Проблема течей масла из-под оболочки и концевых заделок кабелей с БПИ-изоляцией и возможность ее устранения с применением электроизоляционных материалов компании 3М

Проблема течи масла  из-под оболочки и концевой заделки сопровождает всю историю  существования кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией. Во многом сложностью устранения  течи обусловлен переход на использование кабелей со сплошной экструдированной изоляцией, например, из сшитого полиэтилена. Тем не менее именно кабели с бумажно-пропитанной изоляцией (БПИ) сегодня наиболее часто применяются, по крайней мере, в сетях среднего напряжения.

Течь масла приводит к резкому обеднению изоляции, падению как диэлектрических характеристик, так и способности к теплоотводу. В конечном результате образование течей выводит кабельную линию из строя. Поэтому решение проблемы течей масла — главное условие продления срока службы такого типа кабеля.

Типовая конструкция кабеля с БПИ-изоляцией на среднее напряжение представлена на рис. 1 на примере кабеля СБГ-6 производства завода «Камкабель».

1 — медная токопроводящая жила; 2 — фазная бумажная изоляция, пропитанная минеральным маслом, вязким или нестекающим изоляционным пропиточным составом; 3 — заполнение из бумажных жгутов; 4 — поясная бумажная изоляция, пропитанная минеральным маслом, вязким или нестекающим изоляционным пропиточным  составом; 5 — экран из электропроводящей бумаги для кабелей  на напряжение от 6 кВ и более, 6 — свинцовая оболочка; 7 — подушка из битума и крепированной бумаги, 8 — броня из стальных лент.

Течь масла из-под оболочки и концевой заделки обусловлена несколькими факторами:
• перепадом высот при прокладке;
• температурным расширением металла, вызванным изменениями  режимов эксплуатации, в том числе наличием аварийных режимов;
• степенью пропитки бумажной изоляции минеральным маслом или нестекающим составом;
• внешним механическим воздействием на кабель и пр.

Однако неизменным условием отсутствия течей является полная герметизация кабеля по всей его длине, включая соединительные муфты и особенно концевые заделки,  пожалуй, самые уязвимые места кабеля с БПИ-изоляцией.

В советские времена концевая  заделка на кабеле с БПИ-изоляцией выполнялась с применением двух следующих технологий.

Первая технология. Концевые заделки внутренней установки со самосклеивающимися лентами типа ЛЭТСАР для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной изоляцией (рис. 2).

а — заделка, б — конусный уплотнительный вкладыш; 1 — наконечник, 2, 3 — подмотки из лент — ПВХ и ЛЭТСАР или ЛЭТСАР и ЛЭТСАР ЛПТ, 4 — бумажная изоляция жилы, 5 — крестообразная уплотнительная подмотка, 6, 9 — центральный и боковой вкладыши, 7 — бандаж из ленты ЛЭТСАР, 8 — герметизирующая подмотка, 10 — линия среза при изготовлении вкладыша.

Вторая технология. Концевые заделки напряжением до 10 кВ внутренней установки в стальных воронках (рис. 3).

а — заделка КВБо с овальной воронкой, б — заделка КВБк с круглой воронкой, в — малогабаритная заделка КВБм до 1 кВ; 1, 8 — нижний и верхний полухомутики, 2 — жила кабеля, 3 — фарфоровые втулки, 4 — крышка, 5 — воронка, 6 — болт, 7 — гайка, 9 — провод заземления, 10 — крышка заливочного отверстия, 11 — смоляная лента.

Первая технология являлась не самой надежной, а вторая — не самой дешевой. Однако за неимением третьей технологии обходились первыми двумя. Многое  изменилось после широкого внедрения на рынок технологии термической усадки.

Рассмотрим типовую концевую кабельную муфту производства компании 3М типа 92-EH для кабеля  с БПИ-изоляцией напряжением 10 кВ, выполняемую по технологии термической усадки.

Внешний вид и чертеж муфты представлены на рис. 4 (а и б).

1 — кабельный наконечник, 2 — токопроводящая жила, 3 — фазная изоляция, 4 — поясная изоляция, 5 — металлическая оболочка, 6 — броня, 7 — наружный покров, 8 — герметизирующая лента, 9 — прозрачная маслостойкая изоляционная  трубка, 10 — трекингостойкая и всепогодная трубка, 11 — трубка для регулирования электрического поля, 12 — клин для регулирования электрического поля, 13 — изоляционная мастика, 14 — термоусаживаемая перчатка, 15 — поясная манжета, 16 — проводящая бумага.

Технология монтажа этой муфты мало чем отличается от монтажа концевых термоусаживаемых муфт других производителей. Она состоит в том, что после разделки кабеля согласно инструкции следует последовательно установить на кабель термоусаживаемые изолирующие элементы.

