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

а) Отбор и подготовка образцов для испытания

Как показано в § 3-5, для определения параметров уравнения надежности изоляции токопроводящих жнл кабеля необходимо подвергнуть испытанию не менее шести партий образцов. В каждой партии должно быть по 50 образцов. Если жнлы в кабелях данной серии имеют одинаковый электроизоляционный материал по составу п режиму изготовления, то можно ограничиться отбором 300 образцов изолированных токопроводящих

Рис. 5-4. Испытуемый образец.

/ — токопроводящая жила; 2 — полупроводящнй экран по токо­

жил, не разделяя их по фазам. В противном случае сле­ дует фазы отбирать по 300 образцов изолированных токопроводящих жил от каждой серии. При дальнейшем рассмотрении мы будем полагать, что в дайной серии изоляция токопроводящей жнлы имеет идентичный со­ став материала и одинаковый технологический режим изготовления.

Образцы для испытания отрезаются от готовых ка­ белей. Длина отрезаемого образца должна быть не ме­ нее 1,5 м. Если выпускаемая серия содержит 100 бара­ банов с кабелем, то от каждого барабана отрезают по одному образцу. При большем или меньшем -количестве барабанов с кабелем в серии необходимо обеспечить случайную выборку. Чтобы выборка испытанных образ­ цов была действительно случайной, можно использовать два приема. Первый прием заключается в следующем. Барабаны с кабелем нумеруют. Заготавливают бирки с номерами барабанов, которые помещают в урну. За­ тем из урны вытаскивают наугад бирки с номерами барабанов. Общее число вынутых таким образом би­ рок должно равняться 100. Образцы для испытания от-

140

резают от тех барабанов, номера которых окажутся вы­ нутыми из урны.

Второй способ основан на использовании таблицы случайных чисел.

С отрезанных от кабеля образцов снимают шланг, раскручивают изолированные токопроводящие жилы и снимают с них оплетку.

Изолированные токопроводящие жилы разделывают,

показали опыты, подготовленные по рис. 5-4 образцы не перекрываются и не пробиваются с краю. Размеры под­ мотки даны для изоляции кабелей на напряжение 6 кв.

Полученные таким образом 300 образцов необходи­ мо разделить на шесть партий. Чтобы каждая партия

в изоляции кабеля требует достаточно сложной аппа­ ратуры и не всегда может быть выполнено в производ­ ственных условиях.

В этих случаях целесообразно измерять напряжение начала ионизации при типовых испытаниях. Проводя статистическую обработку результатов измерения, мож­ но оценить вероятность появления ионизации в кабель­ ной изоляции при рабочем напряжении.

Исследованиями [Л. 50] показано, что пробивная на­ пряженность поля газа, окруженного твердым диэлек­ триком, равна пробивной напряженности поля этого га­ за между металлическими электродами при условии, если толщина газового слоя в обоих случаях одинакова. Пробивную напряженность поля в воздухе при малых межэлектродных расстояниях представим1:

141

в резиновой изоляции кабелей показало, что вероятность, появления поры с размером х подчиняется экспоненци­ альному закону распределения

где S — площадь электродов; d — толщина диэлектрика;

условии, что рі и £і являются удельным объемным со­

Уравнение (5-11) справедливо для условий равно­ мерного поля. Воспользовавшись коэффициентом неод-

142

породности поля, как в гл. 3, уравнение (5-11) распро­ страним для неоднородного поля:

Из уравнений (5-11) и (5-12) видно, что наименьшее напряжение начала ионизации имеет место при у—>-0 , т. е. при газовых включениях вытянутых вдоль эквипо-

«з

Рис. 5-5. Схема установки для определения напряжения начала ионизации в изоляции токопроводящих жил кабеля.

К — контактор; РМ — реле максимального тока; ТР1 — высоковольтный транс* форматор; R 3 — защитное сопротивление; С0 — образцовый конденсатор; Сх —

тенциальных линий. С некоторым допущением можно принять при анализе напряжений начала ионизации у —0. Тогда уравнение (5-12) можно записать:

143

Неизвестными параметрами в распределении вероят­ ностей напряжения начала ионизации являются ѵп и Я.

