Холодная усадка и термоусадка: специфические особенности двух технологий

Муфты холодной усадки и термоусаживаемые муфты различны по своему применению, способам установки и физическим характеристикам. Это нужно учитывать перед тем, как сделать выбор в пользу той или иной технологии.

Внешне муфты холодной усадки и термоусадки выгладят похоже. Оба типа муфт используются при изоляции, соединении и концевой заделке электрических кабелей на низкое и среднее напря­жение. Тем не менее принятие решения здесь представляет собой более сложную задачу, чем прос­то выбор наименее дорогостоящего или наиболее привычного изделия.

Качество изоляции и чувствительность муфты к ошибкам монтажа

Самое очевидное различие состоит в принципе монтажа двух технологий. Технология термоусадки предполагает наличие источника нагрева - газовой горелки, фена или паяльной лампы. Качество монтажа в этом случае сильно зависит от квалификации мон­тажника и условий монтажа. Например, нерав­номерный нагрев, который может быть связан с ограниченным рабочим пространством или с ограниченным доступом ко всей поверхности муфты, может привести к неравномерности толщины изоляции.

Рис. 1. Изоляционный слой в местах перепада диаметров

Применение открытого пламени требует особой осторожности, чтобы не повредить кабель или окружающее оборудование. При монтаже тер-моусаживаемой муфты оболочка кабеля нагре­вается и полиэтилен размягчается. Перегрев кабеля может привести к плавлению изоляции и, как следствие, к понижению сопротивления изоляции.

Еще одной специфической особенностью тер­моусадки является истончение изоляционного слоя в местах перепада диаметров при усадке муфты на неровные поверхности. Размягченный материал стекает с этой области, в результате

чего изоляционный слой там получается тонь­ше (рис. 1).

Холодноусаживаемая муфта представляет собой изделие, предварительно растянутое и помещенное на спиралевидный пластиковый корд. Монтаж производится простым удалени­ем корда, без применения каких-либо инстру­ментов. При этом муфта плотно усаживается на кабель, обеспечивая электрическую изоляцию равномерной толщины, которая никак не зави­сит от мастерства монтажника.

Необходимая инфраструктура и безопасность работ

При монтаже термоусаживаемых изделий обыч­но необходимо получение разрешения на работу с огнем. Использование горелок подразумевает наличие специального склада с газовыми бал­лонами, службы заправки баллонов, проверку их технического состояния, контроль со сторо­ны газовых служб, сдачу экзаменов и т. д. Это существенно усложняет их эксплуатацию и при­водит к дополнительным эксплуатационным расходам.

При холодноусаживаемой технологии таких проблем не существует, поскольку использо­вание муфт холодной усадки не требует специ­альных допусков или сложной инфраструктуры для монтажа.

При проведении монтажных работ в кабельных колодцах и проходных тоннелях проблемы воз­никают в связи с присутствием в них горючих газов, которые при контакте с пламенем могут привести к взрыву. Газы, выделяемые пламенем горелки, должны принудительно выводиться из колодца, а в рабочую зону необходимо обеспе­чить подачу свежего воздуха с целью создания безопасных условий работы. По этим причи­нам изделия холодной усадки являются более безопасным выбором при работах в кабельных колодцах, проходных тоннелях и в других мес­тах с возможной избыточной загазованностью.

Реакция на перепады температур

Технология термоусадки в качестве изоляцион­ных материалов использует радиационно сши­тые термопластичные полиолефины (например, EVA - кополимер этилена). Термопластичные полиолефины образованы из длинных хаотически соединенных цепочек углерода. При радиационном облучении (сшив­ке) в структуре молекул происходит отделение некоторых атомов водорода, и в этих местах две соседние цепочки полимера соединяются, образуя поперечные связи (рис. 2). Если сши­тый полиолефин нагреть до температуры плав­ления кристаллов, он становится эластичным и мягким, но не плавится, как необлученный материал. В результате радиационной сшивки полиолефин приобретает «память формы» -свойство, которое используется в производ­стве термоусаживаемых изделий. При произ­водстве из полиолефина сперва делают предмет в форме, которую он должен приобрести после усадки, затем подвергают его радиационному облучению, нагревают, растягивают и охлаж­дают в растянутом состоянии до температуры, при которой снова возникают жесткие крис­таллические связи. Изделие поставляется в рас­тянутом состоянии. При монтаже повторный нагрев муфты опять приведет к плавлению кристаллических областей, и материал вернется в исходное состояние - муфта усядет на кабель.

