Применение материалов компании 3М для восстановления повреждений гибкого экранированного кабеля с резиновой изоляцией на напряжение 6 кВ типа КГЭ и его аналогов.

10:22, 07.03

Во всем мире основной областью применения гибкого кабеля напряжением 6 кВ является электроснабжение карьерных экскаваторов (рис. 1), работающих на открытых горнодобывающих разрезах и рудниках (рис. 2). В России и странах бывшего Советского Союза для этих целей широко применяется кабель типа КГЭ с резиновой изоляцией и его модификации,например, кабель КГЭ-ХЛ, рассчитанный на применение в условиях холодного климата. Основное преимущество такого кабеля – его мобильность. Он легко перемещается вслед за работающим карьерным экскаватором. Увы, но оборотной стороной достоинств всегда являются недостатки. Этот кабель не обладает высокими прочностными характеристиками, резиновая оболочка и основная изоляция легко подвержена порезу, задиру, вырыву. Сам кабель нередко рвется как по причине больших усилий тяжения, так и по причине воздействия на него внешних факторов – породы, техники и даже персонала. 

Рис.1  Карьерный экскаватор ЭКГ
 
Фактически, любое подобное повреждение способно привести к отказу всего кабельного оборудования в целом, и, следовательно, к простою электротехнологического оборудования. Поэтому решение вопроса быстрого, качественного и эффективного восстановления поврежденного кабеля с резиновой изоляцией – путь к снижению эксплуатационных издержек.
Традиционный путь решения этой задачи – использование сырой вулканизируемой резины – является низкотехнологичным, хотя и дает на выходе приемлемый результат. Суть проблемы заключатся в том, что поврежденный кабель вывозится из карьера в ремонтный цех, где на поврежденном участке с помощью вулканизируемой резины восстанавливается основная изоляция, полупроводящие слои и оболочка, после чего происходит спекание резины в камере-вулканизаторе. Экскаваторная техника в это время либо простаивает, либо питается через резервный кабель по временной схеме. Подобного рода манипуляции – это время, это деньги.
 
 
 Рис. 2 Открытый карьер горно-обогатительного комбината «Ванадий», г. Качканар. Вид со смотровой площадки.
 
