Какой кабель ставят под давлением
СОДЕРЖАНИЕ КАБЕЛЕЙ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ВОЗДУШНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
ЛЕКЦИЯ 17. СОДЕРЖАНИЕ КАБЕЛЕЙ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ВОЗДУШНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
МЕТОДЫ И CРЕДСТВА СОДЕРЖАНИЯ КАБЕЛЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Содержание кабелей под постоянным избыточным газовым давлением является наиболее эффективным средством повышения надежности кабельных линий, так как систематически контролировать состояние оболочки кабелей, определять место ее повреждения и предохраняет кабель от проникновения влаги. Для содержания междугородного кабеля под давлением кабельная линия разделяется на секции герметичности. Длина секции герметичности составляет для коаксиальных кабелей КМ-8/6, КМ-4 и МКТС-4 — 18 км, симметричных МКС-4Х4 и 7Х4 — 20 км. Герметичность концов секций обеспечивается гaзoнeпpoнепроницаемыми, которые устанавливаются в усилительных пунктах перед включением в оконечные устройства.
На симметричных кабелях используются газонепроницаемые муфты, залитые внутри эпоксидным компаундом, а на коаксиальных кабелях — специальные газонепроницаемые муфты заводского изготовления типа ОКГМ.
Постоянное избыточное давление в кабеле может поддерживаться двумя способами: автоматической подкачкой газа по мере его утечки или периодической подкачкой газа. В настоящее время наибольшее распространение получил первый способ. Для этой цели используется установка УСКД. Ранее применялась АКОУ.
Схема содержания междугородного кабеля с длиной секции герметичности 18 КМ под постоянным давлением с использованием установок УСКД приведена на рис. 17.1. В качестве источника сжатого газа применяются баллоны высокого давления или компрессорные установки
Рис. 17.1. Схема содержания кабелей под избыточным газовым давлением:
1 кабель; 2 разветвительная муфта; 3 распределительные кабели; 4 газопровод; 5 муфта ГМС; 6 муфта ОГКМ; 7 бокс; 8 АКОУ; 9 баллон; 10 муфта соединительная
Емкость баллонов 40 л, давление газа 14 700 кПа (150 кгс/см2). Давление компрессора 294786 кПа (38 кгс/ см2). Допускаются следующие величины давления в различных кабелях: КМ-8/644(0,45); КМ-464(0,66); МКС-7Х4-62(О,65); МКС-4Х472 (0,73); МКС-1Х4108(1,1) кПа (кгс/ см2).
Эффективность содержания кабеля под избыточным давлением в значительной степени зависит от количества газа, помещающегося в кабеле (на единицу длины), а также от скорости распространения газа. При разгерметизации кабельной линии, т. е. появлении отверстия, струя выходящего через него газа предохраняет кабель от проникновения влаги. Чем больше отверстие, тем быстрее будет снижаться давление в районе повреждения, и поэтому чем больше запас газа (в кабеле) и чем быстрее он будет распространяться от источников подкачки до района повреждения, тем продолжительнее будет защитное действие избыточного давления.
Количество и скорость распространения газа в кабеле зависит от его типа и конструкции, особенно от плотности сердечника. Свободный объем газа в 1 км кабеля составляет: КМБ-8/6860; КМБ-4450; МКС-7Х7 150; МКС-1Х435 л. Пользуясь этими данными, можно определить, сколько необходимо газа для накачки кабельной линии любой длины до заданного избыточного давления.
Для осуществления непрерывного контроля за герметичностью оболочки кабеля, а также определения района повреждения используются методы учета расхода газа и манометрический.
Метод учета расхода газа основан на учете расхода газа, подаваемого в кабель с обоих концов участка для компенсации утечки , вызванной повреждением оболочки. Учитывая, что при установившемся режиме распределения давления в кабеле объем газа, подаваемого с обоих концов участка для компенсации утечки, обратно пропорционален расстоянию до места утечки, по расходу газа за единицу времени определяют район повреждения. При этом методе отпадает необходимость в специальных сигнальных жилах. Метод позволяет определить район повреждения, если на участке имеется только одно место утечки.