резина или силикон. Материал растягивается механическим способом и помещается на уда­ляемый пластиковый корд. Здесь кроется еще одно важное отличие технологий - муфты по-разному реагируют на перепады температур. Термоусаживаемые изделия при усадке прини­мают форму предмета, на котором усаживают­ся, образуя плотно прилегающий изоляцион­ный слой. Однако они не создают постоянного радиального прижимного давления, поскольку термоусаживасмый материал не расширяется и не сжимается вместе с кабелем. В связи с этим в большинстве изделий термоусадки использу­ются термоплавкие клеи и мастики для защиты кабеля от влияния внешней среды. Муфта холодной усадки создает постоянное радиальное прижимное давление, которое будет действовать на протяжении всего срока ее службы. По мере того как кабель под воз­действием перепадов температуры расширя­ется и сжимается, вместе с ним расширяется и сжимается муфта холодной усадки, сохраняя герметичное уплотнение. Поэтому холодная усадка наиболее пригодна в ситуациях с боль­шими скачками нагрузки или значительными перепадами температур.

Для обеспечения достаточного радиального прижимного давления первоначальный диа­метр муфты холодной усадки должен быть больше диаметра кабеля (рис. 3).

 

Рис. 2. Структура молекулы сшитого полимера

Рис. 3. Радиальное прижимное давление

В технологии холодной усадки в качестве изо­ляционного материала используется EPDM-

Плюсы и минусы различных материалов

Силикон, применяемый в холодноусаживаемых изделиях, устойчив к УФ-излучению и сохраня­ет свои свойства под воздействием солнечных лучей. Кроме того, он гидрофобен (отталкивает воду) и обладает довольно высокой стойкос­тью к воздействию большинства химических веществ. С другой стороны, силикон не слиш­ком жесток и обладает меньшей устойчивостью к истиранию, чем EPDM-резина. Силиконовые муфты одинаково хорошо усаживаются на кабель как при температуре -30°С, так и при +60°С. Причем после усадки выдерживают еще более низкие или высокие температуры. С учетом этих свойств изделия из силикона рекомендуется использовать для установки на открытом воздухе, над поверхностью земли на кабелях среднего напряжения, а также в услови­ях экстремальных перепадов температур.

EPDM-резина, которая тоже применяется для изготовления муфт холодной усадки, обладает более высокой жесткостью и устойчивостью к истиранию, чем силикон, а также устойчи­ва к воздействию большинства, но не всех химических веществ. Изделия из EPDM-резины свыше 25 лет сохраняют свои характеристики при закладывании в грунте. При надземной установке эти изделия требуют применения дополнительных мер по защите от УФ-излуче-ния, однако под землей они работают хорошо. EPDM-резина - это хороший выбор для работ, связанных с заглублением, особенно при мон­тажных работах в кабельных колодцах.

При низких температурах муфты холодной усадки из EPDM-резины усаживаются доволь­но медленно, хотя и достигают полной усадки спустя некоторое время. Процесс усадки можно ускорить обжимкой вручную, либо предвари­тельно согрев муфту в подсобном помещении. Впрочем все изделия, монтируемые при низких температурах, независимо от технологии их усадки следует держать в обогреваемой каби­не автомобиля, пока производится подготовка кабеля и монтажных приспособлений. Изделия из EPDM-резины и силикона не изменяют своих физических характеристик даже при нагреве в скважине до температуры свыше 200°С.

Что касается EVA, используемого при изготов­лении термоусаживаемых муфт, то этот матери­ал обладает высокой жесткостью и устойчив к истиранию, а также воздействию большинства

химических веществ. При надземной установ­ке такие муфты также требуют применения дополнительных мер по повышению их устой­чивости к УФ-излучению. Эти изделия хорошо применимы для ремонта оболочки кабелей в подземных сооружениях. Термоусаживаемые изделия могут находиться в открытом грунте свыше 20 лет.

