Кабели из сплава хромель с пластмассовой изоляцией
Кабели из сплава хромель с пластмассовой изоляцией: конструкция, свойства, применение
Кабели с токопроводящими жилами из сплава хромель, изолированными пластмассой, представляют собой специализированный вид термоэлектродных (компенсационных) проводов. Их основное назначение – передача сигнала от термопар, работающих в составе систем контроля и управления технологическими процессами, где критически важна точность измерения температуры. В отличие от силовых или контрольных кабелей общего назначения, они являются неотъемлемой частью измерительной цепи.
Материальная основа: сплав Хромель
Хромель (Chrome) – это общее название сплава на основе никеля (около 90%) и хрома (около 10%), относящегося к группе сплавов ХН (никель-хром). В стандартизации термоэлектродных материалов он соответствует положительному термоэлектроду термопары типа K (ХА). Ключевые свойства сплава хромель:
- Высокое удельное электрическое сопротивление: Около 0.68-0.71 Ом*мм²/м, что выше, чем у меди и алюминия. Это требует тщательного расчета сечения по допустимому падению напряжения в длинных линиях связи.
- Термоэлектрические свойства: В паре с отрицательным электродом из сплава алюмель (или копель для других типов) создает стабильную и предсказуемую термо-ЭДС в широком диапазоне температур.
- Жаростойкость и коррозионная стойкость: Обладает высокой устойчивостью к окислению в атмосфере воздуха при температурах до 1100-1200°C, что определяет его применение в термопарах. Однако в кабельной изоляции рабочая температура ограничивается свойствами изоляционного материала.
- Механические свойства: Высокая прочность, пластичность, хорошая технологичность при волочении в проволоку.
- Токопроводящая жила: Изготавливается из проволоки сплава хромель, как правило, многопроволочной (гибкой) или однопроволочной (жесткой). Сечение жил стандартизировано: чаще всего 0.5; 1.0; 1.5; 2.5 мм². Класс гибкости обычно не выше 3-4 (по ГОСТ 22483).
- Изоляция жилы: На жилу из хромеля наносится слой пластмассовой изоляции. Основные материалы:
- Поливинилхлоридный пластикат (ПВХ): Наиболее распространен. Рабочий температурный диапазон от -60°C до +70°C (для отдельных марок до +105°C). Обладает хорошей гибкостью, не распространяет горение, стойк к маслам и химикатам. Цветовая маркировка изоляции жил из хромеля – согласно ГОСТ Р МЭК 584-3 – обычно красный или оранжевый.
- Фторопласт (FEP, PFA): Применяется для кабелей повышенной теплостойкости. Диапазон рабочих температур от -60°C до +200°C (кратковременно выше). Обладает исключительной химической стойкостью, низким коэффициентом трения, негорючестью. Кабели с фторопластовой изоляцией используются в агрессивных средах и при повышенных тепловых нагрузках.
- Сшитый полиэтилен (XLPE): Реже применяется для таких проводов, но может использоваться для улучшения температурных характеристик по сравнению с ПВХ.
- Экран: Для защиты слаботочного измерительного сигнала от электромагнитных помех (ЭМП) кабель часто экранируют. Применяются экраны из медной или алюмополимерной ленты, оплетки из медных луженых проволок или их комбинации. Экранирование является обязательным для прокладки в условиях сильных промышленных помех.
- Оболочка: Наружный защитный слой из ПВХ, полиэтилена или фторопласта. Защищает внутренние элементы от механических повреждений, влаги, агрессивных сред. Цвет оболочки – чаще всего серый, синий или черный. Для нераспространения горения применяются безгалогенные композиции (LSZH).
- Промышленная автоматизация: Системы контроля температуры в печах, сушильных камерах, реакторах, трубопроводах на предприятиях химической, нефтегазовой, металлургической, пищевой промышленности.
- Энергетика: Мониторинг температурных параметров на тепловых и атомных электростанциях (в контурах, не требующих особо жаропрочных кабелей).
- Научное и испытательное оборудование:
- Соединение и оконцевание: Для соединения жил из хромеля с медными проводниками в соединительных коробках или на клеммах приборов необходимо использовать специальные переходные медно-термоэлектродные гильзы или клеммные колодки из соответствующих сплавов. Прямое соединение хромеля с медью в точке контакта создаст паразитную термопару и приведет к погрешности измерения.
- Прокладка: Допускается прокладка в лотках, коробах, кабельных каналах, по стенам. При групповой прокладке с силовыми кабелями необходимо учитывать влияние ЭМП и применять экранированные марки. Запрещено натяжение кабеля.
- Учет сопротивления линии: Из-за высокого удельного сопротивления хромеля падение напряжения в линии связи может быть значительным. Необходим расчет потерь сигнала, особенно при большой длине линии (более 50-100 м) и малом сечении жилы (0.5 мм²).
- ГОСТ Р МЭК 584-1-3 «Термопары. Части 1-3» – общие требования, допуски, цветовая маркировка.
- ГОСТ 6616-94 «Провода термоэлектродные и компенсационные. Общие технические условия».
- МЭК 60584 (IEC 60584) – международный аналог.
- ТУ производителя, которые часто расширяют номенклатуру по стойкости к маслам, УФ-излучению, агрессивным средам.
- L / S) и проверять, чтобы падение сигнала не превышало допустимой погрешности вторичного прибора. На практике для расстояний до 50-100 м часто используют сечение 1.0-1.5 мм², для больших расстояний – 2.5 мм².
