Стартовая >> Оборудование >> Кабели >> Изоляция жил кабеля, их скрутка, сушка и пропитка кабелей

Изоляция жил кабеля, их скрутка, сушка и пропитка кабелей

Надежная и бесперебойная работа кабеля в значительной мере зависит от качества изоляции. Она должна иметь такую электрическую прочность, чтобы возможность электрического пробоя ее при напряжении, на которое рассчитан данный кабель, была исключена.
Пропитанная бумажная изоляция жил кабелей имеет высокие электрические характеристики, продолжительный срок службы, сравнительно высокую допустимую температуру. Все это и невысокая стоимость обеспечили пропитанной кабельной бумаге ведущее место в изоляции кабелей.
Бумага для изоляции жил кабелей на напряжения до 35 кВ включительно выпускается толщиной 0,125 мм марки К-12 и 0,175 мм марки К-17 из небеленой, сульфатной целлюлозы преимущественно натурального цвета (ГОСТ 645-59). Для расцветки фаз в многожильных кабелях верхняя лента применяется из цветной бумаги.
Наложение кабельной бумаги производится путем обмотки   жилы   бумажными   непропитанными лентами. Различают следующие способы намотки многослойной бумажной изоляции: встык, с положительным перекрытием и с отрицательным перекрытием.
Намотка встык характеризуется тем, что при наложении ленты край одного витка соприкасается с краем соседнего. Этот способ намотки применяется редко, так как обладает серьезным недостатком: при изгибах изолированной жилы внутренняя часть лент в зоне сжатия выпучивается, а внешняя в зоне растяжения расходится.
При обмотке с положительным перекрытием один край ленты перекрывает край ленты предыдущего витка. Такой способ намотки уменьшает гибкость жилы и часто вызывает появление складок и даже трещин бумаги в месте перекрытия при изгибе жилы. Этот способ применяется в кабелях лишь для подмотки самых нижних слоев изоляции, расположенных непосредственно у жилы, так как при этом исключается возможность совпадения в первых слоях бумажных лент, что очень важно для обеспечения электрической прочности изоляции. Применение положительного перекрытия для наружных лепт придает большую гладкость наружному слою изоляции.
Наиболее распространенным способом является обмотка с отрицательным перекрытием, т.е. с зазором. Наличие зазора между лентами позволяет в некоторых пределах изгибать кабель без опасности повреждения бумажной изоляции. Величина зазора между двумя соседними витками при этом находится в пределах 0,5—2 мм. Зазоры   между витками  соседних  лент, расположенных сверху (по вертикали), не должны совпадать во избежание ухудшения электрических характеристик изоляции. Однако при наложении большого количества лент не удается избежать совпадений зазоров, поэтому число совпадений лент изоляции согласно ГОСТ 340-59 на кабели силовые с изоляцией из пропитанной бумаги не должно    превышать   указанного в норм.
Согласно требованиям ГОСТ 340-59 в изоляции кабелей 6 кВ и выше не допускается совпадения более трех лент, расположенных одна над другой, и двух лент, непосредственно прилежащих к жиле.
В процессе изолирования жил кроме совпадения зазоров между лентами   могут   появляться надрывы лент.
Совпадение продольных трещин или порезов на длине более 50 мм в двух лентах, расположенных одна над другой, считается за одно.

