Os componentes estruturais de fios e cabos podem ser geralmente divididos em quatro partes estruturais principais: condutores, camadas de isolamento, camadas de blindagem e bainhas, além de elementos de enchimento e elementos de tração, etc. De acordo com os requisitos de uso e cenários de aplicação dos produtos, alguns possuem estruturas extremamente simples, com apenas um componente estrutural, o fio, como fios nus aéreos, fios de catenária, barramentos de cobre-alumínio (barras), etc. O isolamento elétrico externo desses produtos é garantido pelo uso de isoladores e pelo espaçamento adequado durante a instalação e o assentamento (ou seja, por meio de isolamento a ar).
A grande maioria dos fios e cabos possui exatamente a mesma forma de seção transversal (desconsiderando erros de fabricação) e apresenta-se em formato de tiras longas. Isso se deve ao fato de serem utilizados para formar circuitos ou bobinas em sistemas ou equipamentos. Portanto, ao estudar e analisar a composição estrutural de cabos, basta observar e analisar suas seções transversais.
A seguir, apresentamos uma análise detalhada da composição da estrutura do cabo e dos materiais utilizados:
1. Composição da estrutura do cabo: Condutor
Os fios são os componentes principais mais fundamentais e indispensáveis para que os produtos executem a função de transmitir corrente elétrica ou informações de ondas eletromagnéticas. Fio é a abreviação de núcleo condutor.
Quais materiais compõem os condutores de cabos? Os materiais dos condutores são geralmente feitos de metais não ferrosos com excelente condutividade elétrica, como cobre e alumínio. Os cabos ópticos utilizados nas redes de comunicação óptica, que se desenvolveram rapidamente nas últimas três décadas, utilizam fibras ópticas como condutores.
2. Composição da estrutura do cabo: Camada de isolamento
A camada isolante é um componente que reveste a periferia do fio e serve como isolante elétrico. Ou seja, ela garante que a corrente transmitida ou as ondas eletromagnéticas e luminosas se propaguem apenas ao longo do fio, sem se propagarem para fora. O potencial no condutor (isto é, a diferença de potencial formada em relação aos objetos ao redor, ou seja, a tensão) pode ser isolado. Isso é necessário para garantir tanto o funcionamento normal da transmissão de energia pelo fio quanto a segurança de objetos e pessoas externas. Fios e camadas isolantes são os dois componentes básicos que devem estar presentes para constituir cabos (exceto fios nus).
O que são materiais de isolamento de cabos: Nos fios e cabos atuais, a classificação dos materiais de isolamento se divide principalmente em duas categorias: plásticos e borracha. Os materiais poliméricos predominam, dando origem a uma ampla variedade de fios e cabos adequados para diferentes usos e requisitos ambientais. Materiais de isolamento comuns para fios e cabos incluem cloreto de polivinila (PVC),polietileno reticulado (XLPE), fluoroplásticos, compostos de borracha, compostos de borracha de etileno-propileno e materiais isolantes de borracha de silicone.
3. Composição da estrutura do cabo: Bainha
Quando fios e cabos são instalados e operados em diferentes ambientes, é imprescindível a presença de componentes que protejam todo o produto, especialmente a camada isolante. Essa camada é chamada de revestimento. Como os materiais isolantes precisam ter excelentes propriedades de isolamento elétrico, é necessário exigir altíssima pureza e baixíssimo teor de impurezas. Muitas vezes, é impossível levar em conta a capacidade de proteção contra o ambiente externo. Portanto, diversas estruturas de proteção devem ser responsáveis por suportar ou resistir a várias forças mecânicas externas (por exemplo, durante a instalação, no local de uso e em operação), resistência às intempéries, resistência a produtos químicos ou óleos, prevenção de danos biológicos e redução do risco de incêndio. As principais funções dos revestimentos de cabos são impermeabilização, retardamento de chamas, resistência ao fogo e prevenção da corrosão. Muitos cabos projetados especificamente para ambientes externos adequados (como ambientes internos limpos, secos e livres de forças mecânicas externas), ou aqueles com materiais isolantes que possuem inerentemente certa resistência mecânica e às intempéries, podem dispensar o componente de camada protetora.
Quais são os tipos de materiais para revestimento de cabos? Os principais materiais para revestimento de cabos incluem borracha, plástico, revestimentos, silicone e diversos produtos de fibra, etc. As características da camada protetora de borracha e plástico são a maciez e a leveza, sendo amplamente utilizadas em cabos móveis. No entanto, como ambos os materiais, borracha e plástico, possuem certo grau de permeabilidade à água, só podem ser aplicados quando materiais poliméricos de alta resistência à umidade são utilizados como isolamento do cabo. Então, alguns usuários podem perguntar por que o plástico é usado como camada protetora no mercado? Comparado com as características dos revestimentos plásticos, os revestimentos de borracha têm maior elasticidade e flexibilidade, são mais resistentes ao envelhecimento, mas seu processo de fabricação é relativamente mais complexo. Os revestimentos plásticos têm melhores propriedades mecânicas e resistência à água, são abundantes em recursos, têm baixo custo e são fáceis de processar. Portanto, são mais amplamente utilizados no mercado. Deve-se notar que existe outro tipo de revestimento: o metálico. Os revestimentos metálicos não apenas possuem funções de proteção mecânica, mas também a função de blindagem mencionada abaixo. Elas também possuem propriedades como resistência à corrosão, resistência à compressão e à tração, e resistência à água, que podem impedir a entrada de umidade e outras substâncias nocivas no interior do isolamento do cabo. Portanto, são amplamente utilizadas como revestimento para cabos de energia com isolamento em papel impregnado com óleo e baixa resistência à umidade.
