Ізоляційний наповнювач для герметизації кабелів та спосіб з’єднання електричних кабелів

/У?///С &ё О&&О6 З C08L33/10 Н 02 G 1/16 Ізоляційний наповнювач для герметизації кабелів та спосіб з'єднання електричних кабелів Пропоноване технічне рішення відноситься до галузі електротехніки і може бути використане для герметизації з'єднання відрізків силових броньованих кабелів напругою до 10 кВ з паперовою та пластмасовою ізоляцією і мідними жилами, призначених для експлуатації в умовах гірничіх виробок та поверхневих комплексів вугільних і сланцевих шахт, вугільних розрізів та рудників. Правила безпеки у вугільних шахтах передбачають застосування різних марок гнучких і броньованих кабелів. З числа броньованих кабелів використовуються кабелі з паперовою ізоляцією і мідними жилами. свинцевою оболонкою і захисним покривом з бронею із стальних або стальних оцинкованих дротів, а також кабелі підвищеної гнучкості марки ЕВТ та інші броньовані кабелі з пластмасовою ізоляцією жил і шланговою оболонкою з полівінілхлоридного пластик азу. Для монтажу кабельних муфт і з'єднання кабелів зв'язку використовують заливальні герметизуючі композиції на основі полімерів. Відома епоксидна композиція для кабельних муфт, що містить епоксидну смолу ВД-20, пластифікатор-діоктилфталат, твердник діетилентриамін або поліетилен-поліамін УП-0633М та наповнювач-кварц пиловидний. Твердник міститься в кількості 8 мас. ч., а наповнювач - 100 мас. ч. на 100 мас. ч. компаунду (див. "Технічна документація на муфти для силових кабелів з паперовою та пластмасовою ізоляцією до 35 кВ*\ М., ''Енерговидав", 1982, с.14). Час затвердіння складає 3-5 діб, що є основним недоліком відомої композиції, тому що це значно збільшує час ремонту кабелів. -2 Відомий спосіб з'єднання електричних кабелів, реалізований у винаході "Апарат для ремонту, закриття та з'єднання кабельних виробів", захищеному авт. свід. бувш. СРСР № 1464234 (М.кл.4 Н 02 С 1/14). Суть способу полягає в наступному. Кінці кабеля розкривають, з'єднують жили» а потім покриту грубкою з ізоляційного матеріалу зрощувану ділянку кабеля поміщають у формуючу порожнину між півмуфтами. Як ізоляційний матеріал використовують термоусадковии матеріал, В апараті є джерело теплової енергії, для якого використана екзотермічна суміш. В результаті екзотермічної реакції відбувається нагрівання стінок формуючої порожнини, що викликає фізичне перетворення ізоляційного матеріалу на зрощуваній ділянці. Основним недоліком відомого способу є те, що його застосування в шахтах становить підвищену небезпеку внаслідок використання сірчаної кислоти як джерела теплової енергії. Трубка з термоусадкового матеріалу має невелику товщину, тому вона, в свою чергу, повинна бути надійно захищена металевою муфтою від падаючих кусків породи і вугілля, здатних пошкодити її. Крім того, відомий спосіб призначений для з'єднання тільки гнучких кабелів. Найбільш близькою за технічною суттю та результатом, що досягається, до заявлюваного наповнювача є полімерна композиція для герметизації кабелів зв'язку, яка містить епоксидні олігомери і твердники (дав. авт. свід. бувш. СРСР № 1233239). Склад композиції, визначеної як прототип, такий, мас, %: дигліцидиловий ефір 1Л-біс-(оксиметил)-циклогексаген-3 - 100; епоксидна смола - 20,0-30,0; моноціанстилдістилентриаламін - 22,4 - 26,0; диціанетилдіетилентриамін - 7,5-8,9. Час