Розвязання задач створення системи оперативного контролю параметрів ізоляції кабеля (стр. 1 из 5)
ВСТУП
Дана робота присвячена розв’язанню задач створення системи оперативного контролю параметрів ізоляції кабеля СБлШнгд 3х120-10 на базі діючого харківського заводу “Південкабель” [1]. Для цього необхідно проаналізувати технологічний процес ізолювання силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу 10 кВ включно, його контроль за допомогою вимірювання електрофізичних характеристик ізоляції та дослідження зв’язку контрольних характеристик з конструктивними, електричними, тепловими та технологічними параметрами відповідних кабелів.
Забезпечення ефективності оперативного контролю якості масової продукції у процесі її виробництва є однією з актуальних проблем сучасної промисловості. Серія міжнародних стандартів із управління якістю ISO 9000 вимагає від виробників стандартизації послідовності дій, що забезпечують неперервне зростання якості продукції у замовника. Тому сьогодні методи контролю параметрів даної продукції мають бути об’єднані у єдину систему управління якістю і складати одне ціле з конструкцією, технологією виготовлення і вимогами замовників продукції.
Стала нормальною ситуація, за якої замовнику необхідні показники, що перевищують передбачені нормативною документацією, і виробник виконує такі вимоги без заперечень.
Особливо актуальною є задача створення такої сучасної системи управління якістю продукції для кабельної техніки, яка відзначається багатономенклатурністю і виготовленням продукції «за замовленням».
Труднощі створення такої системи контролю в кабельному виробництві пов’язані з наступним:
- необхідність одночасного контролю значної кількості параметрів, що мають різну фізичну природу (наприклад, тангенс кута діелектричних втрат tgd при заданій напрузі, приріст тангенса кута діелектричних втрат Dtgd при заданому збільшенні напруги, електричний опір жили Rж, пробивна напруга Uпр, електричний опір ізоляції Rіз і т.ін.) та різні нормативні границі для їх величин (наприклад, не більше, не менше, середнє значення не менше, мінімальне значення не менше і т. ін.);
- очевидна взаємна залежність параметрів, що контролюються;
- технологічний дрейф величини параметра, що контролюється, викликаний, наприклад спрацюванням технологічного інструменту;
- наявність значної кількості важливих для замовника характеристик кабельних виробів, для яких величина середньоквадратичного відхилення (основна характеристика розсіяння значень параметра в класичних статистичних методах) в принципі не може бути визначена, наприклад, час функціонування кабелю під дією відкритого полум’я і т.ін.
Для створення системи оперативного контролю параметрів ізоляції кабельних виробів для оброблення, порівняння, аналізу та визначення технологічних нормативів для параметрів ізоляції кабеля СБлШнгд 3х120-10 необхідно розв’язати такі задачі:
- розглянути електрофізичні характеристики ізоляції силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу 10 кВ;
- проаналізувати зв’язок розглянутих електрофізичних характеристик ізоляції з конструктивними, електричними, тепловими та технологічними параметрами цих кабелів.
Серед багатьох існуючих систем класифікації кабельних виробів (за матеріалом ізоляції, за галуззю використання, за номінальною напругою і т.ін) найбільш важливою для кабельної техніки є класифікація за групами однорідної продукції. До кожної з 38 груп однорідної продукції входять кабельні вироби, споріднені за технологічними засадами їх виробництва. Саме технологічна спорідненість, а отже, - спорідненість методів технологічного контролю, є вирішальною для виробника в такому багатономенклатурному та гнучкому виробництві, яким є виробництво кабельних виробів.
Проаналізовані основні напрями досліджень в кабельній техніці і зазначено, що серед шести виділених основних напрямків досліджень п’ять пов’язані з вдосконаленням технологічних процесів та методів технологічного контролю.
1 КОНСТРУЦІЯ КАБЕЛЯ МАРКИ СБлШнгд 3´120–10
1.1 Ескіз та специфікація
На рисунку 1.1 наведено ескіз кабеля марки СБлШнгд 3´120–10:
Силовий кабель з мідними багатопроволочними секторними жилами, із паперовою імпрегнованною ізоляцією, у свинцевій оболонці, броньований та з зовнішнім покровом з матеріалу, що має низьке виділення диму та продуктів горіння.
1 –– струмопровідна жила; 2 –– фазна ізоляція; 3 –– поясна ізоляція;
4 –– напівпровідний екран по ізоляції; 5 –– герметизуюча металева оболонка;
6 –– подушка під броню; 7 –– стрічкова броня; 8 –– зовнішній захисний покрив;
9 –– міжфазні заповнення.