Необходимо отметить, что развитие скользящих разрядов будет происходить труднее всего в случаях, когда зазоры будут находиться под серединой ленты следующего повива, при этом соседние по вертикали зазоры будут перекрыты лишь одним слоем бумаги и это место, естественно, будет электрически ослаблено. По этой причине технологией изолирования предусматривается перекрытие зазоров следующим повивом примерно на одну треть ширины лент.
Большое значение имеет ширина применяемых при обмотке бумажных лент. Широкая лента затрудняет развитие скользящих разрядов между лентами, позволяет увеличить шаг намотки, а следовательно, и производительность. Однако чрезмерное увеличение ширины лент не обеспечивает получение плотной намотки жил, приводит к появлению морщин, трещин и разрывов бумажных лент при изгибах кабеля. Ширина лент обычно устанавливается в зависимости от диаметра обматываемой жилы, при этом чем больше диаметр жилы или кабеля, тем больше допускаемая ширина бумажных лент.
Пределы ширины бумажных лент для жил в зависимости от их диаметра, установленные заводами отечественной кабельной промышленности, приведены в табл. 2-4.
В случае секторной жилы выбор ширины бумажных лент производится по эквивалентному диаметру, который равен периметру жилы, деленному на π.
Наложение бумажной изоляции должно быть плотным, без складок и морщин. Наличие складок, морщин, неплотности в изоляции приводит к образованию пустот, воздушных включений, снижающих надежность работы изоляции в условиях эксплуатации.
Острые грани секторов жил вызывают неравномерность плотности намотки бумажной изоляции, а также повышение напряженности электрического поля. Увеличение радиуса закругления граней секторных жил приводит к более равномерному распределению электрического поля и повышению   электрической прочности изоляции.
Толщина изоляционного слоя, нормированная ГОСТ 340-59, приведена в табл. 2-5 и 2-6.
Отклонение толщины изоляции между жилами или |М1чжду жилой и оболочкой допускается не более: для кабелей 1 кВ — минус 0,18 мм, для кабелей выше 1 кВ—минус 0,24 мм.
Бумажные ленты изолирующего слоя, как правило, | накладываются в разные  стороны,   причем слой изоляции, прилегающей к жиле, накладывается в направлении скрутки проволок верхнего повива жилы. Перемена направления накладываемых лент изолирующего слоя позволяет получить кабели без излишней жесткости и склонности к закручиванию. Бумажная изоляция накладывается на крутильно-изолировочной машине, которая одновременно выполняет скрутку многопроволочной жилы и уплотняет ее.
Изолированные    жилы    кабелей, у которых каждая жила освинцовывается отдельно, поступают с крутильно-изолировочных машин непосредственно в сушку. Изолированные   жилы  для   многожильных   кабелей с крутильно-изолировочных машин сматываются на барабаны и направляются на машины  общей  скрутки жил в кабель. Скрутка изолированных жил в кабель отличается от скрутки неизолированных лишь меньшим количеством скручиваемых жил и большим шагом скрутки. При общей скрутке  изолированных   жил в кабель им сообщаются два движения -- одно вращательное вокруг оси кабеля и другое прямолинейное
Общая скрутка характеризуется двумя основными параметрами: шагом и направлением скрутки, имеющим большое значение, как это будет видно далее, при выполнении соединения кабелей между собой.

Шагом общей скрутки жил называют длину изготовленного кабеля за один оборот крутильного устройства. Длина шага определяется заводской нормалью в зависимости от диаметра кабеля под оболочкой.

Каждая жила своей расцветки на протяжении одного шага делает полный оборот вокруг оси кабеля, занимая последовательно любое положение в площади сечения круга от 0 до 360° (подобно стрелке часов). Каждый следующий шаг крутильного устройства является повторением предыдущего как по длине шага, так и по последовательности размещения жил в площади сечения круга.
Таким образом, изготовленная заводом строительная длина кабеля:
где ι — длина шага общей скрутки; n— число шагов. При скрутке изолированных жил одновременно производится заполнение промежутков между жилами бумажными жгутами или сульфатной бумагой толщиной не более 0,08 мм и наложение поверх скрученных жил поясной изоляции. Бумажный жгут, заполняя свободное пространство между жилами до круглой формы, затрудняет перемещение пропиточного состава вдоль кабеля и повышает тем самым электрическую прочность кабеля. Скрутка изолированных жил на всех заводах кабельной промышленности Советского Союза производится в одном — правом направлении. Это определяется условиями прокладки и соединения между собой отдельных   строительных   длин   при   сооружении   кабельных линий.
Поскольку на изготовление изоляции 1 км кабеля 35 кВ сечением 3X95 мм2 расходуется 2 т кабельной бумаги с влажностью 7—9% (около 140—180 кг воды), кабель с машин общей скрутки поступает в специальные вакуумные котлы для сушки и удаления из бумажной изоляции влаги и воздуха, наличие которых снижает электрические и физические   характеристики бумажной изоляции.
Сушка производится при температуре выше  100 °С, и через 2—3 ч из котла  начинают откачивать воздух и пары воды. Продолжительность сушки зависит от конструкции кабеля и оборудования. Для ускорения и улучшения качества сушки процесс ведется с одновременным подогревом жил внутренней части кабеля электрическим током.
После окончания процесса сушки производится пропитка бумажной изоляции кабеля пропиточным составом.
После окончания процесса пропитки нагретым составом в вакуумном котле корзины с кабелем устанавливаются для охлаждения на открытом воздухе в сушильно-пропиточном отделении. При этом объем пропиточного состава в изоляции (в результате охлаждения) уменьшается и вследствие этого происходит дополнительная подпитка изоляции находящимся в корзине составом.
Пропитка маслоканифольным составом значительно повышает электрическую прочность бумажной изоляции кабелей.
Пропиточный состав изготовляется из минеральных масел и канифоли. Для пропитки кабелей до 35 кВ включительно применяется очень вязкое минеральное масло марки П-28 (ГОСТ 6480-53), получаемое из остатков перегонки нефти, называемое брайстоком, отличающееся высокой стойкостью против окисления и малым выделением газов при ионизации.

