книги из ГПНТБ / Дмитревский, В. С. Высоковольтные гибкие кабели

После определения действующих нагрузок па изоля­ цию рассчитывают эквивалентные значения: Т3, (уо)э и Еэ. Эквивалентную температуру подсчитывают по урав­ нению (3-68).

При определении (уст)э необходимо оговорить режим работы кабеля. Здесь могут иметь место следующие случаи:

1) основная часть трассы кабеля— прямая, лишь не­ большой участок у экскаватора подвергается частым изгибам;

2) кабель подвергается частым перекладкам таким образом, что каждый участок кабеля работает в изогну­ том состоянии какую-то часть времени.

В первом случае участок кабеля, находящийся у экс­ каватора, можно полагать всегда работающим в изогну­ том состоянии. Такой режим работы, по-видимому, имеет место при наматывании избытка кабеля на барабан, установленный у экскаватора.

Второй случай наблюдается при частой перетрасси­ ровке кабельной линии и является, по-видимому, наи­ более характерным для работы экскаваторов на карье­ рах с отладкой породы взрывом. При определении (уст)э важно учесть долю времени, в течение которого кабель

где <7и — вероятность работы кабеля в изогнутом состоя­

111

В табл. 3-7 приведены Г;1п (уа)п, полученные по урав­ нениям (3-68) и (3-68а) на основе данных табл. 3-5.

Выражение (3-68) для определения эквивалентной на­ пряженности поля преобразуем к виду

ехр -

2kTa

і=п !=т

(3-686)

В уравнение (3-686) входит коэффициент ß, пред­ ставляющий собой отношение локальной напряженности поля к средней при Р(т)=0,5. Величина ß зависит, как

видно из (3-38), от медианного значения у, которое в свою очередь является функцией размеров изоляции.

Величину у или связанную с ней z можно найти из уравнения (3-42), полагая Я (т)=0,5. При длине кабеля

Подставляя значения эквивалентных нагрузок в вы­ ражения (3-42) и (3-43), подсчитывают надежность элек­ трической изоляции за заданный промежуток временит.

Изложенный метод расчета надежности изоляции ка­ беля позволяет учитывать все основные нагрузки, кото­ рые имеют место при его эксплуатации. Расчеты надеж­ ности будут тем точнее, чем более полно проанализиро­ ваны условия работы изоляции.

3-8. РАСЧЕТ И ЗО ЛЯЦ И И КАБЕЛЯ

Проектирование кабельной конструкции должно обеспе­ чить долговечную ее работу в эксплуатации при мини­ мальных затратах. Размеры кабеля являются своеобраз­ ной экономической категорией. Уменьшение размеров кабеля (например, за счет уменьшения толщины изоля­ ции) приведет к снижению его стоимости. Вместе с тем уменьшение размеров может привести к снижению его надежности. Сравнивая между собой отдельные конст­ рукции по стоимости, можно совершить серьезную ошиб-

112

Ку. Действительно, кабель меньшей стоимости ие всегда экономически выгоден для государства. При расчете ка­ бельной конструкции необходимо учитывать его общего­ сударственную стоимость

где са — первоначальные затраты на сооружение кабель­ ной линии, приходящиеся на 1 год ее работы; сэ— сред­ негодовые эксплуатационные расходы.

Очевидно, кабельная конструкция должна отвечать условию минимума среднегодовых расходов на кабель­ ную линию. Первоначальные затраты на кабельную ли­ нию составят:

где Сц— стоимость кабеля; су — стоимость перевозки и монтажа кабеля; т — время эксплуатации кабеля.

Эксплуатационные расходы на кабельную линию най­ дем:

где Со— стоимость обслуживания кабельной линии в год;

в результате простоя оборудования, зарплаты основных рабочих за время простоя, зарплаты занятых на ликви­ дации аварии, стоимости полуфабрикатов и материалов,

Основной задачей расчета изоляции кабеля является выбор такой рабочей напряженности ноля, при которой годовая стоимость кабельной линии была бы минималь­ ной.

Стоимость кабеля ск состоит из стоимости материа­ лов и полуфабрикатов и зарплаты производственных ра­ бочих.

Стоимость Материалов, расходуемых на производство трехжильного кабеля,

водящей жилы кабеля; сп.э— стоимость единицы длины полупроводящего экрана по токопроводящей жиле; Цаа, Цщ До — стоимость 1 кг материала изоляции, полупро­ водящего экрана, шланговой оболочки соответственно; Уиз, Ѵпі Уо — плотность материала изоляции, полупрово­

единицы длины заземляющей жилы.

В формуле (3-74) только радиус R зависит от рабо­ чей напряженности поля. Эту зависимость можно пред­

где и р— рабочее напряжение изоляции; Еѵ— рабочая напряженность поля.

