Универсальная система муфт для кабелей на напряжение до 35 кВ
Несмотря на попытки унификации, в мире существует множество кабелей разных конструкций. Во время международных тендеров чаще всего детальное описание кабеля не требуется и оно может сводиться к следующему: «Одножильный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением алюминиевой жилы 150 мм², напряжением 12/20 кВ, в соответствии с МЭК 60502-2 или СЕNELEC HD 620-1». У описанного кабеля могут быть совершенно разные параметры, например:
жила: круглая однопроволочная (сплошная) (RE) или круглая многопроволочная (RM);
для многопроволочной жилы: степень уплотнения, жесткость металла и продольная герметизация;
полупроводящий экран: экструдированный вместе с изоляцией или легко снимаемый;
металлический экран и наружный покров: сечение и конструкция экрана, поперечная и продольная защита от проникновения влаги, тип материала наружного покрова.
Без точных данных правильно выбрать кабельную арматуру трудно. Сложность – в соединении жил и экранов. Все чаще на объект требуется полный комплект арматуры. Например, при соединении жил опрессовкой в полевых условиях очень трудно подобрать необходимый соединитель и инструмент для него, если заранее не знать данные кабеля. Решает проблему универсальная система муфт.
Требования к универсальной системе муфт:
применимость для всех типов кабелей;
простота и безопасность монтажа, для которого персоналу не нужно специальное обучение;
отсутствие специального инструмента;
небольшая длина и компактность конструкции, позволяющие работать в стесненных условиях траншеи или канала;
механическая прочность наружного покрова для подземной прокладки должна быть не ниже прочности наружной оболочки кабеля из полиэтилена высокой плотности;
способность выдерживать в аварийных условиях нагрев жилы до +130°C;
диапазон применения для нескольких типоразмеров кабеля, что дает возможность соединить кабели разных сечений и минимизировать складские запасы;
полная комплектность муфты, включая соединители жил, заземления экранов и брони.
Особенности элементов конструкции универсальной муфты
Сформулированные требования выполняются благодаря элементам конструкции муфты, которые обеспечивают полное восстановление изоляции, экрана, механической прочности и герметизации места соединения кабелей с выравниванием напряженности электрического поля и непаянным и непрессованным соединением жил и экранов.
Муфта укомплектована универсальными болтовыми соединителями со срывными головками. Соединителиподстраиваются на весь применяемый диапазон муфты по сечениям проводника, гарантируя требуемое усилие для создания контакта независимо от конструкции и металла жилы. Уровень срыва головок – корпус соединителя.
Следует отметить, что соединители под опрессовку, особенно для больших сечений, имеют достаточно большую длину. Для определенного класса напряжения размеры конструкции муфты практически неизменны, и поэтому длина соединителя определяет длину муфты, а муфты с болтовыми соединителями значительно короче. Это является большим преимуществом при монтаже.
Соединители жил
Соединитель жил должен отвечать следующим требованиям:
безопасный монтаж без специального инструмента;
способность соединять алюминиевые и медные жилы однопроволочные и многопроволочные, круглые и секторные;
применимость для жил с продольной блокировкой влаги и с пропиточной изоляцией;
короткая и компактная конструкция;
оптимальная подстройка соединителя к жиле по диапазону сечений муфты;
способность работы в аварийных режимах при температурах проводника до +130°C.
Алюминиевый сплав корпуса соединителя (см. рис.) совмещает хорошую проводимость с достаточной пластичностью. Смещенные оси отверстий под болты позволяют уменьшить расстояние между болтами и взаимное влияние усилий, возникающих при затяжке. Правильный выбор диаметра болта из алюминиевого сплава гарантирует сжим всех проволок жил. Момент срыва головок выбирается таким образом, чтобы снять окисную пленку и не уменьшить эффективное сечение проводника за счет срезающего усилия. Высокое контактное давление и в то же время не очень большой момент скрутки головки болта обеспечиваются резьбой с шагом 1 мм.