Рисунок 1.1 –– Ескіз кабеля марки СБлШнгд 3´120–10
На рисунку 1.1 наведена конструкція кабеля марки СБлШнгд 3´120–10 для прокладки:
- у землі (траншеях), якщо на кабель не діють значні розтягуючи зусилля:
- у землі (траншеях) з низькою і середньою корозійною активністю, з відсутністю блукаючих струмів.
Характеристики таких кабелів наведені у таблиці 1.1 [2].
Таблиця 1.1 – Характеристики кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією на напругу 10 кВ
Номінальна напруга частоти 50 Гц, кВ | 20,0 | 35,0 |
| Номінальна постійна напруга, кВ | 50,0 | 87,5 |
| Напруга випробування частоти 50 Гц, кВ | 50,0 | 88,0 |
| Електричний опір ізоляції, не менше, МОм/км | 200 | |
| Максимальна робоча температура жили, оС | 70 | |
| Максимальна робоча температура жили при перевантаженні, оС | 70 | |
| Максимальна температура короткого замикання, оС | 130 | |
| Температура оточуючого середовища, оС | -50/+50 | |
| Вологість повітря при +35 оС, % | 98 | |
| Монтаж при температурі, не менше, оС | 0 | |
| Радіус згинання кабеля, не менше, зовнішніх діаметрів | 15 | |
| Будівна довжина, м | 250 | |
| Строк служби, років | 30 | |
| Гарантійний строк експлуатації, років | 4,5 | |
1.2 Конструктивні розміри.
Таблиця 1.1 –– Конструктивні розміри в міліметрах кабеля марки
СБлШнгд 3´120–10
| D | Δф | Dп | Dпе | d1 | Δоб | Δпб | Δбр | Δзп | Dк |
| 29,36 | 2,75 | 1,25 | 0,12 | 35,85 | 1,61 | 1,9 | 1 | 2,4 | 49,71 |
D – діаметр кабеля; Δф - товщина фазної ізоляції; Dп – товщина поясної ізоляції; Dпе – товщина екрану; Δоб - товщина свинцевої оболонки; d1 - діаметр під оболонку;
Δпб - подушки під броню дорівнює; Δбр - сталева стрічкова броня; Δзп - зовнішній захисний покров; Dк - загальний діаметр кабеля.
За даними [2] зовнішній діаметр кабеля становить 52,33 мм. Розрахований діаметр дорівнює 49,71 мм, тобто задовольняє вимогам.
1.3 Матеріали для виготовлення елементів кабеля
1.3.1 Матеріал жили
Основними матеріалами для виготовлення струмопровідних жил є мідь та алюміній.
Мідь є найкращим матеріалом для струмопровідних жил силових кабелів. Вона має в звичайних умовах найменший питомий опір (якщо виключити з розгляду срібло), сполучення досить високої механічної міцності з пластичністю, порівняно високу корозійну стійкість. Для виготовлення струмопровідних жил використовують мідь марки не нижче М1 [3]. Деякі властивості м’якої міді наведені в таблиці 1.2. Мідь практично не окислюється при нормальній температурі. Незначна корозія спостерігається тільки у солоній воді.
Таблиця 1.2 – Деякі характеристики відпаленої стандартної міді при 20 оС
| Питомий опір ·10-6 , Ом·м | 0,01724 |
| Температурний коефіцієнт питомого опору, оС-1 | 0,0043 |
Питома теплопровідність,  | 394,3 |
Питома теплоємність,  | 385,5 |
| Температура відпалення, оС | 500 – 700 |
| Руйнівна напруга при розтягуванні, МПа | 239 |
| Відносне видовження, % | 47,2 |
Основними факторами, що змінюють характеристики міді є:
– наявність домішок, які підвищують питомий опір, знижують пластичність та корозійну стійкість; особливо небажаними є домішки кисню, свинцю, сірки, вісмуту; всього домішок не повинно бути більше 0,1 %, а вміст кисню не повинен перевищувати 0,06 %.
– залишкові деформації, які збільшують питомий опір міді на величину 3-4 %, різко зменшують пластичність, але збільшують механічну міцність; відповідні властивості міді можуть бути відновленими шляхом відпалення (рекристалізації) при температурі вище 200 оС;
– нагрівання в вітрі при температурі до 200 оС приводить до поступового окислення з утворенням окисів міді, а при більших температурах до інтенсивного окислення міді.
1.3.2 Матеріал ізоляції
Основними є три вида ізоляції:
1) паперова ізоляція, виготовлена обмоткою стрічками кабельного паперу з наступним сушінням та імпрегнуванням кабельним компаундом на основі мінерального масла;
2) пластмасова ізоляція з поліетилену або полівінілхлоридного пластикату, накладена методом екструзії;
3) гумова ізоляція, накладена методом гарячого пресування.
Найважливішою перевагою першої є її висока надійність в експлуатації.