Муфты для кабелей с бумажной изоляцией
Муфты для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией: конструкция, типы, технология монтажа и эксплуатация
Кабели с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ), несмотря на развитие полимерных технологий, остаются в эксплуатации на высоковольтных линиях электропередачи (от 6 кВ до 500 кВ) благодаря высокой электрической прочности, надежности и длительному сроку службы. Ключевым элементом для создания неразрывной и герметичной кабельной линии на основе таких кабелей являются соединительные и концевые муфты. Их основная функция – обеспечение электрической целостности, сохранение герметичности изоляции от влаги и воздуха, механическая защита и перенаправление электрического поля.
Особенности кабелей с БПИ и требования к муфтам
Бумажная изоляция, пропитанная вязким маслоканифольным составом или синтетическим маслом под давлением, обладает высокой гигроскопичностью. Проникновение влаги или воздуха приводит к резкому снижению электрической прочности и старению изоляции. Поэтому муфта для кабеля БПИ – это, прежде всего, герметичная конструкция, исключающая контакт изоляции с окружающей средой. Второй критический аспект – необходимость контроля и компенсации давления пропитки в кабеле, особенно для кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией и кабелей с избыточным давлением масла.
Классификация муфт для кабелей БПИ
По функциональному назначению
- Соединительные муфты (СМ): Предназначены для соединения двух или более отрезков кабеля в одну линию. Должны обеспечивать электрический контакт, герметизацию и механическую прочность. Могут быть проходными, ответвительными или переходными (для соединения кабелей разных типов или сечений).
- Концевые муфты (КМ): Устанавливаются на концах кабельной линии для подключения к электрооборудованию (шинопроводам, трансформаторам, ячейкам КРУ) или воздушным линиям. Бывают наружной (открытой) и внутренней установки.
- Стопорные муфты: Применяются в кабельных линиях с избыточным давлением масла для секционирования масляных потоков и предотвращения больших потерь масла в случае повреждения.
- Муфты с эпоксидным заливным компаундом: Наиболее распространенный тип для кабелей до 35 кВ. Герметизация и изоляция создаются заливкой полости муфты эпоксидной смесью. Не требуют постоянного обслуживания.
- Чугунные муфты: Классическая конструкция для кабелей 6-10 кВ. Представляют собой разборный чугунный корпус, заполненный битумной или кабельной массой (МБ-70, МБ-90). Отличаются высокой надежностью, но трудоемким монтажом.
- Муфты для кабелей с обедненно-пропитанной изоляцией: Имеют встроенный резервуар (расширитель) с маслом, компенсирующий температурные изменения объема пропитки и поддерживающий избыточное давление.
- Муфты для кабелей с избыточным давлением масла: Сложные металлические конструкции, связанные с системой подпитки маслом, с манометрами и устройствами сигнализации.
- Металлический корпус (чаще всего разборный из чугуна или алюминия) или эпоксидный кожух.
- Внутренняя изоляция: Рукава из лакированной бумаги или ленты, наложенные конусообразно на месте соединения жил для плавного распределения электрического поля.
- Соединение жил: Опрессовка гильзами (медными или алюминиевыми) либо сварка.
- Экраны и заземление: Восстановление проводящих экранов и брони с помощью медной сетки и соединение их с перемычкой заземления.
- Герметизирующая заливочная масса (битумная, эпоксидная) или масло.
- Уплотнительные манжеты и сальники для ввода кабеля.
- Подготовка кабелей: Установка муфты в котловане или кабельном колодце. Разделка концов кабеля: послойное снятие брони, свинцовой оболочки, поясной изоляции и фазной бумажной изоляции с соблюдением геометрических размеров.
- Соединение жил: Опрессовка жил медной гильзой с помощью гидравлического пресса.
- Восстановление изоляции: Многослойная ручная намотка на место соединения жил и ступеньки разделки лакированных или крепированных бумажных рукавов с наложением экранирующих слоев. Каждый слой пропитывается специальным маслом или составом.
- Герметизация: Установка свинцового кожуха (при его наличии) и пайка его к свинцовым оболочкам кабеля. Монтаж разборного чугунного корпуса с установкой резиновых уплотнений.
- Заливка массы: Предварительный прогрев корпуса и заливка расплавленной битумной массы (t ~ 160-180°C) через заливочное отверстие. Заливка производится в два этапа для усадки.
- Завершение работ: Установка крышки, подключение заземляющего проводника, испытание изоляции повышенным напряжением.
По способу обеспечения герметичности и управления давлением
Конструкция и основные компоненты муфты
Типовая конструкция соединительной муфты для кабеля 10 кВ с БПИ включает следующие элементы:
Технология монтажа соединительной муфты на кабель 10 кВ с БПИ
Монтаж – критически важный процесс, определяющий надежность всей линии. Выполняется квалифицированным персоналом в строгой последовательности.
