ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 74
Скачиваний: 0
Температура окружающей среды зависит от клнМйтической зоны, в которой эксплуатируется кабель, вре мени года и суток. При конструировании кабелей рас четные значения температуры окружающей среды долж ны выбираться в соответствии с ГОСТ 15150-69 «Ма шины, приборы л другие технические изделия. Испол нения для различных климатических районов. Катего рии, условия эксплуатации, хранения и транспортиро вания в части воздействия климатических факторов
внешней среды». |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перепад температур между жилой и окружающей |
|||||||||||
средой [Л. 3] |
|
AT=qSy, |
|
|
|
|
|
(1-7) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
q — количество |
тепла, |
выделяющегося |
|
в |
единице |
||||||
длины кабеля в 1 сек, |
вт/см; 5 Т — тепловое сопротивле |
|||||||||||
ние в направлении |
от |
жилы |
к |
окружающему |
воздуху, |
|||||||
°С -см/вт. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тепловое сопротивление |
многожильного |
|
кабеля |
||||||||
|
ST |
О, !59STpG, |
|
3,2 |
|
|
|
|
(1-8) |
|||
|
|
л |
|
|
|
<7к#і ’ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
5 тр — удельное |
тепловое |
|
сопротивление |
резины и |
|||||||
оплетки (принимается равным 650°С |
см/вт); Gі — гео |
|||||||||||
метрический фактор, берется из графика рис. |
1-4; |
п — |
||||||||||
число токопроводящих |
жил; |
DK— диаметр |
кабеля, |
мм; |
||||||||
В !•—коэффициент |
теплоотдачи |
от кабеля |
в |
окружаю |
||||||||
щую среду. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При DK, меньшем 44,5 мм, |
В, = 19 |
6£) 1j_ 650 |
• |
Если |
||||||||
DK больше 44,5 мм, то В, |
принимают |
}j,0Q- |
|
|
|
|
||||||
Тепловыделения |
в |
кабеле |
складываются |
из |
потерь |
|||||||
в |
токопроводящих |
жилах |
и |
диэлектрических |
потерь |
|||||||
в изоляции. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери в токопроводящих жилах |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
qm— nizRm. |
|
|
|
(1-9) |
|||||
Сопротивление 1 см длины токопроводящей жилы |
||||||||||||
|
Яж = |
|
|
П + |
“ (*« ~ |
20)], |
|
|
(1-10) |
|||
где рж — удельное сопротивление материала токопрово дящей жилы, при 20 °С, ом-мм2/м; Sm— сечение токо-
10
проводящей жилы, мм2\ tm— температура, °С; а — тем пературный коэффициент сопротивления.
Токовая нагрузка кабеля изменяется во времени. На рис. 1-5 дается примерный график токовой нагрузки за
Рис. 1-4. Геометрический фактор.
По оси абсцисс отложено отношение суммарной толщины изоляции н обо лочки к диаметру токопроводящей жилы.
один рабочий цикл одноковшового экскаватора, продол жительность которого для экскаваторов различных ти пов находится в пределах от 20 до 80 сек. Учитывая тепдовукэ инерционности кабеля, расчет тепловыделения
Н
можно проводить, исходя из действующего значения тока:
( 1- 11)
150 И .
іЬо
120
10О t
ВО
ВО
4-0É
20
О
" 4 8 12 18 20 гЬ 28 32 ЗБ 4-0сек Полный, рабочий цикл
Рис. 1-5. График токовой нагрузки за один рабочий цикл одноковшо вого экскаватора.
°С |
|
/ |
N\ |
|
|
|
|||
30 |
|
t |
\ |
|
|
/ |
|||
|
|
|||
|
|
\ |
||
20 |
|
/ |
||
|
/ |
\ |
||
|
|
/ |
||
|
|
/ |
\ |
|
/Р |
I |
S |
||
|
||||
|
__ |
/ |
\ |
||
|
\ |
|||
|
k Ls. |
|
||
|
|
|
N
-10
-20
-30
ч I л шш 7 штшж X жж
Месяцы
Рис. 1-6. Годовой график температур.
---------- температура воздуха;
----- ------- температура изоляции.
где I |
и |
іи — значение |
тока в |
данный момент |
|
времени; |
тп — продол |
|
жительность одного ра
бочего цикла |
экскава |
тора. Обозначим |
|
ß — /д//макс> |
(1 -1 2 ) |
где /макс — максималь ный ток нагрузки.
Коэффициент ß яв ляется числовой харак теристикой графика то ковой нагрузки кабеля. Так, для графика на грузки одноковшового экскаватора, приведен ного на рис. 1-5, коэф фициент ß равен 0,57.
Диэлектрические поте ри в изоляции кабеля
Яи = ’lUl c <s>\gb, (1-13)
где /7ф — фазное на пряжение кабеля; п — число изолированных токопроводящих жил; С — емкость 1 см дли ны изолированной то копроводящей жилы.