затвердіння даної композиції при 20±5°С складає 1 добу. Відома композиція є монолітною, може тверднути вже при кімнатній температурі. Недоліком вказаної композиції, також як і аналога, г мала швидкість затвердіння і, як наслідок, тривалість процесу герметизації кабелів. Відомий спосіб з'єднання електричних кабелів, якші попягас в тому, що кінці з'едтваиого кабеля розкривають па необхідній довжині. Під час розкриття послідовно видаляючі, зоішіїшші захисний покрив, броню, свинцеву оболонку, поясну та ф а ї ї і у ізоляції кабели. Потім з кіпців жил видаляють паперову ізоляцію. Імли місця зрізу ізоляції накладають бандаж із сурових ниток. На оголені жили надівають з'єднувальні плыл пік, щоб торці стикувалися в середині іільзи. після чого їх опресовукпь га ізолюю і ь лакогкшіиною І Іісля ізолювання встановлюють фарфорові рошіркм і кріплять їх до жил. На ділянку кабеля, ма якій буде ромашоиуватпся горловина муфіп, накладають просмолену сірічку, а поверх неї - толевий папір Під кабелі, підводять нижню половину муфти і в неї укладають розкритий кабель. Верхню половину муфти накладають па нижню і скріплюкпь болтами. Зпземляючнії провідник приєднуюіь до корпуса муфти 'іа до хомутів, які накладають на броню обох відрізків кабеля та па прічку зі свинцевої оболонки, випущену із з'єднувальної муфти. Заливання муфш кабельною масою проводять за кілька заходів. Спочатку заливають кабельною масою до рівня жил кабели. [Іісля остигання маси муфту залітають до 3/4 об'єму, а потім до повного об'єму. Після утворення усадки проводять доливання 1 - 2 рази. Корпус муфти приєднують до місцевого заземлювача (див. Правила ІСК ІПЧІШЇ експлуатації в\ і ільннх І сланцевих шам. М.: Па/іра, 1976. є.304). Основним недоліком від омого способу з'єд нання кабелів . визначеного як прототип, є трудомісткість, пов'язана з використанням маслобітумшіх мас як ізоляційного матеріалу. Це зумовлено гпм, що температура маси в момент заливання в муфту повинна складати 170160°С, а муфта повинна бути попередньо нагріта до температури 50-ЬО°С ітя забезпечення чі її тпоиптня. Ці вимоги її шахті не викопуються, оскільки на місці монтажу муфт відсушс необхідне джерело теплл. Тривалість повного никлу монтажу -і єднання кабелі складає 4,5 ГОДИНИ, ІДО приводить до простоювання дільниці. В основу першого винаходу поставлено завдання створити такий ізоляційний наповнювач для герметизації місць з'єднання кабеля, ноні інгредієнти якоі\> та \\ співвідношення дозволять збільшити швидкість затвердіння при збереженні монолі шості затверділого наповнювача, що зтгто скоротить час ремонту кабел.ч В основ) другого ьинаходу ""оставлено завдання створити такий спосіб з'єднання :-псктрі:чнпх кабели), и якому нові операції і використання нового поляціш оі'б наповнювача доголять сіфоспші технолог ію З'єднання відрпкір- кабель ибо ремонт останнього. Поставлене завдання роеш'язу' 'п.гя "її рахунок того, то ізоляційний наь.овнювач для г^мстнзапи електричних кабелів, який містить олігомер та ініціатори затвердіння, згідно ?. иииаходом як олігомер містить олк'оефіракрилат або т]эи^жсиетнлец^иметакр»лат Та ; або) іаетакрилбістркегіїленглікольфтил'Д'], sк ініціатори затвердіння днметиланілш і перекис бетоїлу, а тс-кож дедатково містить сополіме]) ілнілхло]5Иду э вінілацетатом, мечклм^та&.рплат, трпксшіеіплфосфат та кварц ішловидішГг при такому співвідношенні компонентів, мас.