Стоимость кабеля запишем как Ск—Сц.мф. (3-76)

В этом выражении ср учитывает затраты на производ­ ство кабеля и различные отчисления. Как показал эко­ номический анализ кабельного производства, коэффици­ ент ср можно принять равным 1,15—1,2.

Подставляя в (3-76) ск.м и учитывая (3-75), получаем после преобразования:

114

Окончательное выражение для среднегодовых расхо­ дов на кабельную линию запишем:

Сң2

%іЕр - Л . Ml- (3-706)

Вуравнении (3-706) можно приближенно считать, что первый член не зависит от рабочей напряженности поля.

Среднегодовые расходы на кабельную линию, как вид­ но из (3-706), являются функцией времени эксплуата­ ции и рабочей напряженности поля. Взяв частные про­ изводные с по т и с по Ер и приравняв их нулю, можно найти условия, при которых имеет место минимум с. Однако такой путь решения наталкивается на серьезные трудности, так как в Рк(х) входит величина Еэ, которая связана сложной функциональной зависимостью с Еѵ.

Всвязи с указанным предлагается следующий поря­4- сох

док определения Ер.

1.По допустимой плотности тока выбирают сечение токопроводящей жилы. Согласно стандартам или из других соображений выбирают толщины шланговой обо­ лочки, полупроводящего экрана по изоляции и полупроводящего экрана по токопроводящей жиле.

2.По ценникам и заданным размерам (п. 1) элемен­

тов кабеля определяют скі, ск 2 и скз. На основе анализа по обслуживанию кабельных линий оценивают су, с0 и У.

3.Приближенно оценивают размеры кабеля и про­ водят его тепловой расчет с целью определения пере­ пада температур. Строят график температур изоляции.

4.Используя методику § 3-7, рассчитывают Тэ и

(уо)э-

5. Задаваясь несколькими значениями Еѵ по методи­ ке § 3-7, определяют Еэ. Строят зависимость Еа от Ер.

6. При различных значениях времени эксплуатации по формуле (3-706) рассчитывают с для нескольких зна­ чений Еѵ. Надежность кабеля определяют из соотноше­ ния

где Р,к(т:) — надежность токопроводящих жил кабеля; Риз(т) — надежность изоляции кабеля, определяемая по формуле (3-42) при эквивалентных нагрузках.

Надежность токопроводящих жил приближенно мож­

Величину % можно приближенно принять равной

(1,5—1,2) • ІО-10 отказ/мсек.

7.Строят зависимости с от Еѵ при разных т и графи­ чески оценивают условия, при которых имеет место ми­ нимум с.

8.По найденному значению Ер, соответствующему минимуму с, определяют толщину изоляции.

Изложенная методика определения толщины кабель­ ной изоляции позволяет найти оптимальное решение при заданном электроизоляционном материале. Если допол­ нительно возникнет задача выбора электроизоляционно­ го материала, то такой расчет требуется выполнить для каждого из материалов.

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ГИБКИХ КАБЕЛЕЙ

4-1. СКРУТКА, И ЗО Л И РО ВАН И Е И ЭКРАН И РО ВА Н И Е Т О К О П РО ВО Д ЯЩ И Х ЖИЛ

В конструкциях высоковольтных гибких кабелей (см. гл. 2) применяются токопроводящие жилы типа ІІГ, скрученные правильной концентрической скруткой. Ха­ рактерным признаком этой системы скрутки является то, что сначала проволоки скручиваются в стренгу, а затем

скрутки проволок в стренгу и скрутки стренг в жилу. Обычно скрутка проволок в стренгу производится на вы­ сокопроизводительных литцекрутильных машинах, обес­ печивающих шнуровую скрутку, или на сигарообразных

116

крутильных машинах; скрутка стренг в жилу в подав­ ляющем большинстве случаев производится на крутиль­ ных машинах клетьевого типа. Эти крутильные машины широко распространены на кабельных заводах, специа­ лизирующихся по производству гибких шланговых кабе­ лей. Подробное описание этих машин приведено в боль­ шинстве книг, посвященных кабельному производству, и поэтому авторы считают возможным опустить описание принципа действия и устройства крутильных машин.

Наложение изоляции на жилы гибких высоковольт­ ных кабелей производится на агрегатах непрерывной вулканизации (АНВ) обычной конструкции, очень широ­ ко распространенных и в отечественной и зарубежной кабельной промышленности. Наложение эластичных полупроводящих экранов возможно самыми различными способами: шприцеванием, совмещенным с вулканизаци­ ей на АНВ, шприцеванием с помощью червячного пресса с последующей котловой вулканизацией, обмоткой лен­ тами полупроводящей резины, холоднопокрывательным методом и др.

