"ТАТКАБЕЛЬ" – технология производства кабеля 330 кВ

Современное представление о качестве изделий основано на принципе наиболее полного выполнения требований и пожеланий потребителя, и этот принцип должен быть заложен в основу проекта любого изделия.

Как известно, качество неразрывно связанно с технологией, что в переводе с древнегреческого означает искусство, мастерство. В широком смысле, слово «технология» означает совокупность методов, процессов и материалов, используемых в производстве, а также научное описание технологии производства.

Изготовление кабеля напряжением 330 кВ относится к новой технологии завода «ТАТКАБЕЛЬ», то есть к наукоёмкой технологии, которая имеет высокий потенциал развития.

В этой статье хотелось бы затронуть некоторые особенности технологии завода «ТАТКАБЕЛЬ», которые применяются для обеспечения качества кабелей из сшитого полиэтилена напряжением 330 кВ.

Если говорить просто, то можно сказать, что надежность кабеля, его скок службы зависит от срока службы изоляции. Поэтому при проектировании конструкции кабеля, напряжением 330 кВ, мы сделали упор на обеспечение длительной работы изоляционной системы, то есть на предотвращение процессов, способствующих деградации изоляции. К таким мерам относятся:

1. Обеспечение высокой чистоты поверхности токопроводящих жил;
2. Применение изоляционных материалов высокой чистоты и недопущение их загрязнения в процессе производства;
3. Защита изоляции от попадания влаги в процессе изготовления и эксплуатации;
4. Максимальное распределение электрического поля в изоляции и сведение к минимуму мест локального увеличения электрического поля;
5. Устранение возможности миграции свободных ионов в изоляцию;
6. Защита изоляции от механических воздействий во время прокладки и эксплуатации;
7. Защита изоляции от негативного воздействия окружающей среды;
8. Защита изоляции от пагубного воздействия несоответствующих режимов работы изоляции во время эксплуатации.

Перед рассмотрением технологических особенностей вспомним конструкцию высоковольтного кабеля.

Токопроводящая жила

В основном в высоковольтных кабелях применяют жилы двух типов круглой многопроволочной уплотненной конструкции до 800 мм² (рис. 2) и сегментированной конструкции от 1000 мм² (рис. 3). В обоих вариантах обязательным условием является обеспечение округлости жилы в процессе ее изготовления и сохранение ее формы на операции наложения изоляции.

Рисунок 2	Рисунок 3

Для каждой конструкции жилы эта задача решается по-разному.

Так для круглой жилы основными параметрами являются коэффициент уплотнения, кратность шага наложения проволок, и коэффициент укладки проволок в повиве (слое проволок).

1. Коэффициент уплотнения жилы – это отношение площади метала в жиле ко всей площади жилы, включая пустоты.
2. Кратность шага – это отношение длины шага скрутки к диаметру окружности, на которую накладывается, повив проволок.
3. Коэффициент укладки проволок выражает свободное расстояние между проволоками в повиве до их уплотнения.

Взаимосвязь этих параметров определяет стабильность жилы в процессе производства и эксплуатации кабеля.

При неверном выборе одного или нескольких параметров, при проектировании жилы, ее конструкция становится не устойчивой, что может привести к нарушению конфигурации и неравномерному наложению полупроводящего слоя по жиле, как это изображено на рис. 4.

Рисунок 4	Рисунок 5

На рисунке 4 изображен результат расхождения проволок наружного повива и как следствие искривление внутреннего проводящего слоя по жиле. Подобное искривление экрана ведет к искривлению электрического поля в изоляции, образуя в ней зоны повышенной напряжённости. Это ведет к усилению деградации изоляции и уменьшению срока службы кабеля в целом.

На рисунке 5 изображен фрагмент кабеля с жилой и проводящим экраном, изготовленным необходимого качества.

Полупроводящий экран по жиле и по изоляции

Как выше указывалось, назначение полупроводящего экрана – это сглаживания неровностей на поверхности токопроводящей жилы, либо экрана и создание равномерного радиального электрического поля в изоляции. Поверхность полупроводящего экрана должна выполнить максимальное сглаживание электрического поля по всей поверхности и длине кабеля. Распределение поля в кабеле с полупроводящим слоем и без него схематически изображено на рис. 6.