4. Composição da estrutura do cabo: Camada de blindagem
A camada de blindagem é um componente essencial em cabos para alcançar o isolamento do campo eletromagnético. Ela não só impede que sinais eletromagnéticos internos vazem e interfiram com instrumentos externos, medidores ou outras linhas, como também bloqueia a entrada de ondas eletromagnéticas externas no sistema de cabos por meio de acoplamento. Estruturalmente, a camada de blindagem não está localizada apenas na parte externa do cabo, mas também existe entre os pares ou grupos de fios em cabos multicondutores, formando "telas de isolamento eletromagnético" multiníveis. Nos últimos anos, com o aumento das exigências para cabos de comunicação de alta frequência e anti-interferência, os materiais de blindagem evoluíram do tradicional papel metalizado e fitas de papel semicondutor para materiais compósitos mais avançados, como...fitas de alumínio mylarAs estruturas de blindagem mais comuns incluem fitas de mylar com folha de cobre e fitas de cobre. As camadas internas de blindagem são feitas de polímeros condutores ou fitas semicondutoras, enquanto as camadas externas são revestidas longitudinalmente com fita de cobre e trançado de cobre. A camada trançada, em particular, utiliza cobre estanhado para aumentar a resistência à corrosão. Para aplicações específicas, como cabos de frequência variável com blindagem composta de fita de cobre e fio de cobre, cabos de dados com revestimento longitudinal de folha de alumínio e design aerodinâmico, e cabos médicos que exigem camadas trançadas de cobre prateado de alta cobertura, a blindagem híbrida de fita composta de alumínio-plástico e trançado de fio de cobre estanhado tornou-se a solução predominante para cabos de alta frequência com o advento do 5G. A prática da indústria demonstra que a camada de blindagem evoluiu de uma estrutura acessória para um componente central independente do cabo. A seleção dos materiais para a blindagem deve considerar de forma abrangente as características de frequência, o desempenho de curvatura e os custos, a fim de atender aos requisitos de compatibilidade eletromagnética de diferentes aplicações.
5. Composição da estrutura do cabo: Estrutura preenchida
Muitos fios e cabos são multicondutores. Por exemplo, a maioria dos cabos de energia de baixa tensão possui quatro ou cinco condutores (adequados para sistemas trifásicos), e os cabos telefônicos urbanos vêm em conjuntos de 800, 1200, 2400 a 3600 pares. Após a fiação desses condutores isolados (ou conjuntos de múltiplos condutores), surgem dois problemas: o primeiro é a falta de circularidade e o segundo são os grandes espaços entre os condutores isolados. Portanto, é necessário adicionar uma estrutura de preenchimento durante a fiação. Essa estrutura serve para tornar o diâmetro externo do cabo relativamente circular, o que facilita o enrolamento e a extrusão da capa, além de conferir estabilidade à estrutura do cabo e resistência interna. Durante o uso (ao esticar, comprimir e dobrar durante a fabricação e instalação), a força é aplicada uniformemente sem danificar a estrutura interna do cabo. Portanto, embora a estrutura de enchimento seja uma estrutura auxiliar, ela também é necessária, e existem regulamentos detalhados sobre a seleção de materiais e o projeto de sua forma.
Materiais de enchimento para cabos: Geralmente, os materiais de enchimento para cabos incluem fita de polipropileno, corda de PP não tecida, corda de cânhamo ou materiais relativamente baratos feitos de borracha reciclada. Para serem usados como material de enchimento de cabos, devem apresentar características como não causar efeitos adversos no núcleo isolado do cabo, não serem higroscópicos, não encolherem e não serem corrosivos.
6. Composição da estrutura do cabo: Elementos de tração
Os produtos tradicionais de fios e cabos dependem da camada de blindagem da bainha para suportar forças de tração externas ou causadas pelo próprio peso. As estruturas típicas são blindagem com fita de aço e blindagem com fio de aço (por exemplo, em cabos submarinos, utilizam-se fios de aço grossos com 8 mm de diâmetro, torcidos para formar a camada de blindagem). No entanto, para proteger as fibras ópticas de pequenas forças de tração e evitar ligeiras deformações que possam afetar o desempenho da transmissão, a estrutura do cabo de fibra óptica é equipada com revestimento primário e secundário, bem como componentes dedicados à resistência à tração. Além disso, se o cabo de fone de ouvido de um celular adota uma estrutura onde um fio de cobre fino ou uma fita de cobre fina é enrolado em torno de filamentos de fibra sintética e uma camada isolante é aplicada externamente, esse filamento de fibra sintética atua como elemento de tração. Em conclusão, nos produtos especiais, pequenos e flexíveis desenvolvidos nos últimos anos, que exigem múltiplas aplicações de curvatura e torção, os elementos de tração desempenham um papel fundamental.
Quais materiais são utilizados nos componentes de tração dos cabos: tiras de aço, fios de aço e folhas de aço inoxidável?
Data da publicação: 25 de abril de 2025