Т а б л и ц а 5-4

п F <UB> In {—ln II—F (£/„)]} и и. кв 2

Измеряя напряжения начала ионизации на образцах изолированных токопроводящих жил, можно определить

ионизации располагаются в ва­ риационный ряд, и для каждо­ го из них вычисляются z и F (Un) по формуле

144

включениях изоляции строительной длины кабеля при рабочем напряжении, полагая U„ равным Нрао. Кабель следует считать высокого качества, если F(Uvae) < 0 ,0 1 .

в) Определение параметров уравнения надежности изоляции кабеля

После измерения напряжения начала ионизации образ­ цы изолированных токопроводящих жил разбиваются па шесть групп по 50 образцов в "каждой группе. Про­ грамма испытаний изоляции и методика определения параметров надежности изложены в § 3-5.

В настоящее время отсутствуют нормы на парамет­ ры надежности изоляции кабеля. Однако в ГОСТ на гибкие высоковольтные кабели указано, что завод-изго­ товитель гарантирует эксплуатацию кабеля в течение года. В связи с указанным целесообразно оценивать го­ довую надежность изоляции кабеля по методике, ука­ занной в § 3-7 для одного из режимов его работы. В дальнейшем представляется целесообразным разра­ ботать типовой режим эксплуатации и включить его в ГОСТ на высоковольтные гибкие кабели. Такой под­ ход позволит дать объективную оценку качества кабель­ ной изоляции.

5-4. М ЕХАН И ЧЕСК И Е ИСПЫ ТАНИЯ КАБЕЛЕЙ

Высоковольтные гибкие кабели в процессе эксплуата­ ции испытывают значительные механические воздейст­ вия, и поэтому стойкость кабелей к таким воздействиям является одним из основных факторов, определяющих срок службы и надежность кабеля. Механические воз­ действия (см. 1 -2 ) на кабели можно подразделить на следующие виды: изгиб, изгиб с кручением, осевое кру­ чение. В некоторых случаях кабели подвергаются пере­ гибу через систему роликов или наматываются на бара­ бан. Кроме того, кабели могут подвергаться растяже­ нию, ударным и раздавливающим нагрузкам. При разработке новых кабелей, а также при типовых испы­ таниях кабели испытываются на стойкость к механиче­ ским воздействиям на установках, имитирующих эти воздействия. Поскольку изоляция и оболочка высоко­ вольтных гибких кабелей выполняются из высокоэлас-

тичиого материала, то результаты испытаний обычно оценивают по степени разрушения металлических эле­ ментов конструкции кабеля — токопроводящих жил и экранов.

Стойкость к механическим воздействиям отдельных конструктивных элементов кабеля рассмотрена в гл. 2 , и ниже мы рассмотрим только оборудование и требова­ ния к методикам механических испытаний.

Испытание на изгиб заключается в изгибании образ­

Испытание кабелей на изгиб проводится и за рубе­ жом, например во Франции; где образец длиной 0,8 м изгибают вокруг роликов диаметром 1 0 0 мм на угол

135°

Испытание на изгиб с кручением заключается в од­ новременном кручении и изгибании образца 1 (рис.5-8), который одним концом закрепляется во вращающемся зажиме 2, а другим — в зажиме с возвратно-поступа­ тельным движением 3.

Установка должна обеспечивать’вращение зажима 2 на 1 2 я рад с интервалом в я/4 рад и возвратно-посту­ пательное движение зажима 3 на расстоянии 1,5 м со скоростью 0,3—0,5 м/сек. Расстояние между зажимами в крайнем положении должно составлять 2,5 м. При одновременном перемещении зажима 3 и вращении за­

146

жима 2 образец, закручиваясь, образует петлю и при возвращении зажима 3 в исходное положение растяги­ вается. Затем образец закручивается в противополож­ ную сторону, образует петлю и растягивается.

