкость нагрузки, пФ | Сопротивление нагрузки, МОм | Потребляемая мощность, Вт |
| ПЧ | 1-50 | 0,05 | 300 | 5 | 50-100 |
| ЗАСИ | 1-30 | 1-6 | 300 | 20 | 100-200 |
| ИАСИ | 6-50 | 0,05-0,1 | 300 | 3 | 50-100 |
Таблица 8 – Характеристики приборов высоковольтных испытании
| Наименование прибора | Форма и частота напряжения, Гц | Диапазон испытательного напряжения, кВ | Допустимый диаметр провода, мм | Допустимая скорость движения, м/мин |
| ASTL «Zumbach» | 50/60 | 15 / 25 | 50 | 240 |
| DST «Zumbach» | Постоянное | 10 / 25 | 12 |
3000 |
| HP 300-CENE «Sikora» | Импульсное 300 | 1,5-25 | 0,2-40 | – |
| HP 300-UL “Sikora» | Синусоида 2000 | 0,5-15 | а) 0,1-10
б) 0,5-30 |
– |
| ЗАСИ 40-ЭУ НПК “Интеграл” | Синусоида 500-2000 | 1-40 | 70 | 300 |
Измерители длины
Измерители длины кабельных изделий, в зависимости от вида преобразователя можно разделить на контактные и бесконтактные. К контактным методам измерения относятся электромеханические измерители. К бесконтактному методу относятся фото импульсные, приборы с магнитными метками и приборы, основанные на эффекте Доплера.
Электромеханические измерители длины
Эти приборы работают следующим образом. Через измерительный ролик 1, свободно вращаемый на оси, постоянно движется провод 2. Провод прижимается к измерительному ролику прижимным роликом 5. Вращение измерительного ролика регистрируют два индуктивных датчика 3 и 4. Индуктивные датчики жестко связаны с измерительным роликом, которые выдают заданное количество импульсов за один оборот ролика. На рисунке 14 показана конструкция электромеханического измерителя длины.
Рисунок 14. Электромеханический измеритель длины
В качестве импульсных датчиков используются индуктивные, электромагнитные, фотоэлектрические устройства. Достоинством электромеханических измерителей длины является их простота и дешевизна. Недостатком этих приборов является проскальзывание между роликом и проводом.
Метод использования магнитных меток
Этот метод целесообразно использовать для измерения хрупких проводников, таких как оптоволокно. Также этот метод используется для измерения длины стальных канатов. Принцип измерения длины и скорости заключается в нанесении на движущееся изделие импульсным электромагнитом магнитных меток, считывании этих меток происходит на фиксированном расстоянии магнитным преобразователем. Структурная схема показана на рисунке 15.
Рисунок 15. Измерение длины с помощью метода магнитных меток. Здесь БИП – блок измерительных преобразователей; СТГ – стирающая головка; ЗГ – записывающая головка; СЧГ – считывающая головка; wi – обмотка возбуждения; W2 – измерительная обмотка; ЭБ – электронный блок; Г – генератор; САПФ – схема амплитуднофазового преобразования; СУ – сравнивающее устройство; ОВ – одновибратор; УМ – усилитель мощности; МК – микроконтроллер; БВ – блок ввода; БИ – блок индикации; БИУ – блок исполнительных устройств
Измеритель содержит два основных блока: блок измерительных преобразователей (БИП) с записывающей (ЗГ), считывающей (СЧГ) и стирающей (СТГ) головкой и электронный блок (ЭБ), осуществляющий формирование сигналов для функционирования головок и преобразование сигналов.
Провод движется по линии с некоторым зазором относительно стирающей, записывающей и считывающей головок. Стирающей головкой, формируется убывающее по амплитуде переменное магнитное поле. Этим полем осуществляется предварительное размагничивание движущегося провода. Записывающей головкой, осуществляется нанесение на провод магнитных меток. Считывающей головкой, осуществляется считывание нанесенных меток. Длина провода рассчитывается путем умножения числа посчитанных меток на базовое расстояние.
Метод лазерных Доплеровских измерителей скорости и длины (ЛДИСД)
Принцип работы состоит в следующем. Точечный свет разделяется светоделительной призмой на два лазерных луча. Два лазерных луча на поверхности провода создают интерференционную картину с периодом d. На рисунке 16 показана конструкция ЛДИСД. Чередующиеся светлые и темные полоски модулируют отраженный свет с частотой, пропорциональной скорости движения. Отраженный свет улавливается фотодиодом, электрический сигнал обрабатывается процессором для определения частоты и, следовательно, скорости.