Важнейшей   характеристикой   пропиточного  состава является вязкость. Состав должен быть, с одной стороны, менее вязким, чтобы обеспечивалась полная пропитка бумаги, а также прокладка кабеля без предварительного подогрева при температуре не ниже 0°С, в противном  случае   при   изгибании   кабеля   отдельные  ленты кабельной бумаги не смогут скользить относительно друг друга, что приведет  к разрывам   бумажных лент и повреждению изоляции в этих местах. С другой стороны, при прокладке па крутонаклонных и вертикальных участках трассы  пропиточный состав,  недостаточно вязкий, постепенно будет стекать с верхних участков в нижнюю часть кабеля. П результате верхний участок кабеля оказывается  лишенным    части   пропиточного   состава, что ухудшает   качество   изоляции   этого   участка. В то же время в нижнем участке кабеля создается повышенное давление пропиточного состава, что может привести к разрыву оболочки кабеля.
Для пропитки кабелей применяют состав МП-1, имеющий вязкость 6—7,5 по Энглеру1 при 70 °С, и МП-2, имеющий ту же вязкость при 80 °С. Основные электрические характеристики пропиточных (маслоканифолевых) составов и кабельной бумаги приведены в табл. 2-8.
Сопоставление данных табл. 2-8 показывает, что электрическая прочность пропитанной кабельной бумаги в 1,3—2,2 раза больше, чем прочность пропиточного состава, и в 13—16 раз больше чем прочность непропитанной кабельной бумаги.
Пропитка кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией, предназначенных для вертикальных прокладок, производится, менее вязким составом МП-2. Обеднение изоляции выполняется в тех же котлах после удаления из них пропиточного состава.
В кабелях с отдельно освинцованными жилами с обедненно-пропитанной изоляцией пропиточный состав не должен вытекать при температуре 85 °С и в кабелях с общей свинцовой оболочкой — при   температуре   75° С.
Обеднение бумаги пропиточным составом приводит к снижению электрической прочности изоляционного слоя, поэтому бумажная изоляция кабелей с обедненной пропиткой утолщается.
Толщина изоляции кабелей 1—3 кВ с обедненной пропиткой одинакова по толщине с изоляцией кабелей того же напряжения с нормальной пропиткой. Это объясняется тем, что толщина изоляции для кабелей на эти напряжения определяется требованием механической прочности, при обеспечении которой полученная толщина бумажной изоляции имеет достаточный запас по электрической прочности.
В настоящее время для вертикальных и крутонаклонных участков трассы кабели с обедненно-пропитанной изоляцией применяются редко, так как использование для кабельной линии кабелей с поясной изоляцией и кабелей с отдельно освинцованными жилами при рабочем напряжении линии 10 кВ требует применения специальных муфт.
В связи с этим в настоящее время большое внимание уделяется пропиточным составам, содержащим в качестве   одного   из   компонентов   синтетический   церезин.
В соответствии с ГОСТ 340-59 в кабелях 20—35 кВ поверх жилы, в кабелях 6—10 кВ с отдельно освинцованными жилами поверх изоляции и в кабелях с общей свинцовой оболочкой поверх поясной изоляции должно быть выполнено экранирование путем нанесения слоя из полупроводящей бумаги. Экранирование,   расположение проводящих поверхностей но отношению к изоляционному материалу кабеля, является одним из лучших способов регулировании, ограничения и снижения напряженности электрического моля.

