Розвязання задач створення системи оперативного контролю параметрів ізоляції кабеля (стр. 2 из 5)
Паперова ізоляція виготовляється обмоткою стрічками кабельного паперу з наступним сушінням та імпрегнуванням кабельним компаундом.
Паперова імпрегнована ізоляція складається з одношарового целюлозного кабельного паперу, імпрегнованого масляноканіфольним компаундом. Папір марок К і КМП товщиною 80, 120, 140 мкм імпрегнують кабельним компаундом, що складається з мінерального масла (продукт переробки нафти), каніфолі та згущувачів.
В даному проекті кабель розрахован для прокладання з обмеженої різницею рівнів на трасі, тому обираємо компаунд МП–3. Рецептури кабельних компаундів наведені в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2 – Рецептури кабельних компаундів
Назвазгущувача | Вміст згущувача в компаунді, % за масою(решта мінеральне масло) | ||||
МП–2 | МП–3 | МП–3с | МП–4 | МП–5 | |
| Для прокладання на трасах з обмеженням різниці рівнів | Для прокладання без обмежень | ||||
| Каніфоль Поліетиленовий віск Композиція на основі поліізобутилену Севілен | 25,0 ± 3,0 –– –– –– | 7,5 ± 2,5 3,0 ± 2,0 –– –– | 2,5 ± 0,1 –– –– 2,25± 0,25 | 5,0 ± 0,25 –– 20,0 ± 1,0 –– | 5,0 ± 3,0 24,0 ± 6,0 –– –– |
При ізолюванні багатожильних кабелів з паперовою ізоляцією на скручені разом ізольовані жили накладають поясну ізоляцію . Товщина поясної ізоляції для кабеля на напругу 10 кВ та перерізом жили 120 мм становить 1,25 мм [1]. Граничне відхилення товщини ізоляції не повинно перевищувати
0,24 мм.Характеристики паперової імпрегнованої ізоляції залежать від наявності та природи сторонніх домішок: рештки включень газів та вологи або домішок в недостатньо очищених компонентах кабельного компаунду. Наприклад, електрична міцність такої ізоляції в залежності від чистоти мінерального масла, глибини сушіння та імпрегнування знаходиться в діапазоні 30-80 МВ/м. Тангенс кута діелектричних втрат, наприклад, знаходиться для кабелів на 10 кВ на рівні 0,008, а для маслонаповнених кабелів відповідно 0,002. Таким чином, властивості паперової ізоляції кабелів визначаються конструктивними та технологічними факторами.
1.3.3 Матеріал екранів
Для вирівнювання електричного поля в кабелях на напругу 10 кВ поверх жили та поверх ізоляції повинен бути накладений електропровідний екран з матеріалу, аналогічного матеріалові ізоляції, але з електропровідними властивостями. Якщо використати різні матеріали, в експлуатації станеться розшарування екрану та ізоляції через різницю в температурних коефіцієнтах розширення цих матеріалів.
В кабелях з паперовою ізоляцією екран виготовляють з електропровідного кабельного паперу, що містить ацетиленову сажу і має питомий електричний опір 1×105––1×107 Ом×м. Товщина електропровідного кабельного паперу 120 мкм, густина 850–– 1050 кг/м3. Стрічки його намотуються з позитивним перекриттям.
1.3.4 Матеріал оболонки
Для захисту ізоляції кабеля від дії світла, вологи, хімічно активних речовин, а також для запобігання її механічним пошкодженням, поверх скручених разом ізольованих жил багатожильних кабелів накладають оболонку.
Найкращими у відношенні герметичності матеріалами для оболонки є метали, у яких коефіцієнт дифузії дорівнює нулю.
Металеві оболонки виготовляють з свинцю або алюмінію. Кабелі з паперовою імпрегнованою ізоляцією виготовляють тільки з металевими оболонками. Поверх оболонки для її захисту від корозії та механічних ушкоджень накладають захисні покрови, що включають подушку під броню, броню, зовнішній захисний покров
Свинцеві оболонки виготовляють із свинцю марки С2 та С3 (загальна кількість домішок відповідно 0,05 та 0,1 %) або із свинцево-сурмянистих сплавів, що містять сурму (антимоній) в кількості до 0,8 %. Границя міцності свинцю при розтягуванні 18 МПа і відносне видовження 35 %. Свинець характеризується недостатньою вібростійкістю. Заради підвищення вібростійкості в свинець вводять сурму та інші присадки. Недоліком свинцю є його велика густина, що дорівнює 11,34 кг/м3 Оболонки із свинцю значно менше піддаються корозії, але при прокладанні в ґрунті вони теж потребують захисних покровів, оскільки руйнівно впливають на свинець азотна кислота, вапно, блукаючий струм. Свинцеві оболонки більш пластичні ніж алюмінієві, тому при статичному вигині в них відбувається релаксація механічної напруженості.
