Универсальная система муфт для кабелей на напряжение до 35 кВ

Несмотря на попытки унификации, в мире существует множество кабелей разных конструкций. Во время международных тендеров чаще всего детальное описание кабеля не требуется и оно может сводиться к следующему: «Одножильный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена сечением алюминиевой жилы 150 мм2, напряжением 12/20 кВ, в соответствии с МЭК 60502-2 или СЕNELEC HD 620-1».
У описанного кабеля могут быть совершенно разные параметры, например:

• жила: круглая однопроволочная (сплошная) (RE) или круглая многопроволочная (RM);
• для многопроволочной жилы: степень уплотнения, жесткость металла и продольная герметизация;
• полупроводящий экран: экструдированный вместе с изоляцией или легко снимаемый;
• металлический экран и наружный покров: сечение и конструкция экрана, поперечная и продольная защита от проникновения влаги, тип материала наружного покрова.

Требования к универсальной системе муфт:

• применимость для всех типов кабелей;
• простота и безопасность монтажа, для которого персоналу не нужно специальное обучение;
• отсутствие специального инструмента;
• небольшая длина и компактность конструкции, позволяющие работать в стесненных условиях траншеи или канала;
• механическая прочность наружного покрова для подземной прокладки должна быть не ниже прочности наружной оболочки кабеля из полиэтилена высокой плотности;
• способность выдерживать в аварийных условиях нагрев жилы до +130°C;
• диапазон применения для нескольких типоразмеров кабеля, что дает возможность соединить кабели разных сечений и минимизировать складские запасы;
• полная комплектность муфты, включая соединители жил, заземления экранов и брони.

Сформулированные требования выполняются благодаря элементам конструкции муфты, которые обеспечивают полное восстановление изоляции, экрана, механической прочности и герметизации места соединения кабелей с выравниванием напряженности электрического поля и непаянным и непрессованным соединением жил и экранов.
Муфта укомплектована универсальными болтовыми соединителями со срывными головками. Соединители подстраиваются на весь применяемый диапазон муфты по сечениям проводника, гарантируя требуемое усилие для создания контакта независимо от конструкции и металла жилы. Уровень срыва головок – корпус соединителя.
Следует отметить, что соединители под опрессовку, особенно для больших сечений, имеют достаточно большую длину. Для определенного класса напряжения размеры конструкции муфты практически неизменны, и поэтому длина соединителя определяет длину муфты, а муфты с болтовыми соединителями значительно короче. Это является большим преимуществом при монтаже.

Соединитель жил должен отвечать следующим требованиям:

• безопасный монтаж без специального инструмента;
• способность соединять алюминиевые и медные жилы однопроволочные и многопроволочные, круглые и секторные;
• применимость для жил с продольной блокировкой влаги и с пропиточной изоляцией;
• короткая и компактная конструкция;
• оптимальная подстройка соединителя к жиле по диапазону сечений муфты;
• способность работы в аварийных режимах при температурах проводника до +130°C.

Сегодня считается, что международная стандартизация процедуры испытаний соединителей не закончена. По таблице 1 можно сравнить критерии испытаний соединителей по различным стандартам.

Таблица 1	IEC 61238–1:1993.08 Класс а	VDE 0220 PART 2 0.4 78 (опрессовка, сечение до 300 мм2)	ANSI C119.4–1991 (Класс А, Класс тяжения 3)
Кол-во циклов нагрева	1000	1000	500
Температура	Т con = 100° C	Т con = 100° C	Т c = 90° C + 32k
Токи КЗ	Т c = 250-270° C t = 1 сек 6 раз	Т c = 250-270° C t = 1 сек 3 раза	Не требуется - -
Механическая нагрузка	s = 40 N/мм2 для Al s = 60 N/мм2 для Cu макс. 20.000 N	s = 40 N/мм2 для Al s = 60 N/мм2 для Cu	5% от номинальной разрушающей нагрузки проводника
Кол-во испытуемых образцов	6	6	4
Основные критерии оценки	T con max <= Tc max Относительное сопротивление:	T con max <= Tc max Относительное сопротивление:	T con max <= Tc max

Сейчас международный стандарт МЭК IEC 61238–1:1993 [класс A] считается предпочтительным для соединителей кабельных жил, и в данное время обсуждаются просьбы многих энергетиков усилить этот стандарт испытанием соединителей на перегрузочную способность.
Существующий с 1999 года проект с поправками стандарта МЭК IEC 61238, а также проект стандарта CENELEC EN 61238–1:2001, ограничивают уровень применения соединителей до 35 кВ (Um = 42 кВ) и допускают во время испытаний большие величины относительного переходного сопротивления (увеличение l от 1.5 до 2.0). Авторы считают, что это плановое снижение требований, а не поиск компромиссов.

Стандартизация испытаний для кабельной арматуры на средний класс напряжения как на национальных, так и на международном уровне завершена. Стандарты испытаний CENELEC действуют в странах ЕЭС, Норвегии, Швеции, Чехии, на Мальте и будут применяться вскоре и в других странах Центральной и Восточной Европы. Стандарты IEC (МЭК) – международные, а в Северной и Южной Америке действует стандарт IEEE. Эти 3 стандарта сравнимы по их испытательным программам и уровням испытательного напряжения. Но они значительно отличаются в отношении длительности циклических испытаний: CENELEC – 1008 часов; IEC – 504 часа; IEEE – 720 часов.

Рис. 2. Состояние контактной поверхности кабель/муфта после долгосрочных испытаний.

Муфта должна считаться коротким куском кабеля, поэтому муфты, так же как и кабель, должны подвергаться долгосрочным испытаниям, которые выполняются с изменением нагрузки. Благодаря усилению нагрузки цикл испытаний сокращен до 1 года. В завершение изоляция должна пройти испытания в соответствии с требованиями CENELEC HD629.1.S1 на напряжение 12,7/22 (24) кВ для переменного, постоянного и импульсного напряжения, а также на частичный разряд.
После завершения испытаний образцы вскрывают (см. рис. 2). Все компоненты соединительных муфт должны быть в удовлетворительном состоянии, причем даже в областях с повышенной напряженностью электрического поля изоляция не должна претерпеть критических изменений.
При правильной конструкции соединителя, выполненного из алюминиевого сплава, исключающего протекание электрохимической реакции, в его области коррозия не обнаруживается.

Универсальная система муфт стала распространяться в 90-х годах. Сейчас как минимум 100 тысяч муфт находятся в эксплуатации по всему миру. Это переходные муфты для соединения кабелей с пластмассовой изоляцией с кабелями с бумажной изоляцией, переходные муфты по сечению жил кабелей и для соединения кабелей с различной конструкцией и материалом жил. Часто универсальные муфты монтируют в экстремальных климатических условиях. В районах вечной мерзлоты температура во время монтажа составляет ниже –20°. В тропиках монтаж проводится в очень влажных условиях, иногда под проливным дождем или с повышенным уровнем грунтовых вод. В пустынях препятствие монтажу создает очень мелкий песок, причем обязательные монтажные палатки часто отсутствуют. В таких условиях чем меньше время работ, тем лучше качество монтажа. В заключение отметим, что концепция универсальных термоусаживаемых муфт полностью соответствует новым тенденциям в технологии монтажа и эксплуатации.