Файл: Дмитревский, В. С. Высоковольтные гибкие кабели.pdf

высоковольтных кабелей используются каучуки,- кото* рые по своей природе не стойки к действию озона: НК, СКВ, СКС-ІЗО АР-ПД, СКД.

(или продукт 4010:NA), который защищает резину от действия озона при концентрациях до 0,05% по объему и в меньшей степени снижает электроизоляцион­ ные свойства ее по сравнению с другими антиозоиантами.

Дозировку аитиозонанта устанавливают в пределах от 2 до 5% в зависимости от ожидаемой концентрации озона, воздействию которого будет подвергаться резина. Необходимо помнить, что в случае недостаточного коли­ чества аитиозонанта растрескивание резины под дейст­ вием озона может усилиться [Л. 24]. Кроме того, в про­ цессе теплового старения изоляционной резины часть аитиозонанта расходуется, вследствие чего озоностой­ кость постепенно снижается. Очень важное значение имеет равномерное распределение аитиозонанта в рези­ новой смеси.

При деформации растяжения озоностойкость резины значительно снижается.

В [Л. 25, 26] показано, что с увеличением деформа­ ции время до появления озонных трещин монотонно уменьшается; время до разрыва образцов проходит через минимум в области критической деформации. Существование критической деформации обусловлено высокой эластичностью резин, благодаря чему при де­ формировании возникают процессы ориентации молекул каучука, приводящие к упрочнению материала и вслед­ ствие этого к уменьшению скорости роста озонных трещин. Факторы, затрудняющие ориентацию молекул полимера при деформации (понижение температуры, введение наполнителя), вызывают сдвиг критической деформации в область больших напряжений.

Физико-механические свойства. Основными физико-

мёханическими свойствами изоляционной резины явля­ ются предел прочности при разрыве и относительное удлинение, характеризующее эластические свойства.

Состав резины оказывает решающее влияние на ме­ ханическую прочность и эластические свойства изоля­ ционной резины (табл. 2-17), а также на изменение

56

указанных свойств при повышении температуры и в про­ цессе теплового старения.

Из табл. 2-17 видно, что в зависимости от типа выбранного каучука механическая прочность и относи­ тельное удлинение резин могут изменяться в широких

Т а б л и ц а 2-17

Свойства стандартных изоляционных резин на основе различных каучуков

Значительное влияние оказывают также тип и дози­ ровка наполнителя (рис. 2-24).

Приведенные и другие [Л. 10, 27] данные показывают, что двуокись кремния и каолин оказывают наибольшее усиливающее действие, а мел — наименьшее. Обычно при больших (более 20 вес. ч.) наполнениях предел прочности при разрыве понижается с увеличением дозировки минерального наполнителя, и эта тенденция тем заметнее, чем меньше активность наполнителя. Однако увеличение содержания тонкодисперсной дву­ окиси кремния и каолина, относящихся к классу усили­ вающих (активных) наполнителей, может существенно увеличить механическую прочность резин на основе не­ кристаллизующихся каучуков ОКБ, СКС, СКМС, СКЭП. Введение активных наполнителей в резины на основе

57

Следует отметить большой разброс в величинах раз­ рывной прочности и относительного удлинения изоля­ ционных резни одного н того же состава, обусловлен­ ный многокомпонеитностыо резиновой смеси, неодне родностью структуры вулкапнзата и др.

Для изоляционных резин важное практическое зна­ чение имеет также зависимость механических характе­ ристик от температуры.

Рис. 2-24. Зависимость предела прочности при разрыве резины на основе СКЭП от содержания и типа напол­ нителей.

/ — белая сажа; 2 — каолин; 3 — канальная газовая сажа; 4 — активная печная сажа ПМ-70.

Изучение характера изменения физико-механических свойств изоляционной резины ТСШ-35А при изменении температуры от 20 до 120°С показало, что разрывная прочность и относительное удлинение резины при повы­ шении температуры значительно снижаются. Характер изменения механических характеристик при повышении температуры практически остается одинаковым как для резин, не бывших в работе, так и для резин, кото­ рые подвергались старению в естественных и искусст­ венных условиях при разных температурах и продол­ жительности.

Хладостойкость. Хладостойкость резины обычно ха­ рактеризуется температурой, ниже которой резина те­ ряет эластичность и при деформации разрушается,

58

Высокие эластические свойства резни обусловлива­ ются гибкостью молекулярных цепей каучуков, содер­ жащихся в резине; поэтому основное влияние на хладостойкость резины оказывают тип входящего в нее каучука и количественное содержание последнего

всмеси.

Взависимости от строения молекулярной цепи

(наличие или отсутствие боковых групп, их размер, полярность, симметричность расположения) каучуки имеют различную полярность и разную величину сил внутри- и межмолекулярного сцепления и, следователь­ но, неодинаковую подвижность (гибкость) макро­ молекул.

Неполярные каучуки (НК, СКИ, СКБ-рД, СКД, СКС, СКМС, бутилкаучук,.СКЭ.П), используемые в изо­ ляционных резинах, характеризуются высокой гиб­ костью цепи, сохраняющейся вплоть до очень низких температур.

