книги / Материалы кабельного производства

ЧАСТЬ ШЕСТАЯ

ЖИДКИЕ И ВОСКООБРАЗНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Г Л А В А Т Р И Н А Д Ц А Т А Я

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАСЛА И МАССЫ. ВОСКООБРАЗНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

13-1. Минеральные масла для низковольтных силовых кабелей

В настоящее время кабельная техника располагает несколь­ кими способами использования пропиточных составов, а именно:

а) пропитка изделий с поверхности, «напроход», путем погруже­ ния кабелей в ванну с нагретым пропитывающим составом или поливки им участка движущегося кабеля;

б) пропитка после тепловой сушки в герметически закрытых котлах, в которых создается избыточное давление;

в) пропитка без использования котла, путем введения масла под свинцовую оболочку предварительно высушенного кабеля; г) изолирование кабеля предварительно пропитанными бумаж­

ными лентами.

Каждый из перечисленных способов требует применения про­ питочного состава, обладающего свойствами, обеспечивающими наиболее целесообразное проведение операции пропитки.

Создание специальных кабельных конструкций в виде масло­ наполненных кабелей разных типов, кабелей с нестекающей изоля­ цией и других повлекло за собой появление новых типов пропиточ­ ных материалов, обладающих необходимыми в каждом конкретном случае характеристиками.

Основные типы изоляционных пропиточных составов, приме­ няемых при изготовлении кабелей всех напряжений с бумажной

фоли, имеющий вязкость 6—7° Э при температуре 85° С;

252

м а с л о м а р к и МН-2, представляющее собой очищенное трансформаторное масло малой вязкости, — для пропитки масло­

ционное масло) должно быть чистым в отношении механических примесей, обладать устойчивыми электрическими характеристи­ ками (tg 6 — не более 0,06, электрическая прочность — не менее 140 кв/см) и достаточной вязкостью, позволяющей избежать до­ бавления больших количеств дорогостоящей канифоли. Разнооб­ разие сортов и марок поставляемых масел заставляет вести тща­

оттенкам ее цвета (от оранжевого до желтого). При приготовлении пропиточных составов для силовых кабелей применяется канифоль желтого или оранжевого цвета (основные требования, предъяв­ ляемые к канифоли, см. § 14-3).

Работами Института химии АН БССР установлена пригодность для обеспечения высококачественной пропитки силовых кабелей канифоли Борисовского завода — м а р к и ИХ-ИЗ. В массах

сах для силовых кабелей.

Повышение электроизоляционных свойств канифоли было достигнуто благодаря разработке Институтом новой технологии подсочки, сбора и переработки живицы на канифоль.

Рецептура масло-канифольной смеси определяется требуемым значением ее вязкости, обеспечивающей нужные гидростатические характеристики текучей фазы кабельной изоляции. Вязкость по­

ние между скоростью вытекания через калиброванное отверстие воды и исследуемой вязкой жидкости.

Отличаясь между собой по вязкости, составы МП-1 и МП-2 требуют разного количества канифоли, которое зависит также от вязкости входящего в них минерального масла.

В табл. 13-1 приведены необходимые количества канифоли, при разных вязкостях масла, обеспечивающие вязкость указанных составов в 6—Т Э при температурах 70° С (МП-1) и 85° С (МП-2).

253

пропитки высоковольтных кабелей, представляют собой смеси и химические соединения углеводородов различных типов, предель­ ного и непредельного рядов. Основными типами этих углеводоро­

-СН.-СН=СН \ —СН2-СН2—сн2/ 2

254

Содержание олефинов в современных маслах обычно сводится к минимальным значениям.

М а л о в я з к о е к а б е л ь н о е м а с л о МН-2 пред­ ставляет собой очищенное трансформаторное масло, изготовленное из доссорской нефти; оно имеет низкую температуру застывания

180 т/см). На кабельных заводах это масло подвергается дегаза­ ции, а иногда и дополнительной очистке. При повторном использо­ вании его также очищают адсорбентом (отбеливающей землей). Данное масло предназначено для пропитки и наполнения масло­ наполненных кабелей низкого и среднего давлений; оно выпу­ скается по ВТУ 474-56. В его состав входят нафтеновые (45%), парафиновые (53%) и ароматические (2%) углеводороды.

В я з к о е к а б е л ь н о е м а с л о С-220 изготавливается из авиамасел, имеющих низкую температуру застывания, путем их перколяционной очистки и депарафинизации. Достигнутая низкая температура застывания (—30° С) еще не обеспечивает возможности прокладки кабеля в холодных районах. Масло при­ меняется для пропитки кабелей высокого давления и выпускается по ГОСТ 8463-57. В отличие от трансформаторного, это масло не содержит в своем составе ароматических углеводородов. Структур­

Ниже дан обзор основных характеристик изоляционных масел, имеющих важное значение при использовании этих масел для про­ питки и заполнения высоковольтных кабелей.