Значение tg б изоля ции должно подстав ляться в формулу (1-13) при температуре токопроводящей жилы. В кабелях напряжени ем до 10 кв диэлектри ческие потери в изоля-
12
ции примерно на порядок меньше потерь ів токопроводя щих жилах. Поэтому ими во многих случаях можно пре небречь.
На рис. 1-6 для примера приводятся результаты рас чета температуры изоляции у токопроводящей жилы для кабеля типа КШВГМ сечением 25 мм2. Расчеты прово дились в предположении, что по кабелю подается пита ние к экскаватору, работающему по трехсменному графику.
1-4. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫ Е ВОЗДЕЙСТВИЯ
Кроме рассмотренных ранее основных условий работы, кабель мо жет подвергаться дополнительным воздействиям, влияющим на его работоспособность. К таким дополнительным воздействиям относятся: I) повышенная влажность; 2) солнечная радиация; 3) озон и другие химически активные соединения; 4) атмосферные загрязнения, пыль; 5) живые организмы.
Рассмотрим подробнее роль и значение указанных воздействий. Повышенная влажность. Увлажнение изоляции вызывает сниже ние ее сопротивления, электрической прочности и повышение tg б. Наибольшее увлажнение изоляции имеет 'место в осенние и весенние
периоды эксплуатации кабеля.
Солнечная радиация. Прокладка кабеля по поверхности земли создает благоприятные условия для действия на него прямых солнеч ных лучей. Поглощение длинноволновой части спектра солнечных лучей вызывает дополнительный нагрев кабеля. Повышение темпе ратуры кабеля за счет солнечной радиации особенно значительно при плохой циркуляции воздуха. Такие условия имеют место при про кладке кабеля в траве или углублениях на поверхности земли.
Прямое действие ультрафиолетовой части солнечного излучения вызывает ускоренное старение резины.
Озон и другие химически активные соединения. Под действием высокого напряжения в кабеле может возникнуть коронный разряд, который появляется чаще всего в местах разделки кабеля, разрыва металлических экранов, дефектов в изоляции. Под действием разря да происходит образование озона, окислов азота, окислов серы. При наличии влаги образуются азотная и серная кислоты. Кислоты всту пают в реакцию с металлпчеокими элементами кабеля, вызывая их коррозию.
Резины и другие полимерные материалы вступают в реакцию с озоном. При этом в полимерах и резинах появляется характерное озонное растрескивание. В некоторых случаях при конструировании кабеля применяют озоностойкие материалы, не применяя должных мер к устранению короны в кабельной конструкции. Очевидно, такое одностороннее решение является неверным. Основная задача кон струирования кабеля должна заключаться в максимальном снижении возможности появления коронных разрядов и, следовательно, озона.
При некоторых условиях работы кабеля на него могут действо вать органические соединения (нефтяные масла), которые вызывают набухаиие резины. Нефтяные масла приводят к снижению механиче ской прочности резины на основе натуральных и некоторых синтети ческих каучуков. В тех случаях, когда исключить попадания масел
І3
на кабель не удается, необходимо применять для изготовления шлан говой оболочки маслостойкие резины '(например, на основе наирита).
Атмосферные загрязнения, пыль. В карьерах при работе экока-
ваторов и горнодобывающих машин запыленность воздуха весьма высока. Особенно высока запыленность воздуха при взрывных рабо тах. По своим электрическим свойствам пыль относится к полупро водникам с низким удельным сопротивлением. Оседание пыли в кон цевых разделках кабелей приводит к их перекрытию. Собственно ка бель достаточно надежно защищен от вредного действия пыли шланговой оболочкой.
Живые организмы. Кабель работает в условиях биологической среды. Шланговая оболочка кабеля повреждается грызунами, насе комыми, микроорганизмами [Л. 6]. На пластмассах и резине наблю далось развитие колоний бактерий и грибков, которые вызывали снижение удельного сопротивления изоляции [Л. 7, 8]. Наиболее су щественно действие живых организмов оказывается в условиях влаж ного и жаркого климата. В умеренном климате развитие многих грибков и бактерий не 'происходит.
Рассмотренные в данном параграфе воздействия не могут вызвать итказа кабеля. Однако их действие ускоряет процессы, происходящие в материалах при электрических и механических нагрузках. Поэтому наличие тех или других из вышеперечисленных факторов в значитель ной степени ограничивает выбор материалов для кабелей.