Для многопроволочных жил необходимо достаточно большое давление для создания поперечного контакта между проволоками. Для малых сечений жил, чтобы совместить ось жилы и соединителя, нужна внутренняя вставка. Она должна иметь две направляющие, благодаря которым четко встанет в соединителе на место. Насечка на внутренней поверхности соединителя и вставки при затяжке болта одновременно снимает окисную пленку с проводника.
Испытания соединителей жил
Сегодня считается, что международная стандартизация процедуры испытаний соединителей не закончена. По таблице можно сравнить критерии испытаний соединителей по различным стандартам.
Сейчас международный стандарт МЭК IEC 61238–1:1993 [класс A] считается предпочтительным для соединителей кабельных жил, и в данное время обсуждаются просьбы многих энергетиков усилить этот стандарт испытанием соединителей на перегрузочную способность.
Существующий с 1999 года проект с поправками стандарта МЭК IEC 61238, а также проект стандарта CENELEC EN 61238–1:2001, ограничивают уровень применения соединителей до 35 кВ (Um = 42 кВ) и допускают во время испытаний большие величины относительного переходного сопротивления (увеличение l от 1.5 до 2.0). Авторы считают, что это плановое снижение требований, а не поиск компромиссов.
Испытания соединительной муфты в целом
Стандартизация испытаний для кабельной арматуры на средний класс напряжения как на национальных, так и на международном уровне завершена. Стандарты испытаний CENELEC действуют в странах ЕЭС, Норвегии, Швеции, Чехии, на Мальте и будут применяться вскоре и в других странах Центральной и Восточной Европы. Стандарты IEC (МЭК) – международные, а в Северной и Южной Америке действует стандарт IEEE.
Эти 3 стандарта сравнимы по их испытательным программам и уровням испытательного напряжения. Но они значительно отличаются в отношении длительности циклических испытаний: CENELEC – 1008 часов; IEC – 504 часа; IEEE – 720 часов.
Муфта должна считаться коротким куском кабеля, поэтому муфты, так же как и кабель, должны подвергаться долгосрочным испытаниям, которые выполняются с изменением нагрузки. Благодаря усилению нагрузки цикл испытаний сокращен до 1 года. В завершение изоляция должна пройти испытания в соответствии с требованиями CENELEC HD629.1.S1 на напряжение 12,7/22 (24) кВ для переменного, постоянного и импульсного напряжения, а также на частичный разряд.
После завершения испытаний образцы вскрывают (см. рис.). Все компоненты соединительных муфт должны быть в удовлетворительном состоянии, причем даже в областях с повышенной напряженностью электрического поля изоляция не должна претерпеть критических изменений.
При правильной конструкции соединителя, выполненного из алюминиевого сплава, исключающего протекание электрохимической реакции, в его области коррозия не обнаруживается.
Опыт эксплуатации
Универсальная система муфт стала распространяться в 90-х годах. Сейчас как минимум 100 тысяч муфт находятся в эксплуатации по всему миру. Это переходные муфты для соединения кабелей с пластмассовой изоляцией с кабелями с бумажной изоляцией, переходные муфты по сечению жил кабелей и для соединения кабелей с различной конструкцией и материалом жил. Часто универсальные муфты монтируют в экстремальных климатических условиях. В районах вечной мерзлоты температура во время монтажа составляет ниже –20°. В тропиках монтаж проводится в очень влажных условиях, иногда под проливным дождем или с повышенным уровнем грунтовых вод. В пустынях препятствие монтажу создает очень мелкий песок, причем обязательные монтажные палатки часто отсутствуют. В таких условиях чем меньше время работ, тем лучше качество монтажа. В заключение отметим, что концепция универсальных термоусаживаемых муфт полностью соответствует новым тенденциям в технологии монтажа и эксплуатации.
Авторы: Манфред Вилк, Вольфганг Хаверкамп "Тайко Электроникс Райхем ГмбХ, "Игорь Маркелов, ЗАО “РайЭнерго”