Рисунок 6

Для обеспечения функции проводника в материал полупроводящих слоев вводится сажа. Ее объем составляет порядка 40%. Качество применяемой сажи является важным параметром при изготовлении проводящих материалов.

Получение сажи возможно двумя способами:

1. Неконтролируемый способ – сжигания материалов в печи;
2. Контролируемый способ – сжигание (пиролиз) ацетилена с образованием ацетиленовой сажи.

Уровень химического загрязнения, или содержания посторонних ионов, в ацетиленовой саже значительно ниже, а также существенно меньше размеры частиц. Оба этих параметра являются обязательным требованиям при производстве полупроводящих материалов для кабелей сверхвысокого напряжения. Содержание посторонних ионов в саже создает условия для миграции их в толщу изоляции и развития процессов образования триингов. Наличие же крупных частиц в саже приводит к появлению локальных неровностей на поверхности полупроводящего слоя и как следствие увеличению напряжённости электрического поля и уменьшению срока службы кабеля. Для сравнения, размер ацетиленовой сажи составляет 0,05 мкм, апечной сажи порядка 30 мкм.

Изоляция

Для кабелей сверхвысокого напряжения характерно, что их изоляция работает в очень сильных электрических полях, значение которых составляют порядка 14 кВ/мм. Это обстоятельство определяет жесткие требования к качеству материала изоляции, которые выражаются в нормировании предельно допустимых размеров дефектов и в требованиях к электрическим испытаниям.

Однако, не достаточно применить сверхчистый материал. Следует правильно использовать данный материал, не допустив его загрязнения в процессе производства.

Для этого, на заводе «ТАТКАБЕЛЬ», в процессе наложения изоляции, изоляционный материал в виде гранул загружается в экструдеры из специальной чистой комнаты, которая предназначена для защиты материала от попадания любых частиц. Подача изоляционных материалов к экструдеру происходит гравиметрическим способом, то есть подаётся под собственным весом с минимальным трением гранул. Данный способ транспортировки обязателен, так как исключает образование пыли в материале. Процесс, во время которого накладываются три слоя, полупроводящий внутренний слой, изоляция и полупроводящий внешний слой, на заводе выполнятся одновременно с контролем геометрии по всем слоям в режиме on-line.

Так как толщина накладываемых слоев в кабеле 330 кВ достаточно велика и в сумме составляет порядка 38-33 мм, необходимо предпринимать меры для обеспечения сохранения геометрии, пока материал еще текучий и не прошел стадию сшивки, то есть предотвратить эффект «стекания изоляции». Эта задача решается несколькими способами:

1. Изоляционный материл должен быть выбран с необходимой вязкостью;
2. Оборудование оснащено системой EHT (Entry Heat Treatment – термообработка на входе). Система EHT обеспечивает резкое охлаждение только что сформированной изоляционной системы сразу после ее наложения. Это обеспечивает фиксирование геометрии экструдированных слоёв и тем самым замедляет стекание;
3. Линия имеет возможность вращения изолированной жилы в процессе изолирования. Вращение не дает возможность стекания изоляции, так как вращающаяся заготовка непрерывно изменяет свое положение.

Помимо этого, оборудование оснащено компьютеризированным управлением технологического процесса с обеспечением следующих функций:

1. Автоматический расчет технологических параметров работы линии. Данная функция линии обеспечивает расчет параметров изолирования (объем накладываемого материала), сшивки (расчет температуры и времени необходимого для распада пероксида внутри изоляции) и охлаждения полуфабриката с заданными параметрами;
2. Синхронизацию всех узлов во всех режимах работы;
3. Мониторинг, запись и хранение всех параметров процесса. Информирование оператора о отклонении в любом из заданных параметров работы линии;

Читайте продолжение на http://энергия-единой-сети.рф/about/archive/

Подписка на журнал «Энергия Единой сети»: http://энергия-единой-сети.рф/about/subscribe/