1-5. К Л А ССИ Ф И К А Ц И Я УСЛ О ВИ Й ЭК СПЛ УАТАЦИ И КАБЕЛЯ
В основу классификации условий эксплуатации положе ны те характерные нагрузки, которые имеют место при работе кабеля. По электрическому напряжению, дейст вующему на изоляцию кабеля, их можно подразделить на группы, соответствующие классам напряжения: 3, 6, 10, 15, 35 кв. Учитывая, что схемы электрических се тей, используемых для питания горнодобывающих и землеройных машин, практически одинаковы, можно принять частоту появления коммутационных перенапря жений и распределение вероятностей кратности их амплитуд неизменными. При этом кратность амплитуд перенапряжений подчиняете^ закону нормального рас пределения с параметрами 17=4,25 и <7=1,08; частота появления перенапряжений — 2 000 в год; средняя длина волны перенапряжения 4 000 мксек. В основу классифи кации условий эксплуатации высоковольтных гибких кабелей по механической нагрузке целесообразно поло жить число его перемещений в течение года.
Механические нагрузки, действующие на кабель в эксплуатации, определяются частотой перемещения исполнительных механизмов. Так, при питании горнодо бывающих комплексов и установок гидромеханизации кабели относительно неподвижны, При питании экска-
И
Ваторов, работающих в карьерах, кабель испытывает до 25 перемещений в сутки. Естественно, что механическая нагрузка на кабель во втором случае выше.
В табл. 1-1 дается примерная классификация усло вий эксплуатации кабеля по механическим воздей ствиям.
|
|
Т а б л и ц а 1-1 |
Условия эксплуатации |
Число перемещений |
Вид потребителя электрической |
(прокладки) |
кабеля в год |
энергии |
Неподвижная проклад ка
Нормальная работа
Работа с повышенной циклической нагруз кой
До 10 Горнодобывающне комплек сы, установки гидромеха низации
1000—3 000 Экскаваторы на погрузочных работах
Свыше 3 000 Экскаваторы в карьерах
Классификация кабелей по климатическим воздейст виям производится в соответствии с ГОСТ 15150-69, ко торый предусматривает шесть исполнений: для умерен ного климата, холодного, тропического (влажного, су хого и как влажного, так и сухого) и для всех клима тических районов (общеклиматическое исполнение).
По этому же ГОСТ в зависимости от исполнения из делия устанавливаются нормы на воздействие солнеч ной радиации, дождя, пыли, озона, плесневых грибков и т. д. Особо необходимо применять меры по защите кабеля от повреждений грызунами и защите концевых разделок от воздействия пыли.
Г Л А В А В Т О Р А Я
МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ
ГИБКИХ КАБЕЛЕЙ
2-1. КОНСТРУКЦИИ КАБЕЛЕЙ
Конструкция гибких высоковольтных кабелей опреде ляется их назначением. Поскольку эти кабели исполь зуются для питания передвижных механизмов, одной из основных особенностей их конструкции является гиб-
15
кость (возможность многократных деформаций, переме щений, волочения по грунту и т. д.). Гибкость кабеля в значительной мере зависит от конструкции токопрово дящих жил, шага скрутки изолированных жил, от элас тичности изоляции и защитного покрова.
Так как кабели предназначены для работы при вы соком напряжении, то их изоляция, кроме эластичности,
должна обладать и высокими |
электроизоляционными |
12 3 4- |
1 я U 1? |
Рис. 2-1. Конструкции высоковольтных гибких кабелей, выпускаемых в СССР.
1 — токопроводящая |
жила; 2 —внутренний |
полупроводящнй экран; 3 — изоля |
||||
ция; 4 — наружный |
полупроводящнй экран: |
5 — металлический |
экран |
в виде |
||
обмотки из медных луженых проволок; |
6 — обмотка тканевой лентой; |
7 — сер |
||||
дечник-заполнитель; |
8 — заземляющая |
жила; |
9 — изоляция |
заземляющей |
||
жнлы; 10— внутренняя оболочка; И — наружная |
оболочка; 12— стальной сер |
|||||
|
дечник. |
|
|
|
|
|
свойствами, обеспечивающими длительную надежную работу кабелей, а конструкция кабеля должна обеспе чивать достаточную безопасность его обслуживания.
В большинстве случаев высоковольтные гибкие ка бели работают в очень тяжелых условиях окружающей среды (см. гл. 1), что обусловливает необходимость эластичного, но прочного защитного покрова, которым обычно является резина, упрочненная нитями, тканя
ми и т. п.
В нашей стране высоковольтные гибкие кабели для работы в сетях с изолированной нейтралью с номиналь
ным |
напряжением 6 000 в переменного тока |
частотой |
|
50 гц |
выпускаются по ГОСТ 9388-69 |
«Кабели |
высоко |
вольтные с резиновой изоляцией для |
экскаваторов и |
||
драг» |
марок КШВГ, КШВГМ, КШВГД, КШВГДМ, |
||
а также КШВГС и КШВГМС — кабель шланговый, вы соковольтный гибкий. Буквы означают: М — морозостой-
16