Электрическая прочность. Эта характеристика является важ­ нейшей для кабельной техники характеристикой пропитывающих составов. Обладая высокой прочностью и заполняя все межэлек­ тродное пространство конструкции, изолирующая жидкость пре­ дупреждает развитие в нем пробоя.

Значение электрической прочности, определяемое при исполь­ зовании стандартной методики, имеет условный характер, ибо истинная ее прочность в значительной мере зависит от темпера­ туры, величины межэлектродного промежутка, площади электродов.

Строение современных высоковольтных кабелей с бумажной изоляцией обусловливает наличие в ней малых промежутков между слоями бумаги, заполненных изоляционной жидкостью, — в ме­ стах зазоров между бумажными лентами.

На рис. 13-1 представлена типичная зависимость электрической прочности изоляционного масла от расстояния между электродами при уменьшении его до 0,1 мм.

Следует, однако, отметить, что для технического масла, со­ держащего в своем составе мельчайшие примеси волокон целлю­ лозы и остатки адсорбента, подобная зависимость не носит

255

плавного характера, а имеет минимум в области расстояний, соизмеримых с размерами частиц примесей.

На рис. 13-2 приведена зависимость электрической прочности

температурные зависимости отечественных высоковольтных кабель­ ных масел, причем ось ординат построена в масштабе lg lg т|.

Резкая зависимость вязкости пропиточных составов от темпера­ туры обеспечивает надежную пропитку бумажной изоляции при

256

70—80° С, не допуская в то же время свободного перетекания со­ става в низколежащие участки кабеля, не имеющего специальных

компенсационных устройств.

Вязкость масла МН-2, применяемого для пропитки и наполне­ ния маслонаполненных кабелей низкого давления, должна быть достаточно низка во всем интервале температур для обеспечения передачи давления, создаваемого специальными баками, и более активного выполнения роли теплоотводящего агента.

Повышенная вязкость масла С-220, применяемого для пропитки и заполнения кабелей высокого давления, прокладываемых в сталь-

Рис. 13-3. Зависимость вязкости высоковольтных ка­ бельных масел от температуры.

1 — масло С-220; 2 — масло МН-2.

ных трубах, обусловлена стремлением получить пропитку, не вытекающую из бумажной изоляции при протягивании кабеля

втрубу.

Внастоящее время Научно-исследовательским институтом кабельной промышленности (НИИКЛ) разработаны пропиточные составы с повышенной вязкостью для кабелей, предназначенных

кпрокладке на вертикальных и наклонных трассах. Эти составы представляют собой смеси минеральных масел с канифолью, вы­ сокомолекулярным полиизобутиленом и кабельным церезином.

Диэлектрическая проницаемость и угол диэлектрических по­ терь. Методика определения е и tg 6 описана в ГОСТ 6581-53.

Величина угла диэлектрических потерь изоляционных масел определяется как количеством дипольных молекул в составе масла, так и током сквозной проводимости, возникающим при движении свободных ионов, присутствующих в масле.

Стремление создать изоляцию с возможно меньшими потерями привело к появлению высококачественных масел, обладающих

к нежелательному удалению из масла естественных антиокисли­ телей и может значительно снизить устойчивость масла во времени.

Диэлектрическая проницаемость изоляционных масел лежит в пределах 2,15—2,25.

Стойкость против старения. Под стойкостью против старения понимают способность масла сохранять свои физико-химические свойства при длительном пребывании в рабочих условиях. Наи­ лучшим способом проверки стойкости применяемых масел является определение их состояния по истечении длительного времени от начала работы кабеля. Однако необходимость знать свойства масла до начала использования его в производстве заставляет изыскивать ускоренные способы определения влияния времени и температуры на характеристики масла. Одним из таких способов является выдержка образцов масла при повышенной (относительно рабочей) температуре, а другим — создание интенсивного потока кислорода через исследуемое масло, окисляющее действие которого и служит главной причиной изменения характеристик.

Выполнение анализов производится по методике НИИКП (температурное старение) и ГОСТ 981-55 (окисление кислородом).

Основным показателем изменений в масле служит повышенное значение tg б, возникающее при увеличении количества продук­ тов окисления — полярных групп в общей структуре масла. Исследования показали, что, несмотря на изменение ряда других характеристик (возрастание кислотного числа, проводимости, изменение характера инфракрасного спектра поглощения), tg б наиболее полно отражает наступившие в масле изменения.

П о м е т о д и к е НИИКП, температурное старение ка­ бельного масла МН-2 производится при температуре 100° С и про­ должается 300 час. Сопоставление состояния масла после старения с состоянием такого же масла, работающего в проложенных ка­ бельных линиях на 110 кв, дает возможность предположить, что данный цикл искусственного старения эквивалентен 25—30 годам работы масла в кабеле.

При проверке масла п о в т о р о м у с п о с о б у опреде­ ляют относительное содержание нерастворимого осадка после 14часового пропускания кислорода через масло при температуре 120° С и кислотное число состарившегося масла.