Не лучше выглядит и способ ремонта на месте, когда та же сырая резина спекается посредством газовой горелки или обыкновенной паяльной лампы. Неравномерный нагрев в кустарных условиях приводит либо к недостаточному слипанию, либо пережиганию резины. Токопроводящий гаревый налет, оставляемый продуктами горения на слоях спекаемой резины, также не способствует улучшению диэлектрических свойств материала.
Существуют ли решения проблемы быстрого и эффективного восстановления повреждений гибкого экранированного кабеля? Специалисты компании  готовы утвердительно ответить на этот вопрос. Да, такие решения существуют.
2.  – это…
Компания ЗМ - динамично развивающаяся многопрофильная международная корпорация с вековой историей и многолетними традициями. Компания производит тысячи уникальных продуктов и занимает лидирующие позиции во многих сферах производства: от материалов для здравоохранения до товаров для дома и офиса. За время своей работы на различных рынках компания 3М снискала себе заслуженную славу одной из самых инновацонных компаний в мире.
Особое внимание компания уделяет применению своих технологий на рынке горнодобывающей промышленности, ведь более ста лет назад компания начинала свой путь именно с горнодобывающей отрасли – добычи корундового порошка для абразивных материалов. Сегодняшние решения компании 3М для отрасли – это продукция для охраны труда и здоровья на рабочих местах, средства обеспечения безопасности дорожного движения на горнодобывающих предприятиях, эксплуатационные решения для служб механизации предприятий, а также материалы для электрических сетей.
Ремонту гибкого силового кабеля уделяется особое внимание, т.к. во всем мире – от России и Украины до Чили и Перу, от Австралии и ЮАР до США и Канады – существуют одни и те же проблемы с его эксплуатацией. Кабель регулярно повреждается, регулярно рвется, требует регулярного обслуживания и ремонта. Такова плата, которую приходится платить за его уникальные свойства – гибкость и подвижность. Каким же образом можно производить качественное восстановление поврежденного кабеля на месте, не вывозя его из карьера в ремонтный цех? Давайте подробно разберем эти моменты.
В случае, если кабель получает внешние повреждения, необходимо установить их характер, понять, какие элементы конструкции кабеля требуют восстановления, и только после этого проводить их поэлементное восстановление. Как итог, электрическая структура кабеля должна быть восстановлена полностью!
4. Виды характерных повреждений кабеля типа КГЭ
Повреждения кабеля типа КГЭ можно условно разбить на 4 группы:
1.Повреждение оболочки кабеля (задир, порез, вырыв). Случай, когда в результате внешнего воздействия нарушена целостность внешней оболочки, но не задета основная изоляция токопроводящих жил.
2.Повреждение полупроводящего слоя, основной изоляции, токопроводящей жилы кабеля. Случай, когда помимо оболочки задета основная изоляция, а иногда и сама токопроводящая жила.
3.Обрыв кабеля. Случай, когда полностью нарушена целостность силового кабеля.
4.Отказ концевой заделки. Случай, когда происходит пробой или перекрытие между фазой и землей в месте соединения кабелей с коммутационным оборудованием, экскаватором или друг с другом.
Все эти случаи повреждений могут быть быстро и эффективно устранены, а в некоторых случаях и предупреждены с применением электротехнических материалов и технологий компании .
5. Материалы и технологии компании 3М, применяемые при ремонте кабеля типа КГЭ
5.1 Изоляционные ленты и мастики
Эластичные, высокопрочные, механически и химически стойкие ленты и мастики торговой марки Scotch™ компании ЗМ позволяют провести в аварийной ситуации восстановление оболочек и изоляции кабелей. Многие из них входят в составы специальных комплектов для проведения ремонтных работ на силовом кабеле.
5.1.1 Самовулканизирующиеся ленты
Scotch 23 – самовулканизирующаяся изоляционная лента на основе этиленпропиленовой резины (ЭПР) толщиной 0,76 мм. При намотке слои ленты самовулканизируются, образуя сплошной слой резины, не содержащий пузырьков воздуха и обладающий исключительными диэлектрическими свойствами. Лента характеризуется высокой эластичностью, комформностью (способностью облегать неровные поверхности и заполнять пустоты) и устойчивостью к атмосферным воздействиям. Scotch 23 содержит разделительный лайнер, который отделяется при монтаже и предотвращает загрязнение поверхности ленты. Имеет высокую электрическую прочность и может использоваться как изоляция при напряжениях до 69 кВ. Совместима со всеми твердыми диэлектриками, применяемыми для изоляции кабелей. Выдерживает кратковременный нагрев кабеля до 130°С. Намотка ленты осуществляется с половинным нахлестом, равномерными слоями до получения необходимой толщины изоляции.
 