В кабелях с вязкой пропиткой при разности уровней по трассе прокладки и под действием нагрева происходит перемещение пропиточного состава в радиальном и продольном направлениях. Это приводит к Образованию газовых включений и возникновению в них процессов ионизации, которые могут привести к повреждению изоляции кабеля.
Применение полупроводниковых экранов по жиле и под свинцовой оболочкой, где увеличение объема вследствие давления пропиточного состава и малой эластичности синица п условиях эксплуатации достигает от 0,5 до 20%    объема изоляции, значительно улучшает ионизационную характеристику кабеля и повышает надежность его работы.
Под свинцовой оболочкой кабелей согласно ГОСТ 340-59 через каждые 300 мм должны быть четко нанесены на поверхности изоляции или на специальной ленте обозначения предприятия-изготовителя и год изготовления кабеля. В кабелях под свинцовой оболочкой диаметром менее 20 мм вместо специальной ленты допускается лента или нитка присвоенного предприятию-изготовителю цвета.
В многожильных кабелях верхняя лента изоляции одной жилы должна быть из бумаги натурального цвета, второй жилы — красного цвета или из бумаги натурального цвета с красной полоской, третьей жилы — любого другого цвета или из бумаги натурального цвета с полоской любого другого цвета. В четырехжильных кабелях верхняя лента нулевой жилы должна быть из бумаги натурального цвета.
Отличительная расцветка жил введена для определения направления чередования фаз трехфазной системы, обеспечения правильности соединения одноименных фаз между собой по их, цветам при монтаже отдельных строительных длин кабеля, а также соединения кабельными линиями одноименных фаз шин элементов оборудования РУ электроустановок.
Пластмассовая изоляция жил применяется для кабелей до 3 кВ, изготавливаемых по ГОСТ 16442-70*. В качестве пластмасс применяется   поливинилхлорид и полиэтилен.
Поливинилхлорид представляет собой твердый продукт полимеризации хлорвинила, он не распространяет горения и весьма стоек к тепловому старению, действию воды, щелочей, разбавленных кислот и других химических активных веществ, масел и бензина. В чистом виде поливинилхлорид не применяется ввиду его жесткости и хрупкости при пониженной температуре.
Для повышения эластичности и морозостойкости поливинилхлорида к нему добавляют трудно испаряемые органические жидкости-наполнители (пластификаторы); для улучшения электроизоляционных характеристик и удешевления стоимости к нему добавляют каолин, тальк, карбонат кальция   и   др.;   для   повышения стойкости при высокой температуре — стабилизаторы; для повышения его светостойкости — специальные красители.
Кабели с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката наиболее широкое распространение получили на напряжение до 1 000 В. Недостатком изоляции из поливинилхлоридного пластиката является его термопластичность. Нагрев жилы токами нагрузки может вызвать некоторое размягчение изоляции и смещение жилы из центрального положения в процессе эксплуатации. Электрическая прочность изоляции из поливинилхлоридного пластиката, кроме того, зависит от времени нахождения под напряжением переменного тока.
Во избежание повышения диэлектрических потерь в изоляции эти кабели могут изготовляться на напряжения не выше 10 кВ.
Кабели с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката изготовляют в оболочке только из поливинилхлоридного пластиката. Толщина оболочек в зависимости от диаметра кабеля под оболочкой равна 1,8—2,6 мм.

Кабели, прокладываемые в земле, снабжаются обычными защитными покровами и бронею.
Полиэтилен — один из синтетических полимеров, имеющий наибольшее применение и перспективное широкое использование в качестве изоляции кабелей, особенно кабелей для крутонаклонных и вертикальных участков трассы. Полиэтилен обладает хорошими механическими свойствами и широком интервале температур стойкостью к действию кислот, щелочей, влаги и имеет высокие 9лвхтроиэоляциоиные характеристики.
В зависимости от плотности полиэтилен различают низкой, средней и высокой плотности.
Полиэтилен высокой плотности имеет по сравнению с полиэтиленом низкой плотности повышенную температуру плавления и большую механическую прочность. При введении в него сажи или графита можно получить полупроводящий полиэтилен для целей экранирования.
Кабели с полиэтиленовой изоляцией выпускаются отечественной промышленностью серийно на напряжения до 10 кВ и в опытном порядке 20, 35 кв.

В отличие от кабелей с бумажной пропитанной изоляцией электрический расчет кабелей с пластмассовой изоляцией производится не по максимальной, а по средней напряженности электрического поля, так как напряженность поля в кабелях с пластмассовой изоляцией заметно зависит от радиуса жилы.
Рабочая напряженность поля разработанных конструкций кабелей с пластмассовой изоляцией, выпускаемых кабельной промышленностью, имеет величины.
Величины толщин изоляционного слоя, налагаемого методом горячего опрессования, кабелей до 3 кВ с пластмассовой изоляцией приведены в табл.
Для кабелей 10 кВ и выше с полиэтиленовой изоляцией выбор экранов    является    важнейшим    вопросом надежности работы кабеля. Экран должен быть хорошо соединен с полиэтиленовой изоляцией    и иметь    такой же, как у изоляции, температурный    коэффициент объемного расширения, с тем чтобы при изменениях нагрузки кабелей между полупроводящими слоями и изоляцией кабеля не образовалось пустот. Эти кабели   экранируются как со стороны жилы, так и со стороны оболочки. При этом жила опрессовывается тонким слоем полупроводящего полиэтилена, на который    накладывается основная полиэтиленовая изоляция,    сверху   экранированная коллоидальным графитом или полупроводящим полиэтиленом.
Пластмассовая изоляция на напряжение 6 кВ экранируется со стороны оболочки, для чего поверх изоляции жил накладываются полупроводящие и металлические (медные или алюминиевые) экраны.
На кабелях 6 и 10 кВ с пластмассовой изоляцией и оболочкой проводимость лент экрана должна обеспечить величину тока замыканий на землю, возникающих в условиях эксплуатации

 
« Защитные покровы кабелей   Изоляция кабелей »
электрические сети