Манометрический метод основан на f одновременном измерении манометрами давления в нескольких точках участка, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. По результатам измерений строят график распределения давления, характеризующийся двумя наклонными кривыми, расходящимися от места утечки газа. Пересечение этих кривых соответствует району утечки газа (рис. 17.2). Для определения места нарушения герметичности кабеля (после установления района повреждения) наиболее эффективным является метод использования индикаторных газов, способных перемещаться в почве (или другом газе) в сторону меньших концентраций. Распространяясь по кабелю, Lиндикаторный газ выходит сквозь поврежденную оболочку в грунт и через некоторое время достигает поверхности земли, где его можно обнаружить с помощью индикаторных приборов. В качеств индикаторного газа для определения места повреждения обычно используется фреон-22 (дифторхлорметан)
Метод состоит в следующем. По всей длине района повреждения кабелеискателем уточняется и обозначается вешками трасса кабеля 1,52 м над кабелем пробивают шурфы диаметром 23 см и глубиной 25-30 см. Предварительно обследуют галоидным течеискателем поврежденный участок для установления причины естественного «фона», создаваемого галоидосодержащими примесями почвы.
Рис. 17.2. Манометрический метод определения района повреждения кабеля
В ближайшую к границе района повреждения муфту впаивают вентиль и снижают в этом месте избыточное давление ( открывают вентиль на 2030 мин). В течение 5-10 мин в кабель вводят фреон-22 под давлением 5060 кПа. Для обеспечения движения индикаторного газа по кабелю вдоль поврежденного участка после фреона-22 в кабель сухой воздух под давлением 50-60 кПа. Через 1215 ч после введения фреона приступают к обследованию трассы, для чего в шурфах выносным щупом течеискателя берут пробы воздуха. Максимум газа наблюдается непосредственно над местом повреждения кабеля. При неблагоприятных условиях прохождения фреона в грунте место•повреждения кабеля может быть обнаружено через 57 суток.
В качестве источников сжатого газа для испытания герметичности кабеля и содержания его под постоянным избыточным давлением используются компрессорные установки, баллоны высокого давления и установки для ручной накачки кабеля.
Компрессорные установки предназначены для нагнетания газа в кабель и наполнения им баллонов высокого давления. Последние изготовляются на рабочее давление 10, 15, 20 МПа и состоят из опорного башмака, цилиндрического корпуса, в горловине которого имеется внутренняя резьба для опорного вентиля. На горловине укреплено кольцо с резьбой, на которое навинчивается предохранительный колпак.
Галоидный течеискатель ГТИ-3 (рис. 17.3) предназначен для обнаружения мест утечки галоидосодержащих газов (фреон-22). Он состоит из измерительного блока и выносного щупа. Вентиляционное устройство, расположенное совместно с датчиком в выносном щуп«, непрерывно втягивает воздух в междуэлектродное пространство датчика, представляющего собой диод с платиновыми электродами.
Ток датчика при наличии примеси фреона резко возрастает, сопротивление падает, что регистрируется стрелочным прибором. Кроме того, уменьшение сопротивления изменяет частоту колебаний звукового генератора (чем больше ионный ток, тем выше частота), что позволяет использовать также звуковой индикатор.
Определение места повреждения оболочки кабеля и ее негерметичности производится в два этапа: сначала с помощью установок содержания кабеля под давлением определяется район повреждения кабеля, а затем путем подачи индикаторного газа точно находится место негерметичности оболочки.
Рис. 17.3. Галоидный течеискатель ГТИ 250
сто повреждения оболочек и ее негерметичности определяется подачей в кабель индикаторного газа. Распространяясь по кабелю, газ выходит сквозь поврежденную оболочку на поверхность земли, где и обнаруживается индикаторными приборами. Для указанной цели используются углекислый газ, радон, радиоактивный газ и фреон. Наибольшее применение получил газ фреон. Он инертен к металлам, нетоксичен и не воспламеняется.