Следует отметить, что в процессе эксплуатации резиновая изоляции кабеля подвергается длительному воздействию неравномерного электрического поля и перенапряжений, которое вызывают ионизацию воздушных включений и связанное с ней образование озона из кислорода воздуха. В результате электрическая прочность изоляции понижается. Напряжение начала ионизации в кабеле с воздушными включениями может быть в два раза ниже, чем в кабеле без них. Поэтому для устранения пустот особенно важно производить намотку ленты Scotch™ 23 с сильным натяжением (до 100 % и более). Предельное растяжение ленты при испытаниях достигает 1000 %. Кроме того, сильное натяжение при намотке способствует лучшей самовулканизации и получению однородного слоя изоляции.
Scotch 130C - самовулканизирующаяся изоляционная лента на основе этиленпропиленовой резины (ЭПР) толщиной 0,76 мм, обладающая повышенной теплопроводностью и обладающая работоспособностью при температуре до 130°С. Важной особенностью этой ленты является способность не распространять горение, что позволяет использовать ее для восстановления наружной оболочки при оперативном ремонте шахтных кабелей. Лента устойчива к растворителям и атмосферным воздействиям, совместима со всеми типами оболочки кабелей. Также как Scotch™ 23, эту ленту также необходимо наматывать с предельным натяжением.
Scotch 13 - самовулканизирующаяся полупроводящая лента на основе этиленпропиленовой резины (ЭПР). Основное предназначение - восстановление экранов, снятие поверхностного напряжение и регулирование электрического поля. Лента обладает высокой эластичностью, хорошо облегает неровные поверхности. Лента Scotch 13 обычно наматывается слоями с половинным перекрытием. Следует максимально растягивать ленту при восстановлении полупроводящих экранов. Натяжение ленты Scotch 13 приводит только к повышению ее проводимости.
Scotch 70 - самовулканизирующаяся температуроустойчивая силиконовая лента для изоляции кабельных наконечников. Диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 180°С. Лента устойчива к трекингу и электрической дуге. Сохраняет эластичность в течение длительного времени. Обладает высокой электрической прочностью.
5.1.2 Изоляционные ленты
Scotch Super 33+ - поливинилхлоридная изоляционная лента толщиной 0,18мм. Работоспособна в широком диапазоне температур от минус 40 до плюс 1050С. Благодаря свойству самозатухания и нераспространения горения лента может применяться при восстановлении оболочек шахтных кабелей. Устойчива к влажности, погодным воздействиям, ультрафиолетовому излучению и химикатам. Очень эластична и обладает высокой адгезией. Материал ленты не распространяет горения. Scotch Super 33+ обладает высокой устойчивостью к истиранию, воздействию влаги, щелочей, кислот, изменяющимся условиям среды (включая ультрафиолетовое излучение). Комбинация эластичной подложки и эффективного адгезивного слоя обеспечивает влагонепроницаемую электрическую и механическую защиту при минимальном объеме намотки. Ленту следует наматывать с перекрытием на половину ширины ленты при достаточном натяжении для получения равномерной намотки. Рекомендуется наматывать ленту начиная от участка меньшего диаметра к участку большего диаметра. Последний виток ленты следует наматывать без натяжения для исключения отклеивания концов ленты. Температура эксплуатации от минус 45 до плюс 105 С°. Температура монтажа от минус 18 С°.
Scotch 22 - поливинилхлоридная изоляционная лента толщиной 0,25 мм. Обладает повышенной износостойкостью и механической прочностью. Самозатухающая, не поддерживает горения. Обладает высокой устойчивостью к воздействию абразивных материалов, влаги, щелочей, кислот, коррозии. Эта лента без потери своих физических свойств может применяться при температуре от минус 10 до плюс 40 °С. Сочетание эластичной подложки и эффективного клеевого слоя обеспечивает механическую и электрическую защиту при минимальной толщине намотки. Намотка ленты осуществляется «снизу вверх», от поверхности меньшего диаметра к поверхности большего диаметра. Перед намоткой, на поверхности неправильной формы следует накладывать мастику Scotchfil™. Во избежание отклеивания обмотки последний виток ленты делается без натяга.
5.1.3 Герметизирующие ленты и мастики
Scotchfil - электроизоляционная мастика толщиной 3,18 мм для изоляции и защиты от влаги, выравнивания поверхностей в местах соединений кабелей, заполнения неровностей и пустот с целью получения ровной основы для последующей намотки изоляционной ленты. Легко подлежит формовке даже при низких температурах. Сохраняет эластичность и устойчивость к атмосферным воздействиям в течение длительного времени.
Scotch 2228 - резиново-мастичная лента толщиной 1,65 мм для изоляции и защиты от влаги и коррозии электрических соединений. Самозатухающая лента, которая не поддерживает процесс горения. Обладает высокими адгезионными и изоляционными свойствами. Большая толщина позволяет быстро нарастить диаметр и выровнять поверхность. Лента наносится на место соединения в растянутом состоянии (примерно на 30 %). В результате слои ленты в течение минуты слипаются между собой, образуя однородную массу (технология холодной вулканизации).
Трубки холодной усадки (PST) позволяет производить ремонт кабеля без применения огня и специальных инструментов. Трубка поставляется натянутой на пластмассовый корд, который поддерживает ее в растянутом состоянии. Вся работа монтажника заключается в удалении этого корда. При этом трубка плотно усаживается на кабель, обеспечивая как электрическую изоляцию с равномерной толщиной слоя, так и герметичное уплотнение. Качество такой изоляции постоянно и не зависит от мастерства электромонтажника.
Трубка холодной усадки создает постоянное радиальное прижимное давление, которое будет действовать на протяжении всего срока ее службы. По мере того, как кабель расширяется или сжимается под воздействием перегрузок или перепадов температур, вместе с ним расширяется и сжимается муфта холодной усадки, сохраняя герметичное уплотнение. Кроме того, некоторые трубки включают систему выравнивания напряженности электрического поля.
Изоляция жил выполняется трубками малого диаметра, а трубки большого диаметра используются для внешней оболочки кабеля.
В качестве материала холодноусаживаемых трубок и перчаток используется ЭПДМ-резина и высокоэластичный силикон.
Основные преимущества технологии холодной усадки:
- быстрота и легкость монтажа;
- отсутствие необходимости использования специальной инфраструктуры (горелка, склад с газовыми баллонами, служба заправки баллонов и пр.) и допусков на работы с огнем;
- сохранение изоляционных свойств во влажных условиях, устойчивость к кислотам, щелочам, маслостойкость;
- низкая чувствительность к ошибкам монтажа - исключено образование пустот или неравномерностей изоляционного слоя вследствие недостаточной квалификации монтажника;
- постоянное радиальное прижимное давление в течение всего срока службы;
- высокое качество, надежность и герметичность изоляции;
- 30-летний опыт эксплуатации по всему миру, в том числе и в горнодобывающей промышленности - в шахтах и на разрезах.
Ограничением этого метода является необходимость предварительной установки (надевания) холодноусаживаемой трубки на жилу или кабель.
5.3 Технология заливки компаунда
После восстановления изоляции и экранов кабеля (при помощи трубок или лент) поверх ремонтируемого участка устанавливается временный корпус, в который заливается специальный гибкий полиуретановый компаунд.
Для приготовления компаунда используется запатентованная система закрытого смешивания и заливки компаунда (СМР). Смешивание двух частей компаунда производится непосредственно в упаковке после разрыва разделительной мембраны. При этом не происходит контакта компаунда с руками монтажника и отсутствует риск вытекания компаунда и нанесения вреда окружающей среде. Прозрачный пакет облегчает визуальный контроль за процессом смешивания. Затвердевший компаунд сохраняет свою эластичность в течение длительного времени и при низких температурах.
Система закрытого смешивания и заливки компаунда (СМР) отвечает требованиям, предъявляемым сегодня к любой продукции относительно соответствия правилам охраны окружающей среды и техники безопасности.
Основные преимущества технологии с применением заливки компаунда:
- большая долговечность отремонтированного соединения;
- герметичность и влагостойкость места ремонта за счет высокой адгезии компаунда к оболочке кабеля и изоляции жил;
- после восстановления соединение сохраняет такую же гибкость, как и кабель;
- высокая адгезия к изоляции жил и оболочке кабеля, в том числе при длительной и переменной изгибающей нагрузке;
- негорючие компаунды Scotchcast 40Scotchcast 2131 соответствуют требованиям ПБ в угольных шахтах (ПБ 05-618-03) по нераспространению горения.
 