Основные этапы монтажа чугунной соединительной муфты
Сравнительная таблица типов муфт для кабелей БПИ 6-10 кВ
| Тип муфты | Материал корпуса / наполнения | Класс напряжения | Преимущества | Недостатки | Область применения |
|---|---|---|---|---|---|
| Чугунная заливочная (СЧ, МЧ) | Чугун / Битумная масса (МБ-70, МБ-90) | 6-10 кВ | Высокая механическая прочность, долговечность, ремонтопригодность. | Трудоемкий монтаж, необходимость работы с открытым огнем (плавка массы), большие габариты и вес. | Традиционные линии, колодцы, тоннели. |
| Эпоксидная заливочная (СТЭ, КВЭт) | Пластиковый или металлический кожух / Эпоксидный компаунд | 6-10 кВ | Более простой и быстрый монтаж, отсутствие открытого огня, высокая адгезия и герметичность, малые габариты. | Невозможность разборки и ремонта, критичность к точности дозировки и подготовки компонентов. | Любые помещения, кабельные сооружения, где ограничено пространство. |
| Свинцовая паяная | Свинцовый кожух / Масло-канифольная композиция | До 35 кВ | Высокая герметичность и гибкость, хорошие диэлектрические свойства. | Требует высокой квалификации для пайки свинца, экологическая вредность свинца. | Специальные линии, исторический монтаж. |
Эксплуатация, диагностика и ремонт
Эксплуатация муфт предполагает регулярный визуальный осмотр на предмет подтеков масла или массы, коррозии корпуса, состояния заземления. Для муфт с расширителями контролируется уровень масла. Диагностика включает измерение сопротивления изоляции, тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и испытание повышенным напряжением выпрямленного тока. Наиболее частые дефекты: потеря герметичности (подсос воздуха и влаги), старение заливочной массы (появление трещин), перегрев контактного соединения, коррозия корпуса. Ремонт, как правило, заключается в замене муфты целиком, для чугунных муфт возможна локальная перезаливка массы после выявления и устранения причины течи.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем принципиально отличается монтаж муфты на кабель БПИ от монтажа на кабель с XLPE-изоляцией?
Ключевое отличие – абсолютная необходимость герметизации и работа с жидкой/вязкой пропиткой. Монтаж муфты БПИ включает операции по пайке свинцовой оболочки или установке гермоввода, восстановлению бумажной изоляции ручной намоткой и заливке герметизирующей массы. Монтаж муфты на кабель с сшитым полиэтиленом (XLPE) основан на механической или термоусаживаемой изоляции, не боится влаги в процессе монтажа и не требует операций с заливочными составами.
Можно ли использовать муфты для кабелей БПИ в вертикальных шахтах?
Для вертикальных участков применяются специальные концевые и соединительные муфты, рассчитанные на вертикальную установку. В чугунных муфтах используются заливочные массы с повышенной температурой каплепадения. Чаще для этих целей применяются эпоксидные муфты, которые после полимеризации не текут, или специальные конструкции с масляным расширителем, обеспечивающим постоянное давление по всей длине трассы.
Как определить, что в муфту проникла влага?
Косвенными признаками являются падение сопротивления изоляции кабельной линии, увеличение tg δ при диагностических измерениях. Визуально – подтеки массы, вздутие корпуса. При вскрытии – изменение цвета и структуры бумажной изоляции (потемнение, рыхлость), наличие влаги в заливочной массе.
Каков средний срок службы правильно смонтированной муфты?
Срок службы муфты должен быть сопоставим со сроком службы кабеля БПИ и при соблюдении условий эксплуатации, правильном монтаже и обслуживании составляет 25-30 лет и более. Наибольшее влияние оказывают температурные циклы, вибрационные нагрузки и сохранение герметичности.
Какие альтернативы существуют ремонту старой чугунной муфты?
Современной альтернативой является полная замена участка кабеля с муфтами на кабель с полимерной изоляцией (XLPE). Если это невозможно, производится вырезка дефектной муфты с отрезком кабеля и монтаж новой соединительной муфты, часто эпоксидного типа, как более технологичной. Также возможно применение ремонтных комплектов на основе термоусаживаемых материалов, но это, как правило, временное решение для кабелей БПИ.
Заключение
Муфты для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией представляют собой сложные инженерные узлы, от качества которых напрямую зависит надежность высоковольтной кабельной линии. Их конструкция и технология монтажа исторически отработаны до высокой степени надежности, но требуют от персонала глубоких знаний и навыков. Понимание принципов работы, типов муфт и строгое соблюдение технологических карт при монтаже и обслуживании являются обязательным условием для обеспечения длительной и безотказной работы энергетических объектов, основанных на кабельных линиях с БПИ. С развитием материалов все большее распространение получают эпоксидные и комбинированные конструкции, однако классические чугунные муфты остаются в эксплуатации и продолжают выполнять свои функции при должном обслуживании.