1.3.5 Захисні покрови
Подушка під броню захищає оболонку кабеля від пошкодження її сталевими стрічками та від корозії. Вона складається з концентричних слоїв з попередньо імпрегнованої кабельної пряжі або з попередньо імпрегнованого кабельного паперу з покриттям бітумом або бітумною сумішшю по оболонці та поверх подушки.
Якщо за умови експлуатації на кабель можуть діяти механічні зусилля, то в захисних покровах передбачають сталеву броню. Для захисту кабеля від механічних пошкоджень при відсутності розтягуючи зусиль їх бронюють стрічками із сталі з низьким вмістом вуглецю трьох груп (ГОСТ 3559–75). Плоска броня повинна мати захисне цинкове покриття, якщо кабель поверх броні не має зовнішнього захисного покрову. Ширина сталевої стрічки вибирається в межах від 20 до 60 мм в залежності від діаметру кабеля.
1.3.6 Зовнішні покрови
Зовнішня оболонка кабелю марки СБлШнгд 3´120–10 виготовляється з матеріалу Лоусгран ППО 30-32, що має низький показник виділення диму та продуктів горіння, низький ступінь таксичності. Основні показники цього матеріалу наведені у таблиці 1.3.
Таблиця 1.3 – Фізико-механічні та електричні показники матеріалу
Лоусгран ППО 30-32
| Назва показника | Лоусгран ППО 30-32 |
| Горючість методом кисневого індексу, %, не менше | 32 |
| Визначення кількості галогенводородних кислот, мг/г, не більше | 100 |
| Температура хрупкості, ºС, не вище | -30 |
| Питомий об’ємний електричний опір при 20ºС, Ом·см, не менше | 5·1011 |
| Відносне видовження при розриві, %, не менше | 250 |
| Максимальне зусилля при розтягуванні, Мпа, не менше | 12 |
| Втрати у масі при температурі 160ºС протягом 6 годин, %, не більше | 2,0 |
| Світлостійкість при 70°С, годин, не менше | 2000 |
| Густина, г/см3, не більше | 1,62 |
| Водопоглинання, %, не більше | 0,4 |
| Твердість за Шором „А”, ум. од. | 82-85 |
| Старіння при 100°С протягом 7 діб Збереження відносного видовження при розриву, %, не менше Збереження міцності підчас розриву, %, не менше | 80 80 |
2 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК КАБЕЛЯ СБлШнгд 3´120–10
При виготовленні будь-якого кабеля намагаються витратити якомога менше матеріалів і, водночас, зберегти відповідність характеристик кабеля вимогам нормативної документації. Це досягається шляхом різних вдосконалень технології виробництва кабеля а також за рахунок збільшення коефіцієнту використання ізоляції.
Коефіцієнт використання ізоляції розраховують за формулою [3]:
, (2.9)де Еср –– середня напруженість електричного поля.
На практиці коефіцієнт використання ізоляції не перевищує 63% –– 64%. Для суттєвого підвищення коефіцієнта використання ізоляції кабеля застосовують ідею її градуювання. У вітчизняній практиці кабелі з імпрегнованою бумажною ізоляцією градують у два шари, тому що діапазон густини бумаги знаходиться у межах 1200 –– 850 кг/м3 , а допуск на густину бумаги становить 50 кг/м3 . При цьому діелектрична проникність бумаги з найбільшою густиною становить 4,3 , а з найменшою 3,5.
3 ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАБЕЛЯ МАРКИ
СБлШнгд 3´120–10
3.1 Електричний опір жили
Електричний опір жили постійному струмові R=та лінійна залежність опору від температури Θ з урахуванням скручування [6]:
, (3.1) 
, (3.2)де r – питомий електричний опір металу жили при 20 °С, для
міді цей показник дорівнює
Ом×м;F – площа поперечного перерізу жили;
l – середня укрутка.
Електричний опір жили постійному струмові при 70 °С дорівнює:
Ом/м
Електричний опір жили постійному струмові при 20 °С дорівнює:
Ом/мЕлектричний опір жили змінному струмові R~ перевищує R=, оскільки явище скін-ефекту викликає перерозподіл щільності струму по перерізові провідника, збільшуючи її біля поверхні провідника (поверхневий ефект) та в області, що наближена до провідника із протилежно напрямленим струмом (ефект близькості):
R~ = R=(1+уп+уб), (3.5)
де уп, уб –– величини, які враховують поверхневий ефект та ефект близькості відповідно.
Електричний опір жили змінному струмові R~ при 70 °С дорівнює:
R~ = 0,174٠10-3 · (1 + 0,005 + 0,065) = 0,185 · 10-3 Ом/м
А електричний опір жили змінному струмові R~ при 20 °С дорівнює:
R~ = 0,145 · 10-3 · (1 + 0,005 + 0,06) = 0,154 · 10-3 Ом/м
3.2 Індуктивність жили
Індуктивність жили трьохфазного кабеля з урахуванням скін-ефекту:
, (3.10)