5.4 Комплекты изоляционных материалов
Многие из описанных выше материалов входят в состав монтажных и ремонтных комплектов, позволяющих быстро и эффективно произвести подключение нового или восстановление поврежденного кабеля. Общие характеристики комплектов изоляционных материалов компании  и их рекомендуемые области применения приведены в таблице 1.
 

Наименование
 комплекта

Сечения, мм2

Диаметр, мм

Технология

Область применения

Рекомендуемые марки кабелей

92-EB CS-0.5

16-25

 

Холодная усадка, ленты

Оконцевание силовых гибких экранированных кабелей напряжением 3,3 и 6 кВ

КГЭ, КГЭ-ХЛ, КГЭТ, КГЭН (ТУ16.К73.02-88),
КГпЭ, КГпЭ-ХЛ, КГпЭТ, КГпЭНШ (ТУ16.К73.064-2002),
КГЭТ, КГЭТН (ТУ16.К09-125-2002),  
КГТЭШ-3,3, КГТЭШ-6,3 (ТУ16.К09-126-2004)

92-EB CS-1

35-70

 

92-EB CS-1.5

70-150

 

8043-1

 

45,7-61

Холодная усадка, ленты

Ремонт и соединение гибких экранированных кабелей напряжением 3,3 и 6 кВ

92-AV 524 PL

25-35

 

Заливка компаундом, ленты

Ремонт и соединение гибких экранированных кабелей напряжением 3,3 и 6 кВ

92-AV 534 PL

35-150

 

M-20

 

41-64

Заливка компаундом

Ремонт оболочек силовых гибких кабелей