Этот вид испытаний принят только в СССР, за ру­ бежом подобные испытания не проводятся.

Рис. 5-9. Установка для испытания на осевое кручение.

Испытание на осевое кручение заключается в закру­ чивании образца вокруг своей оси на заданный угол в одном направлении, возвращении его в первоначаль­ ное положение и закручивании в противоположном на­ правлении при действии растягивающей нагрузки.

Образец 1 (рис. 5-9) одним концом закрепляется во вращающемся зажиме 2, другим — в зажиме 3, который

может свободно перемещаться. Установка должна обес­ печивать вращение зажима 2 на 2 л рад и возвращение его в первоначальное положение. Оси вращающегося и возвратно-поступательного зажима должны лежать на одной прямой.

Испытание кабеля на осевое кручение проводится также во Франции.

Рис. 5-10. Установка для испытания на многократный перегиб.

Испытание на многократный перегиб через систему роликов заключается в прохождении кабеля через ро­ лики сначала в одном направлении, а затем после воз­ вращения образца в первоначальное положение в про­ тивоположном направлении (этот вид испытаний также называют «испытание на пробег с изгибом»).

Образец 1 (рис. 5-10) длиной 4,5 м закрепляется на приводном ролике 2 диаметром не менее 800 мм и при вращении последнего проходит через рабочие ролики 3 со скоростью не более 0,8 м/сек. На образец подается растягивающая нагрузка.

Испытания на многократный перегиб через систему роликов проводятся также в Англии и Франции, где ка­ бель длиной 3 м проходит через ролики при нагрузке от 25 до 75 кгс.

Испытание на раздавливание заключается в раздав­ ливании образца до замыкания между жилами. Испы­ тание производится на отрезке кабеля, уложенном меж­ ду матрицами гидравлического пресса. Ось матрицы и ось образца должны пересекаться под прямым углом. Испытания проводятся на расстоянии не менее 200 мм

148

друг от друга. Профиль матриц и величины раздавли­ вающих нагрузок оговариваются в стандартах на ка­ бели. .

В США при испытании на раздавливание кабель переезжают 7-тонной вагонеткой.

Испытание на разрыв производится на разрывной машине, разрывное усилие которой не превышает пяти­ кратного разрывного усилия испытуемого образца.

Расстояние между местами закрепления должно быть не менее 200 и не более 500 мм. Если разрыв про­ изошел на расстоянии, меньшем 40 мм от места закреп­ ления, то испытание необходимо повторить.

Для всех рассмотренных видов испытаний должен выполняться ряд общих требований:

испытания должны проводиться при температуре 25±10°С и относительной влажности воздуха 65±15%, если другие условия не оговариваются специально;

рабочие поверхности роликов не должны вызывать повреждения испытуемых образцов;

установки должны обеспечивать возможность присое­ динения образцов к электрическим цепям;

конструкции зажимов должны обеспечивать надеж­ ное и равномерное по поверхности закрепление образца.

Здесь следует отметить, что при некоторых испыта­ ниях (кручение, изгиб с кручением) разрушение токо­ проводящих жид около зажимов значительно больше, чем в остальной части образца. Опыт испытаний, про­ водимых в НИКИ г. Томска, показывает, что для полу­ чения достоверных результатов разрушение на участках у зажимов длиной менее 5 диаметров образца не сле­ дует принимать во внимание.

Кроме рассмотренных, существуют еще испытания на удар, на'гибкость, на истирание шланговой оболоч­ ки и др. Однако для этих испытаний пока отсутствуют отработанные методики, недостаточно эксперименталь­ ных данных и поэтому они здесь не рассматриваются.

5-5. А П П А РА Т ДЛЯ ИСПЫ ТАНИЯ ЭК РА Н И РО ВА Н Н Ы Х ЖИЛ

В соответствии с требованиями ГОСТ изолированные жилы кабелей КШВГ должны после 6 ч пребывания в воде выдержать в течение 5 мин испытание напряже­ нием 15 кв переменного тока. Однако такие испытания требуют значительной затраты времени и, кроме того,

149