Газосодержание. Как и прочие жидкости, масла способны растворять в себе газ в соответствии с законом Генри. Количество растворенного в масле газа представляет существенный интерес

258

Стремление возможно резче снизить содержание газа в изоля­ ционном масле заставляет включать в процесс подготовки масла операцию д е г а з а ц и и , заключающуюся в распылении егона мелкие струйки и капли в сосуде, из которого вакуумным насо­ сом непрерывно откачивается воздух до давления 0,5 мм рт. ст. Объемное содержание оставшегося после такой дегазации раство­ ренного газа может быть определено путем еще более тщательной дегазации порции масла в стеклянном сосуде, при более глубоком вакууме. Объем выделившегося при этом газа измеряется по повы­ шению давления в сосуде и служит основанием для расчета отно­ сительного содержания газа в проверяемом масле.

При пропитке маслонаполненных кабелей масло дегазируется обычно до такой степени, чтобы содержание газа не превышало 0,3%. Исследования показали, что при наличии менее 0,5% газа дальнейшее уменьшение его содержания не приводит к повышению электрической прочности масла. Однако применение глубоко дега­ зированного масла обеспечивает поглощение маслом газов, выде­ ляющихся в результате химических изменений, происходящих под действием электрического поля; при этом затрудняется обра­ зование газовых включений в изоляции, ведущих к ее пробою.

Примеси. Применяемые в кабельной технике изоляционные масла не должны содержать никаких механических примесей, загрязнений, остатков адсорбентов. Обычно такие примеси опре­ деляются путем тщательного просматривания отобранных проб.

Содержание возможных химических примесей (серы, водораст­ воримых кислот и щелочей) устанавливается химическими спо­ собами по методикам соответствующих ГОСТ. Присутствие подоб­ ных примесей ведет к образованию химических соединений с мате­ риалами, находящимися в контакте с изоляционными маслами, при их работе в электротехнических конструкциях. С наличием химических примесей связано, по-видимому, катализирующее действие металлов при изменении свойств масла под влиянием повышенной температуры и времени. Располагая применяемые в электротехнических конструкциях металлы по снижению актив­ ности их катализирующего действия можно получить следующий ряд:

Си, латунь Ni, Fe, Sn, Zn, Al.

Величиной, характеризующей количество неорганических при­ месей в масле, является количество золы, остающееся после его сжигания при температуре 550° С. Допустимое количество золы должно составлять 0,001% для масла С-220 и 0,005 — для масла МН-2.

Химические изменения в масле, находящемся под действием электрического поля. Химические изменения в маслах происходят не только под воздействием повышенной температуры, но и при приложении к ним электрического поля с градиентами выше 5—6 кв (для напряжений промышленной частоты).

Исследование проложенных маслонаполненных кабелей пока­ зало, что газовыделение под действием электрического поля при­ водит к серьезным нарушениям работы изоляции кабелей, пропи­ танных переочищенными и парафинистыми маслами. Продуктами разложения изоляционных масел при воздействии электрического поля являются воскоподобные вещества и водород, образующиеся при поликонденсации предельных углеводородов, входящих в состав масел:

+ СшН2т+2-э- Сп+тНг(n+m) -f- Н2 f .

Если водород сохраняется в изоляции в виде газового пузырька, то он может послужить очагом развития ионизации и пробоя ка­ беля.

Входящая в состав масло-канифольных смесей канифоль яв­ ляется активным газопоглощающим веществом. Содержащаяся в ней непредельная абиетиновая кислота легко соединяется с во­ дородом, разрывая свою двойную связь. Аналогичную роль играет добавление к маслам изоароматических соединений. Природные ароматические соединения, входящие в масла типа трансформатор­ ных (МН-2), также делают их более устойчивыми к выделению газа по сравнению с парафинистыми маслами (С-220). Поэтому к о л и ­ ч е с т в о а р о м а т и ч е с к и х с о е д и н е н и й , входящих

вструктуру масла, может служить показателем устойчивости его

кгазоотделению. Эта характеристика масла может быть оценена

глощения ароматических соединений серной кислотой ( с е р н о ­

вышая газоустойчивость масел, ароматические соединения суще­ ственно увеличивают склонность их к температурному старению, что не дает возможности получать достаточно газостойкие масла путем простого увеличения содержания ароматических соеди­ нений.

Оптические свойства. Оптические методы исследования и кон­ троля масел получили довольно широкое распространение благо­ даря удобству их применения и малым количествам расходуемого на анализ масла.

Одним из главных показателей оптических свойств является к о э ф ф и ц и е н т п р е л о м л е н и я масла, связанный, как известно, с его электрическими характеристиками соотношением е = пг, где е — диэлектрическая проницаемость, а п — показа­ тель преломления.

При определении преломляющей способности масла обычно используется монохроматический свет, испускаемый раскаленными парами натрия. Измерение может производиться р е ф р а к т о ­ м е т р а м и А б б е (ИРФ-22) или П у л ь ф р и х а (ИРФ-23).

2 6 0