Муфты термоусадки обычно очень жестки при комнатной температуре, поэтому их следует выбирать в качестве средства механической защиты при этих условиях. Однако, как уже было отмечено, подобная жесткость не поз­воляет им деформироваться вместе с кабелем и, соответственно, сохранять герметичность без применения мастик и термоплавких клеев. Кристаллические области, обеспечивающие эту жесткость, обычно плавятся в диапазоне тем­ператур от 90 до 110°С, при этом муфты раз­мягчаются и становятся менее устойчивыми к истиранию. В связи с этим термоусаживаемые материалы лучше использовать при темпера­турах ниже 90°С в тех случаях, когда требуется устойчивость к истиранию и/или стойкость к воздействию химических веществ.

Любая операция по монтажу кабеля прово­дится при различном сочетании требований к стойкости к воздействию химических веществ, воды, истирания и температурных факторов. Несмотря на необходимость согласования с производителем специфических параметров химической стойкости и применимости изделий в необычных условиях окружающей среды, оба типа муфт соответствуют большинству предъ­являемых к ним требований.

Следует отметить, что во многих случаях при соединении силовых кабелей целесообразно сочетать обе технологии.

Например, в качестве внутренней муфты может использоваться изделие холодной усадки, кото­рое обеспечивает постоянное радиальное при­жимное давление при изменении размеров кабе­ля в зависимости от нагрузки, а также умень­шает риск ошибок при монтаже. В качестве внешнего защитного кожуха возможно исполь­зование термоусаживаемой трубки или манже­ты в случае монтажа при низких температурах для обеспечения более высокой механической прочности соединения или удовлетворения тре­бований по устойчивости к воздействию агрес­сивных сред.

Силовые кабели с пластмассовой изоляцией на среднее напряжение до 35 кВ

Типы силовых кабелей на среднее напряжение

Несмотря на большое количес­тво разных конструкций сило­вых кабелей, все они в целом идентичны и содержат:

• токопроводящую жилу

• экран по жиле

• изоляцию

• экран по изоляции (из полу­
проводящего материала и
из металла)

• оболочку

Каждый из этих компонентов жизненно важен для обеспе­чения оптимальных характе­ристик силового кабеля и дол­жен быть всесторонне учтен для обеспечения выполнения надежного соединения или концевой заделки кабеля.

Подготовка к монтажу кабеля на среднее напряжение до 35 кВ

Подготовке к монтажу должен предшествовать качественный обрез конца кабеля. Типовой

практикой является выпол­нение обреза конца кабеля после его прокладки, чтобы удалить участки конца кабеля, поврежденные при прокладке. Предпосылкой обеспечения качественной разделки кабеля является применение высоко­качественного, острого инс­трумента. В ходе разделки пок­ровов кабеля разрезы его конс­труктивных элементов следует делать не по всей их толщине. Например, при удалении изоля­ции жилы монтажник должен следить за тем, чтобы не проре­зать изоляцию по всей толщи­не, поскольку это может при­вести к повреждению проволок жилы. При разделке различных конструктивных элементов кабеля следует применять спе­циализированный инструмент. При разделке следует полно­стью удалять полупроводящий слой (слои) материала и остат­ки этого слоя. Удаление остат­ков полупроводящего мате­риала обычно производится абразивной лентой и/или рас­творителем.

Абразивные материалы

Исследования показали, что оптимальным является приме­нение абразивных материалов с зерном № 120. Такая зернис­тость абразива обеспечивает

достаточную чистоту обработ­ки поверхности высоковоль­тной изоляции и вполне обес­печивает удаление частиц полу­проводящего материала без необходимости замены самого абразивного материала. Зерна абразивного материала должны быть неэлектропрово­дящими.

Не допускается применять в качестве абразивного материа­ла частицы корунда или иного материала, содержащего про­водящие частицы, поскольку частицы абразива в ходе его применения могут быть внедре­ны в изоляцию кабеля.

Растворители

Для обработки поверхности кабеля рекомендуется приме­нять пожаробезопасные рас­творители.

Не следует применять раство­рители, оставляющие после себя следы.

Не следует применять боль­шее количество растворителя, нежели то, которое обеспечи­вает удаление полупроводя­щего материала и получение непроводящей поверхности. Применяйте известные вам растворители. Не допускайте применения токсичных рас­творителей, могущих нанести вред здоровью.