В отечественной кабельной промышленности раньше применялся способ обмотки лентами полупроводящей резины. При этом одно из основныхтребований экрани­ рования жил высоковольтных кабелей—недопустимость воздушных включений между изоляцией и экранами — обеспечивается подклейкой полупроводящей резины

кизоляции.

ВСША внутренний полупроводящий экран чаще на­

носится экструзией, вулканизуется и покрывается смесью из масла и 10% перекиси дикумила, затем накладывает­ ся изоляционная оболочка, смазывается той же смесью и, наконец, наружный полупроводящий экран. В процес­ се вулканизации при каталитическом действии перекиси дикумила происходит химическое склеивание смежных слоез резины. Масло служит для равномерного распре­ деления перекиси по поверхности, облегчения экструзии, а также улучшения склеивания вследствие набухания поверхности резины. Таким методом хорошо склеиваются резины на основе натурального и синтетических (бута- диен-стирольного и хлоропренового) каучуков. Недостат­ ком всех этих способов экранирования является то, что они не исключают полностью возможность попадания газовых включений на границах между полупроводящи­ ми и изоляционной оболочками.

117

Наиболее полно это требование обеспечивается при наложении двух полупроводящих экранов и изоляции одновременно в одной головке АНВ, с которой соединены три червячных пресса. Подобные агрегаты непрерывной вулканизации, оснащенные тремя червячными прессами,, уже имеются на некоторых ка'бельных заводах. Но со­ здание и эксплуатация таких агрегатов встречаются с целым рядом производственных трудностей, и дальней­ шее распространение их специально для изолирования- и экранирования жил гибких высоковольтных кабелей нецелесообразно.

Более перспективным для этой цели является двух­ шнековый агрегат непрерывной вулканизации, который уже нашел широкое применение в кабельной промыш­ ленности. Для одновременного наложения трех резино­ вых оболочек необходима специальная экструзионная головка.

Так как для внутреннего и наружного эластичных экранов возможно применение одной и той же резино­ вой смеси, то оба полупроводящих экрана могут быть наложены одновременно с помощью одного червячного пресса.

Проверка работоспособности этой головки на рези­ новых смесях и ее усовершенствование были проведены НИКИ г. Томска. Следует отметить, что в процессе раз­ работки технологии наложения изоляции и двух экранов было установлено, что последовательная установка прес­ сов (первым накладывается внутренний экран, вторым— изоляция и наружный экран) дает значительно худшие результаты как по качеству изолированных жил, так и по удобству обслуживания. Усовершенствование головки обусловлено применением ее для производства гибких высоковольтных кабелей и заключалось во введении в ' конструкцию регулировок величин осевых и радиаль­ ных зазоров между сменным пресс-ииструмейтом. При этом установлено, что раздельная настройка концентрич­ ности всех трех оболочек в значительной мере затруд­ няет и усложняет обслуживание агрегата непрерывной вулканизации. Выбранная в результате этих работ и изо­ браженная на рис. 4-1 конструкция экструзионной голов­ ки для трехслойного опреосования токопроводящих жил высоковольтных кабелей существенно упрощена и ис­ пользуется, в частности, на двухшнековых АНВ 90x90 французской фирмы «Андуар».

" 118

Корпус гблоТзкіі 1 Остаётся тем же самым, что іі в головке для двухслойного опрессоваиия. Со стороны вулканизационной камеры в корпус устанавливается гай­ ка 12 с матрицедержателем 11 Фі сменной матрицей 10. С другой стороны в корпус экструзігонной головки встав­ ляется дорнодержатель 5, по фасоФіным каналам кото­ рого полупроводящая резиновая смесь из правого цилннд-

Рис. 4-1. Головка АНВ 90X90 для трехслоГшого опрессоваиия токо­ проводящих жил.

ра пресса направляется в конусообразное пространство между гайкой 12 и наконечником 9 для формиро­ вания наружного эластичного экрана. Этот дорнодержа­ тель крепится к корпусу с помощью откидного хомута, накладываемого на буртики гаек 14 и 13. В дорнодержа­ тель 5 вставляется второй дорнодержатель 4, по фасон­ ным каналам которого резиновая смесь из левого ци­ линдра пресса через отверстие в дорнодержателе 5 по­ ступает в кольцевой зазор между наконечниками 8 и 9 для формирования изоляционной оболочки с помощью дорноматрицы 7 и матрицы 10. Дорнодержатель 4 кре­ пится посредством гайки 15, двух полуколец 17 и коль­ ца 19 к дорнодержателю 5. Аналогичным образом с по­ мощью гайки 16, двух полуколец 18 и кольца 20 к дорнодержателю 4 крепится дорнодержатель 3. По фасон­ ным каналам этого дорнодержателя резиновая смесь из ■правого цилиндра пресса через совмещенные отверстия

119