Рисунок 16. Схема ЛДИСД
Измерители емкости кабельных изделий
Для качественного контроля и измерения емкости провода при производстве, измерители необходимо ставить сразу же на выходе экструдера. В этой стадии производства у провода нет второго электрода, поэтому для измерения емкости у провода необходимо сформировать второй электрод.
Вариант формирования второго электрода цилиндрического конденсатора определяет конструкцию измерительного преобразователя. По конструкции измерительных преобразователей, измерители емкости можно разделить на контактные, бесконтактные и жидкостные.
Контактные измерители емкости
Второй электрод можно сформировать в виде полого цилиндра (рисунок 16), таким образом происходит полный обхват провода по всей окружности. Диаметр цилиндра, проводящего ток, равен наружному диаметру изоляции провода, то есть нет зазора между проводом и измерительным электродом.
Рисунок 16. Измерительный преобразователь в виде полого цилиндра. Здесь 1 – жила провода, 2 – изоляция провода, 3 – электрод в виде полого цилиндра
Недостатком этого метода является, то что они должны плотно соприкасаться с изоляцией провода, так как это влияет на точность измерения. А изоляция провода на выходе из экструдера мягкая, еще не успела остыть. Поэтому даже незначительное давление или соприкосновение возможна деформация, что приводит к дефекту.
бесконтактные измерители емкости
В бесконтактных измерителях измеритель формируется в виде цилиндрического трубчатого электрода (рисунок 16), но большего диаметра, чем диаметр изолированного провода. При такой конструкции провод с мягкой изоляцией свободно перемещается внутри измерительного электрода. При поперечном разрезе, провод и электрод представляют собой цилиндрический конденсатор с двухслойной изоляцией – воздухом и изоляцией провода (рисунок 2.17).
Рисунок 17. Провод и измеритель в разрезе. Здесь 1 – жила провода, 2 – изоляция провода, 3 – воздушный промежуток, 4 – трубчатый электрод
Недостатком этих измерителей является, то что, во время движения провода, центр провода смещается относительно оси измерительного электрода. Такие колебания провода в измерительном электроде приводят к погрешности.
Измерители емкости с применением жидкостного электрода
В жидкостных измерителях в качестве электрода, соприкасающегося с наружной поверхностью изоляции провода и внутренней поверхностью электрода, используется токопроводящая жидкость. В качестве электропроводящей жидкости используется водопроводная вода. Вода является электролитом, так как в ней содержатся соли и минералы. Так же вода используется в технологическом линии для охлаждения провода после процесса экструзии.
В технологической линии охлаждающая ванна, заполненная водой, располагается после экструдера. Провод, после процесса экструзии, проходит через охлаждающею ванну, что обеспечивает своевременное охлаждение.
Измерительный преобразователь в виде трубчатого электрода погружен в охлаждающею ванну. Вода заполняет внутреннее пространство трубчатого электрода (рисунок 18). Вода нужна, чтобы был электрический контакт между изоляции провода и внутренней стенкой электрода.
Для своевременного контроля и измерения погонной емкости, провод проходит через измерительный преобразовать.
Рисунок 18. Измерительный преобразователь в виде трубчатого электрода. Здесь 1 – контролируемый провод, 2, 4 – дополнительные электроды, 3 – измерительный электрод, 5 – охлаждающая ванна, 6 – вода
Контролируемый провод 1 постоянно движется внутри измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь состоит из измерительного электрода 3 и двух дополнительных электродов 2 и 4, предназначенных для устранения растекания поля на краях измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь погружен в охлаждающею ванну 5, в которой находится вода 6.
В таблице 9 рассмотрены характеристики приборов измерения контроля емкости кабельных изделии.
Таблица 9 – Приборы контроля измерения емкости проводов
| Фирма | Наименование прибора | Измеряемые диаметры (мм) | Диапазон емкости (пФ/м) | Точность (пФ/м) |
| «Sikora» | CAPACITANCE 2010 | 0,5-10 | 0-300 | ±0,45 |
| CAPACITANCE 2025 | 1-25 | 0-300 | ±0,45 | |
| «Proton Products» | CG1010 | 0,5-10 | 0-500 | ±1 |
| CG1060 | 1-60 | 0-500 | ±1 | |
|
НПК «Интеграл» |
С-70 | 1-70 | 0-500 | ±1 |
Автор: С.Бердалинов