%: олі г ое ф іракриїлі т, триоксиетилен диметакрилат ч та(або)метакрііл6ісгриетиленгліісольфталат 19.00 - 32лні; сополимер вінілхлориду з іїшілацетатом 20,ГН1 32,00; метилу;етакрзи:ат s.Ou - ІСМ1!); дпмет п.'іанілііі 0,18 - 0,22; перекії-: бен::оілу іди) - 2,00; трпкеплеишфосфат' 12.00 - 20,00; \ квариіпіловидьіип 3 5,00 40,On, Друге завдання розв'язується за рахунок того, що в способі з'єднання електричних кабелів, який полягає в тому, що зрощувану ділянку кабеля розкривають, відбортовують броню, розведені за допомогою розпірного -5 диска жили зрощують, укладають зрощувану ділянку в форму і заливають ізоляційним наповнювачем, згідно з винаходом перед відбортуванням броні на металеву оболонку кабеля надівають кільця з отворами, броню загинають поверх кілець і щільно притискають до кабеля хомутами, розпірні диски, оснащені пазами для укладення армування, встановлюють в "головках'1 з'єднуваних кінців кабеля, після зрощування жил кільця з'єднують стяжними шпильками, які проходять і через пази розпірних дисків і утворюють армування , а після затвердіння ізоляційного наповнювача, залитого в форму, останню знімають. Досягнення позитивного ефекту при використанні пропонованого ізоляційного матеріалу полягає в наступному. Заміна епоксидних олігомерів на олігоефіракрилати приводить до значного прискорення процесу затвердіння композиції, проте використання останніх приводить до розтріскування отриманих матеріалів. При введенні в композицію, що містить олігоефіракрилат, полі мера та мономера забезпечується попереднє суміщення (взаєморозчинення) композиції Сополімер вінілхлориду і вінілацетату вже при кімнатній температурі інтенсивно набухає в суміші олігомера, мономера та пластифікатора. Мономер, крім того, прискорює процес суміщення. В результаті цієї фізико-хімічної взаємодії композиція з рідкого стану переходить в пластичний, в якому і відбувається процес полімеризації олігомера (мономера). Таке двоступеневе перетворення композиції забезпечує не тільки ЇЇ стійкість на ранній стадії, але й сприяє радикальній полімеризації олігомера і мономера завдяки блокуванню дифузії кисню в масу матеріалу, що, в свою чергу, збільшує глибину реакції полімеризації без додаткового підігріву. Набухлі в олігомері й мономері частинки полі мера армують полімерне тіло, зменшуючи його крихкість і створюючи монолітний виріб за рахунок усадки. Тому заявлювана композиція, як виявилось, твердне -6 швидко, без використання джерела нагріву, при кімнатній температурі, утворюючи монолітний затверділий матеріал. Як олігоефіракрилат краще використовувати триоксиетилен диметакрилат, метакрилбістриетішенглікольфталат або іх суміш. Використання нових операцій в способі з'єднання елекричних кабелів дозволяє отримати армування для ізоляційного наповнювача, яке захищає силові жили від розтягуючих зусиль, і забезпечити надійність з'єднання без застосування металевих муфг, тому що форма, після затвердіння наповнювача, знімається і може бути використана багаторазово. Для експеримешальної перевірки ізоляційного швидкотвердіючого наповнювача було підготовлено 7 композицій, 3 з яких показали оптимальні результати (див, табл., п.