СИСТЕМЫ СОДЕРЖАНИЯ КАБЕЛЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Установка для содержания кабеля под давлением УСКД предназначена для автоматической подачи воздуха в кабели связи, поддержания в них постоянного избыточного давления и контроля герметичности. Установка позволяет следить за величиной давления и расходом газа, получать сигнал о нарушении герметичности и определять район повреждения кабеля. Габаритные размеры УСКД 480 X Х200Х540 мм; масса 37 кг. Общий вид установки приведен на рис. 17.4, а структурная схема на рис. 17.5.
Рис. 17.4. Общий вид установки УСКД
Рис. 17.5. Структурная схема УСКД:
1 баллон; 2, 5 осушительные камеры; 3 редуктор высокого давления; 4 редуктор низкого давления; 6 сигнализатор; 7 индикатор влажности; 8 блок ротаметров; 9 ротаметры; 10, 11 манометры; 12, 13, 14 предохранительные клапаны; I5 штуцер
Газ из баллона высокого давления 1 через осушительную камеру высокого давления 2 подается в редуктор 3 с обратным клапаном (при питании установки от компрессора газ подается через штуцер /5), а затем в редуктор низкого давления 4, на выходе из которого образуется стабильное давление 49 кПа (0,5 кГс/см2), поддерживаемое автоматически. Далее газ проходит через осушительную камеру низкого давления 5, пневматический сигнализатор 6, индикатор влажности 7 и блок ротаметров 8, где с помощью ротаметров 9 контролируется расход газа в каждом кабеле. Электроконтактный манометр 10 контролирует давление в баллоне, а манометр 11давление газа, подаваемого в кабель. Безопасность работы установки обеспечивается тремя предохранительными клапанами — 12,13,14. Обратный клапан редуктор отключения баллона высокого давления от установки пр снижении давления.
Пневматический сигнализатор 6 оборудован группой электрических контактов, при замыкании которых подаются сигналы в цепь телесигнализации.
Район нарушения герметичности определяется по расходу газа с помощью воздушного контактного прибора ВКП-1, входящего в комплект установки УСКД.
Для содержания городских телефонных кабелей под избыточным давлением предназначена компрессорно-сигнальная установка (КСУ).Последняя устанавливается на АТС и позволяет содержать под давлением до 30 кабелей и следить за герметичностью оболочки каждого кабеля. В качестве источника питания используется переменный ток напряжением 220 В или постоянный ток напряжением 60 В кабели подается избыточное давление порядка 50 кПа.
Рис. 17.6. Структурная схема КСУ:
1 — компрессорная группа; 2 — блок осушки; 3 — распределительный статив; 4 — ресивер; 5, 15 — манометры; 6 — электродвигатель; 7 — компрессоры; 8 — обратный канал; 9 — осушитель; 10 — кларометр; 11 — индикатор влажности; 12 — редуктор; 13 — коллектор; 14 — ротаметр; 16 — сигнальный ротаметр; 17 — обводной вентиль; 18 — автоматики.
Структурная схема КСУ приведена на рис. 17.6. Установка состоит из компрессорной группы 1, блока осушки и автоматики 2 и распределительного статива 3. При понижении давления в кабеле и ресивере 4 до предельно допустимой величины срабатывает электроконтактный манометр 5, регулирующий давление в ресивере, с помощью устройств автоматики 18 включается электродвигатель 6 и запускаются компрессоры 7. В случае повышения давления в ресивере до верхнего предела компрессоры останавливаются. Контроль за величиной давления на выходе осуществляется манометром 15. С помощью ротаметра 14 по расходу газа можно определять район повреждения оболочки кабеля. Установка имеет общую звуковую и оптическую сигнализацию о появлении аварийной утечки. Герметичность концов кабелей обеспечивается газонепроницаемыми муфтами, которые устанавливаются в шахтах перед перчаткой, где линейный кабель распаивается на 100X2, а на другом конце в шкафных колодках а кабелях 100X2, включаемых в боксы.