Хладостойкость изоляционных резин из основных каучуков была приведена в табл. 2-17.

Как видно из табл. 2-17, наиболее высокой хладо­ стойкостью обладают изоляционные резины, содержа­ щие каучук СКД. Однако резиновые смеси, содержащие 100% СКД, обладают плохими технологическими свой­ ствами, а вулканизаты характеризуются малой механи­ ческой прочностью и малым относительным удлинением.

В [Л. 27] сообщалось о разработке хладостойких (—60ч— 70°С) изоляционных резин ТСШМ-40 на осно­ ве комбинации каучуков НК+СКД и НК+ (СКМС—

10РПД).

Хладостойкость резины может быть улучшена за счет введения в резиновую смесь специальных пласти­ фикаторов, имеющих низкую температуру замерзания; как, например, дибутилфталат, диоктилсебацинат и дибутилсебацинат. Для заметного повышения хладостой­ кости резины необходимо ввести довольно значительное количество такого пластификатора (20—30% от веса каучука), что отрицательно влияет на технологические свойства резиновых смесей, а вулканизаты характери­ зуются низкими электроизоляционными свойствами, по­ скольку указанные выше пластификаторы являются полярными веществами.

Следует также учитывать, что со временем старения хладостойкость резиновой изоляции снижается.

59

J-4. ЭКРАНИРОВАНИЕ Ж ИЛ КАБЕЛЕЙ

В высоковольтных гибких кабелях широко применяются полупроводящие и металлические экраны. Полупроводящне экраны обычно выполняются из специальных резин с низким объемным сопротивлением р у , наложен­ ных методом экструзии, или тканых лент, покрытых проводящим составом, наложенных обмоткой. Металли­ ческие экраны выполняются из медных (обычно луже­ ных) проволок, наложенных в виде оплетки. _

‘Полупроводящие экраны, нанесенные непосредствен­ но на токопроводящую жилу, служат для исключения ионизации в воздушных включениях между жилой и изоляцией и, кроме того, уменьшают неоднородность электрического поля, вносимую проволоками (эффект проволочности).

Полупроводящие экраны поверх изоляции служат для снятия потенциала с изоляционного слоя и исклю­ чения короны.

Металлические экраны в основном обеспечивают безопасность обслуживания высоковольтных кабелей.

Полупроводящие экраны

Полупроводящие резины с р у = 1 0 7 ом-см и ниже могут быть получены только с применением высокопроводящих наполнителей, так как каучуки имеют р у от ІО10 до ІО16 ом-см в зависимости от типа каучука. В качестве таких наполнителей используются графит, сажа и ме­ таллические порошки. При известных условиях частицы этих наполнителей образуют непрерывные токопроводя­ щие структуры" (в большинстве случаев трехмерные сет­ чатые структуры), состоящие из цепочечных образова­ ний.

Наиболее доступный и надежный способ повыше­ ния электропроводности резин состоит в использовании углеродных саж, которые, хорошо совмещаясь с каучу­ ками, придают резинам, кроме электропроводности, ценные физико-механические свойства. Электропровод­ ность резин зависит в основном от типа сажи и разме­ ров ее частиц. Чем выше дисперсность сажи и ее структурность, тем выше электропроводность резины. Резкое повышение электропроводности наблюдается при введении 20—40 вес. ч. сажи вследствие образования устойчивых цепочечных сажевых структур. При даль-

60

нейшем увеличении содержания сажи электропровод­ ность резины возрастает медленнее (рис. 2-25) [Л. 28].

Удельное объемное сопротивление каучуков на элек­ тропроводность резин влияет только при небольшом количестве сажи в смеси. При большом наполнении сажей определяющим фактором является уже не элек­ тропроводность каучука, а его способность смешиваться

с сажей.

Например, в случае использования фторкаучука СКФ-32, имеющего высокие диэлектрические свойства, при наполнении 40 вес. ч. ацетиленовой сажи можно

для изготовления полупроводящих резин для кабелей используют ацетиленовую сажу и элементный графит марок ЭТМ и ЭЗМ.

Наполнительная группа, состоящая из графита и сажи, обеспечивает достаточную электропроводность и хорошие технологические свойства резин.

61

Вкачестве мягчителя чаще всего используется пара­ фин или мягчитель ГШ. Для повышения озоностойкости полупроводящей резины в ее состав вводят антиозонаиты (сантофлексы IP и AW).

Втабл. 2-18 и 2-19 приведены рецепт и свойства полупроводящей резины ППШ-40, разработанной НИКИ г. Томска для экранов высоковольтных кабелей.

[Л. 29, 30]. Максимальных значений tg6 достигает при экранах с рѵ порядка ІО9—1010 ом • см.

В кабелях КД1ВГ рѵ полупроводящих экранов на­ ходится в пределах ІО4—10е ом-см, что позволяет избе­ жать увеличения tgö за счет экранов. Кроме того, при величине ру<108 ом-см воздушные включения надежно шунтируются экраном, и в них не возникают частичные разряды.

Введение полупроводящего экрана по токопроводя­ щей жиле в кабелях КШВГ позволило уменьшить тол­ щину изоляции, на 10—12% снизить максимальную на-

62