п.1,3,4). За прикладом 2 приготовлено композицію, яка твердіє за 40-50 хвилин за рахунок того, що кількість перекису бензоїлу відповідає мінімальному значенню (див. формулу винаходу). Як олігоефіракрилат використовували іриоксиетилендиметакрилат, або метакрилбістриетиленглікольфталат, або їх суміш, як полімерний компонент використовували сополімер вінілхлориду з вінілацетатом (вміст вихідних мономерів 85:15 відповідно); як мономер - метилметакрилат, як ініціатори затвердіння - перекис бензоїлу і диметиланілін, як пластифікатор, який одночасно знижує горючість затверділої композиції - триксиленілфосфат, як наповнювач - кварц пиловидний. Всі використані компоненти випускаються вітчизняною промисловістю марки "технічний", крім диметиланіліну - марки "ч.д.а.". Суміші одержували змішуванням компонентів. Окремо змішували сухі і рідкі компоненти. І суміш (суха): сополімер вінілхлориду з вінілацетатом, перекис бензоїлу та кварц пиловидний. Суміш І перемішують у змішувачі швидкісного типу 8-12 хвилин. - 7 II суміш (ртдка): олігоефіракрилат, метилметакрилат, диметиланілін, триксиленілфосфат. Суміш II перемішують у змішувачі іявидкісного типу 5-7 хвилин. І і II суміші поміщають кожну в окрему тару, наприклад, в поліетиленову. Вшотовлення кабельних муфт (закриття дефектів кабеля) здійснюється шляхом заливання пастоподібної композиції, приготовленої шляхом змішування вказаних двох сполук безпосередньо перед заливанням як в лабораторних, так і в польовий умовах у форму. В польових умовах при температурі нижчій за 0°С форму з композицією чи місце закриття к&беля підігрівають паяльною лампою на протязі 3 хв. (або дають тверднути трохи довше без підігріву). В подальшому розігріву не потрібно. Сполука повністю затвердівае на протязі 30-40 хвилин. Потім форму знімають. Для закриття пошкодження кабелів їх обмазують композицією за прикладом 2 (найкраще), тому що вона має максимальну життєздатність. Для проведення випробувань стандартні зразки композиції готували таким чином: у підготовлену форму (на диск діаметром 100 мм і товщиною Ь2 мм. "лопатки" чи пластини розміром 110x150x4 мм) заливають пастоподібну композицію, підготовлену як описано раніше. Для полегшення виймання затверділої герметизуючої композиції з форми на її поверхню безпосередньо перед заливанням наносять шар парафіну, силіконової рідини або ін. Перед проведенням випробувань зразки кондиціонують при кімнатній температурі не менше доби. Випробування композиції проводять за такими методиками: - визначення в'язкості здійснювали на віскозиметрі ВЗ-1 (діаметр сопла 5,4 мм) при температурі 20±1°С у відповідності з Інструкцією по експлуатації приладу; - визначення питомого об'ємного опору - згідно ГОСТ 6433.2-71; - визначення електричної міцності - за ГОСТ 6433.3-71; - визначення руйнівного напруження при розтягу та відносного видовження при розриві - за ГОСТ 11262-82; - визначення твердості за Бринелем - за ГОСТ 4670-77; - час затвердіння фіксують за допомогою секундоміра чи годинника з моменту змішування двох компонентів композиції до отримання твердого виробу; - визначення вогнестійкості (кисневий індекс) - за ГОСТ 21793-76. Таблиця Склад композиції та її властивості 1 Дигліциднловий ефір 1,1-бис(оксиметил)-циклогексаген-З Епоксидіанова смола ЕД-20 Моноціанетилдіетиленттжамін Дищанетилдиетилентриамш Сополімер вінілхлориду з вінілацетатом Тріїоксиетилендиметакрилат Метакрилбістриеті-їленглікольфталат Метилметакрилат Триксшіенілфосфат Кварц шшовидний Перекис бензоїну Диметиланілш В'язкість по ВЗ-1 (сопло 5,4 мм) при 20±1°С, сек, не більше Птомиії об'ємний опір, Ом-м Кисневий індекс Електрична міцність, кВ/мм Руйнівне напруження при розтягу, МПа Відносне видовження при 1 2 Приклади 3 4 5 3 4 5 6 -_. 