Источник
Силовые кабели — Кабель под давлением
Страница 19 из 45
В 1932 г. был опубликован ряд сообщений о другом методе устранения недостатков, свойственных кабелям, пропитанным вязкой массой. Наиболее полное и исчерпывающее изложение этого метода было дано М. HOchstadter’oм, W. Vogel’eM и. Е. Bowden’oм [47]. Новый метод решения задачи был основан на том факте, что при высоком давлении, оказываемом на диэлектрик, состоящий из пропитанной кабельной бумаги, пробойная электрическая прочность как функция времени приложения напряжения сильно поднимается. Самый факт такого повышения пробойной прочности был еще раньше открыт L. Emanuelli, но широко использован он был только в так называемом „кабеле под давлением», выполненном вышеуказанными инженерами на заводе Felten u. Guilieaume в Германии и на заводе The Enfield Cable Works Ltd в Лондоне. Идея этого нового кабеля состоит в том, что изготовленный обычным способом кабель, пропитанный вязкой массой, помещается в герметический трубопровод, в котором находится под высоким давлением газ. Схема такого кабеля дана на фиг. 81. Авторы считают, что этот кабель имеет то существенное преимущество перед маслом наполненным кабелем, что при его применении нет нужды отступать от старых испытанных методов изготовления силовых кабелей. Для получения желаемого эффекта было выбрано давление на свинцовую оболочку извне посредством газа, а не давление с помощью масла на находящуюся внутри кабеля пропиточную массу, так как масло очень плохо передавало бы давление вдоль кабеля, с одной стороны, и так как возникают большие трудности, связанные с укреплением свинцовой оболочки, с другой стороны. Газ же, отличаясь легкой подвижностью и сжимаемостью, дает прекрасные результаты. Проведенные авторами опыты показали, что при приложении газового давления изнутри кабеля через полую жилу эффект давления используется не в полной мере, что вероятно зависит от растяжения изнутри кабельной изоляции.
Фиг. 81. Сечение кабеля под давлением.
Чтобы убедиться в том, что свинцовая оболочка кабеля может служить при передаче давления перепонкой, изобретателями были сняты кривые зависимости tgб от напряжения до и после цикла нагрева (кривые устойчивости) для разных давлений на кабель. Результаты исследований на кабеле типа H-SO, который будет описан ниже и который ничем существенным не отличается от Н-кабеля, показаны на фиг. 82.
Фиг. 82. Кривые устойчивости кабеля типа H-SO при pазныx давлениях по W. Vogel.
Этот кабель был построен для 25 кВ, имел сечение 3 X 95 мм2 при толщине изоляции в 7 мм; на фиг. 82 изображены кривые ионизации этого кабеля для диапазона давлений от 0 до 12 at до и после цикла нагрева до 70°С при токе нагрузки в 300 А. Кривые наглядно показывают, насколько увеличивается устойчивость кабеля при повышении на него давления. На фиг. 83 показаны кривые жизни двух Н-кабелей, снятые при разных давлениях. Один из испытанных кабелей имел сечение 35ммгитолщину изоляции4,5тт, другой —120 мм2 и толщину изоляции 9 шт. Фиг. 83 показывает, что при отсутствии внешнего давления (0 at) кривые жизни приближаются к асимптоте при градиенте напряжения около 18 кВ/мм, а при давлении 15а1уже только при 40кВ/мм. T.e.длительная электрическая прочность кабеля в этом случае повышается более чем вдвое, хотя моментальная электрическая прочность остается одинаковой для всех давлений. Такой характер кривых жизни позволяет увеличивать рабочее напряжение кабеля примерно вдвое.
Фиг. 83. Кривые жизни кабеля при разных давлениях по W. Vogel’io.
При практическом выполнении идеи были использованы стальные трубопроводы, поскольку к этому времени уже накопился богатый опыт техники газопроводов невысокое давление. Такие трубы длиной каждая около 10—14 м сначала прокладывались в траншее, а затем сваривались автогеном, причем около каждого места сварки находилась разгружающая складка, изображенная отдельно на фиг. 84 и служащая для разгрузки места сварки от влияния колебаний температуры. Собранный трубопровод закрывался по концам и испытывался давлением. Трубы посредством особой обмазки и обмотки специальным материалом защищались от химических влияний. Кабель протягивался после сборки трубопровода. Примерная разница диаметров кабеля и трубопровода может быть равна только 10— 20 мм. Опыт показал, что в такой трубе может быть без труда протянуто до 500 м кабеля, так что практические границы строительной длины кабеля определяются возможностями транспорта.