Конструкция кабеля
Конструкция таких кабелей является многослойной и строго регламентированной для обеспечения точности измерений.
Ключевые технические характеристики
При выборе кабеля из сплава хромель необходимо учитывать следующие параметры:
Таблица 1: Основные технические характеристики
| Параметр | Значение / Описание | Примечание |
|---|---|---|
| Номинальное сечение жилы | 0.5; 1.0; 1.5; 2.5 мм² | Определяет электрическое сопротивление линии |
| Удельное сопротивление хромеля (при +20°C) | ~0.70 Оммм²/м | Для расчета сопротивления жилы: R = ρ L / S |
| Рабочее напряжение | Обычно до 300-500 В переменного тока | Определяется толщиной изоляции |
| Диапазон рабочих температур | От -60°C до +70°C (ПВХ) От -60°C до +200°C (Фторопласт) | Зависит от материала изоляции |
| Минимальный радиус изгиба | 5-10 наружных диаметров кабеля | Для сохранения целостности изоляции и экрана |
| Сопротивление изоляции | Не менее 5-20 МОм*км | При +20°C |
| Допустимое усилие на разрыв | Указывается производителем | Важно для монтажа в вертикальных шахтах |
Области применения и особенности монтажа
Данные кабели применяются исключительно для подключения термопар типа K (ХА) и других, где хромель является положительным электродом, к вторичным приборам (контроллерам, регистраторам, преобразователям).
Особенности монтажа:
Сравнение с другими типами термоэлектродных проводов
Таблица 2: Сравнение кабелей для разных типов термопар
| Тип термопары (МЭК) | Материал жил (+/-) | Материал изоляции/оболочки | Типичный диапазон применения кабеля |
|---|---|---|---|
| K (ХА) | Хромель / Алюмель | ПВХ, фторопласт | До +200°C (для изоляции), до +1100°C (для термопары) |
| J (ЖК) | Железо / Константан | ПВХ | До +150°C (ограничено окислением железа) |
| T (ТХК) | Медь / Константан | ПВХ, фторопласт | До +200°C |
| E (ХК) | Хромель / Константан | ПВХ, фторопласт | До +200°C |
| S (ПП) | Платина-родий (10%) / Платина | Керамика, стекловолокно (не пластмасса) | Высокотемпературные, до +1600°C |
Нормативная документация и маркировка
Производство и применение регламентируется рядом стандартов:
Маркировка кабеля включает в себя тип, сечение, материал изоляции, наличие экрана. Пример: КТХС-Э 2×1.0 – Кабель термоэлектродный, хромель-алюмель, в изоляции и оболочке из ПВХ пластиката, экранированный, 2 жилы сечением 1.0 мм² каждая.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос: Можно ли заменить кабель из сплава хромель на медный монтажный провод того же сечения?
Ответ: Нет, категорически нельзя. Медный провод не обладает термоэлектрическими свойствами хромеля. Его использование в цепи термопары приведет к появлению дополнительных паразитных термо-ЭДС в местах контакта с хромелем и алюмелем, что вызовет значительные, непредсказуемые погрешности измерения температуры, вплоть до полной неработоспособности цепи.
Вопрос: Как правильно выбрать сечение жилы кабеля?
Ответ: Выбор сечения основывается на двух факторах: допустимом падении напряжения (сопротивлении линии) и механической прочности. Для длинных линий (более 50 м) рекомендуется проводить расчет сопротивления цепи (R = ρ
Вопрос: Чем отличается термоэлектродный провод от компенсационного?
Ответ: Термоэлектродный провод изготавливается из тех же сплавов, что и электроды термопары (например, хромель-алюмель для типа K). Он используется для удлинения термопары, то есть работает в зоне перепада температур. Компенсационный провод изготавливается из других, более дешевых сплавов (например, медь-константан), которые в определенном диапазоне температур (обычно 0-100°C) имеют термо-ЭДС, близкую к конкретной термопаре. Он используется только для передачи сигнала от свободных концов термопары к прибору в условиях постоянной (комнатной) температуры и дешевле.
Вопрос: Обязательно ли использовать экранированную версию кабеля?
Ответ: Экранирование обязательно при прокладке в общих лотках с силовыми кабелями, вблизи частотных преобразователей, мощного электрооборудования, в условиях производств с высоким уровнем электромагнитных помех. Для прокладки в отдельных каналах или в помещениях с низким уровнем помех допускается использование неэкранированных кабелей, что снижает стоимость.
Вопрос: Какой срок службы у таких кабелей?
Ответ: Срок службы определяется условиями эксплуатации. При соблюдении температурного режима изоляции, отсутствии механических повреждений, химических воздействий и вибраций, срок службы кабелей с ПВХ изоляцией может составлять 15-20 лет. В агрессивных средах или при циклических термических нагрузках он сокращается. Критическим фактором для жилы является старение и изменение термоэлектрических свойств, но в условиях, ограниченных изоляцией, этот процесс крайне медленный.
Вопрос: Можно ли соединять отрезки такого кабеля между собой?
Ответ: Да, можно, но с соблюдением строгих правил. Соединение должно осуществляться с помощью специальных термоэлектродных соединительных гильз из соответствующих сплавов (хромель-хромель, алюмель-алюмель). Место соединения должно быть тщательно изолировано и, по возможности, защищено от колебаний температуры, так как любая точка соединения двух разнородных металлов (даже одного сплава, но с разной структурой) потенциально может стать источником погрешности.