Конечно, такая муфта смотрится привлекательнее, технологичнее и, что самое главное, надежнее своих предтечей. Тем не менее оболочки и концевых заделок и возможность ее устранения материалов компании 3М нередкими являются случаи, когда укладываемая  в корешок кабеля изоляционная мастика — важнейший элемент герметизации — со временем размывается, под перчаткой образуются пустоты, в которые устремляется масло. Учитывая тот факт, что давление масла в кабеле с БПИ-изоляцией может достигать 8 атм, со временем оно находит путь наружу и течет из-под перчатки.  С этого момента начинается процесс обеднения и ускоренного старения изоляции, который становится тем сильнее, чем больше перепад между верхним и нижним концами кабеля.

Причин тому, что технология дает сбой, несколько. Бытует обоснованное мнение, что одна из них — слишком молодая технология применения термоусадки на кабелях с БПИ-изоляцией. Герметики  не рассчитаны на столь длительный контакт с маслом. Со временем масло разъедает герметик, находит пути выхода  и начинает течь из-под перчатки. Еще одна из версий заключается в том, что на Западе, откуда пришла к нам эта технология, используются кабели с обедненной  БПИ-изоляцией, и эта проблема там не такая явная. Известны примеры и весьма мудреных конструкций концевых  муфт, в которых предусмотрено отверстие для доливки масла, что повышает срок службы кабеля. Не стоит забывать  и о проблеме качества монтажа арматуры, с которой мы сталкиваемся повсеместно. Некачественный монтаж концевых заделок резко повышает возможность появления утечек масла из-под муфты. Считается, что течь масла из-под кабельных муфт обуславливается совокупностью вышеизложенных факторов, к которым можно добавить еще такие, как брак при производстве материалов для монтажа, коррозия металлических оболочек,  механические повреждения муфт при монтаже и эксплуатации и пр.

Сегодня по проблеме устранения течей масла из-под концевых кабельных заделок специалистами ЗАО «3М Россия» ведется серьезная работа. В частности, использование  маслостойкого уплотнителя типа силиконовой мастики (рис. 5) позволяет решить главную задачу — уменьшить интенсивность течей.

При этом специалистами компании 3М и ее партнерами предложен и опробован метод монтажа соединительных и концевых кабельных муфт без применения огневых технологий. Это метод монтажа муфт с принудительным  нагнетанием электроизоляционного  компаунда (RPM — resin pressure method). Изначально метод RPM использовался для монтажа кабельных муфт в угольных шахтах, где применение огня категорически запрещено.

Способ принудительного нагнетания  компаунда представляет собой особую технологию сращивания и оконцевания кабеля. Этот способ разработан компанией ЗМ специально для выполнения работ в труднодоступных местах, например, при вертикальном кабельном вводе, в углах и высоко расположенных местах, т.е. там, где нельзя установить  муфту обычным способом. С помощью технологии принудительного нагнетания компаунда, например,  можно восстановить поврежденную оболочку кабеля, изготовить соединительную, концевую, защитную муфту-кожух на кабеле среднего напряжения.

Суть метода состоит в том, что корпус муфты представляет собой комбинацию самослипающихся изолирующих,  губчатых и герметизирующих  лент, образующих некое подобие  кокона, внутрь которого при помощи специального шприца закачивается  электроизоляционный хим- и влагостойкий компаунд (рис. 6, 7).

У этого метода существует ряд следующих преимуществ:
• технология особенно эффективна при вертикальном монтаже;
• применяется для кабеля любого сечения;
• отсутствует ограничение по длине муфты;
• универсальна в применении;
• отсутствие огня при монтаже;
• технология имеет разрешение Ростехнадзора на использование в горнодобывающей промышленности.

При более детальном рассмотрении оказалось, что муфты, выполненные по RPM-технологии, отличаются не только высокими электроизоляционными, но и прочностными характеристиками как при радиальном, так и при осевом внешнем воздействии. Застывший хим- и влагостойкий компаунд дает отличный контакт с оболочкой, препятствуя как попаданию влаги внутрь муфты, так и образованию течей из-под нее. Это касается как соединительных, так и концевых муфт.

Этапы монтажа концевой муфты представлены на рис. 8.

За годы успешного применения в горном деле этот метод настолько понравился энергетикам предприятий, что ему были найдено весьма неожиданное  применение — ремонт уже существующих соединительных муфт и концевых заделок, а также поврежденных оболочек, из-под которых осуществляется течь масла. В мае 2010 г. был осуществлен опытный монтаж ремонтной муфты-кожуха поверх эпоксидной  соединительной муфты на кабеле с БПИ-изоляцией в цехе коксохимического  производства Череповецкого металлургического комбината ОАО «Северсталь». Течь масла была устранена. Технология получила положительный отзыв от энергетиков цеха, и сейчас ведутся работы по ее внедрению на производстве.

Применение RPM-технологии на практике позволяет забыть о традиционных  проблемах кабелей с БПИ-изоляцией.