Фиг. 84. Разгружающие складки на месте сварки двух стальных труб для кабеля под давлением.
Благодаря прокладке в трубе можно было бы опасаться увеличения нагрева кабеля при обычных нагрузках. Этого явления, однако, не наблюдалось. Причиной явилось, во-первых, то, что кабель не имел джутового покрытия, поэтому благодаря хорошему металлическому контакту свинцовой оболочки с трубой отвод тепла улучшился, кроме того, давление, под которым находился газ, также заметно влияло на уменьшение перегрева. На фиг. 85 показаны результаты опытов с нагревом кабеля типа H-SO сечением 3×120 мм2 с толщиной изоляции 6 мм, проложенного в трубе, имевшей диаметр в свету 80 мм. Верхняя пунктирная кривая а дает кривую нагрева для обычного H-SO кабеля, снабженного ленточной броней и джутовой обмоткой и проложенного непосредственно в земле. Кривая b дает нагрев такого же кабеля, но без верхнего джута, в голой проволочной броне, проложенного в трубе, находящейся i такой же почве, что и первый кабель, причем в трубе давления не было. Кривая е снята для такого же кабеля, но при давлении в 15 at, создаваемом азотом или углекислотой. Кривая d — для давления в 15 at, создаваемого трансформаторным маслом, а кривая с — водородом.
Как видно, природа газа оказывает значительное влияние на теплоотдачу кабелей. Применение углекислоты, однако, не рекомендуется, так как она образует с жиром, идущим для смазки кабеля при протягивании в трубах, продукты омыления, могущие вредно действовать на свинцовую оболочку.
Изобретатели подвергли подробному экспериментальному исследованию также вопрос о возможной усталости свинцовой оболочки под влиянием циклов нагрева кабеля, во время которых свинцовая оболочка работает как мембрана, то растягиваясь, то сжимаясь. Они нашли, что их опытные кабели, имевшие диаметр около 65 мм при внешнем давлении 12—15 at и при прогреве током до 75°С, получают выгиб свинцовой оболочки в 0,5 мм. Для такой амплитуды колебаний свинцовая пластинка до разрыва выдерживает 40000 колебаний, а при амплитуде в 0,16 мм соответствующей приращению температуры в 25° С—100000 колебаний. Так как кабель в год подвергается 365 возможным циклам нагрева, то запас прочности в этом отношении достаточно велик.
Фиг. 85. Кривые нагрева кабелей типа H-SO, проложенных в трубе при разных давлениях по W. Vogel’io.
Изобретатели считают, что благодаря большой устойчивости в электрическом отношении этот кабель может нести 1,4—1,6-кратную нагрузку током по сравнению с нормальным кабелем. При одинаковой толщине изоляции рабочее напряжение этого кабеля может быть увеличено более чем в два раза, а передаваемая мощность от 2,4 до 3,2 раза, что вполне окупает увеличение стоимости установки от введения специального трубопровода. Экономические преимущества такого кабеля начинаются для напряжения от 30 кВ и выше. Изобретатели пришли к выводу, что система газового давления значительно проще, чем система устройств для маслом наполненных кабелей.
Для получения давления в трубопроводе нужно брать азот, но ни в коем случае не воздух, который должен в трубопроводе отсутствовать, так как при высоком давлении кислород очень активен по отношению к маслу, в результате чего могут получиться разрушительные взрывы.
Кроме опытной заводской установки длиной в 250 м и небольшой успешно работающей промышленной установки в Англии других установок с таким кабелем не имеется. В настоящее время подобная установка на напряжение в 50 кВ выполняется заводом Felten u. Guilleaume в Дании.
Источник