26,80 Прото тип №1, мас.ч. 2 20,00 27,00 32,00 10,00 , S 100 1 34 26,6 88 ҐЩс 10,00 20,00 23,00 2,00 0,20 60-90 1-Ю11 ]2г8-І012 17 19 7 24 19,4 1749 120 3,1-3,4 21,78 19,00 | 18,00 i J ^ O O 3,00 102 120 I140~f 15 27 35,00 15,00 5,00 л 7,30 LJA25 14,82 12,00 5,00 П>5,00 40,00 25,00 15,00 45,00 7,00 1,00 1,50 0,901 0,18 0,22 0,25 120- Г бо 360 240-250 60-J20 : 12 180 М 10 2,2-1О12 3,4-10l2]U'10M 3,6-10'° 21 24 12,6 20 17,1 16,5 13,4 21-23 16-18 19-20 9,5-12 14-15 1,54,8 2,1-2,3 4-5 1,2 рОЗрИВІ, °/о Твердість oa Бринелем, МПа Жнгтеідатність, хв. Час затвердіння, хв. (20°С) 6 142 1 92 зо"4 20 45-50 30 107,61 150 18 ' 50 28 240 1,8 41,4 3 7 -9 1 Час затвердіння nojiiMq^Hoi' композиті, хв., в залежності від навколишньої температури, °С + 15 +5 0 -5 -10 2 3 1440 2160 2880 4320 5760 Продовження таблиці 6 27 35 40 60 4 L_ 5 j_ JL__J 8 f 70 Примітка. Загальна вага композиції за прикладом 1 складає 4 кг, за прикладом 3 - 1 кг. В таблиці наведено приклад, за яким (див. таблицю) готували та випробували відому суміш, за прикладами 1 и 3 як олігоефіракрилат використовували триоксіетилен диметакрилат, за прикладом 2 - метакрилбістриетиленглікольфталат, за прикладом 4 - суміш обох компонентів (9:7). За прикладами 5 і 6 приготовлені та випробувані суміші із співвідношенням, компонентів, які виходять за межі граничних. Час затвердіння композицій 5 і 6 складає 240 і 7 хв. відповідно. При виборі меж співвідношення компонентів керувались тим фактом, що композиція із співвідношенням компонентів нижчим від указаних в формулі винаходу (приклад 5) мас великий час затвердіння (240 хв.) і утворює після затвердіння надто жорсткий матеріал. Композиція із співвідношенням компонентів вищим від указаних в формулі має дуже низьку життєздатність і після затвердіння утворює неміцний матеріал. Час затвердіння заявлюваної композиції за прикладами 1, 3, 4 складає 27-30 хв., значно менше, ніж час затвердіння відомої композиції, який складає і добу (див. таблицю). Час затвердіння композиції за прикладом 2 дещо більший (45-50 хв.), що пояснюється мінімальним вмістом перекису бензоїлу в композиції. Однією з основних вимог до герметизуючих композицій після їх затвердіння (наприклад, для з'єднувальних муфт) є отримання монолітного виробу, тому що в протилежному випадку в процесі - 10 експлуатанії в угвореиі трсіцшпі може проникнути волога, що знижує як міцність виробу, так і ного надійність під час експлуатації (різко знижуються діелектричні властивості, аж до пробою). Заявдювана композиція утворює місія заливання і затвердіння монолітні вироби (без тріщин) навіть у випадку отрим ання пеликогаоаригних муфі: за прикладом 3 виготовлена кінцева муфта масою І кг, а за прикладом 1 - 4 кт. Ішлі приклади наведені дтя композицій загальною нагою 300-400 і. Отримані муфтії монолітні, зріз однорідний. В'ЯЗЕОІСТЬ зашшюваної композиції суттєво нижча, ніж композиції за прототипом, що забезпечує якісну заливку муфт і зручність в роботі під час герметизації кабелів. Млекрпчпа міцність затверділої запилюваної композиції знаходиться на рівні прототип}', а питомий об'гмннй опір вищий від опору затверділого матеріалу за прототипом, що свідчить про більш високі діелектричні властивості заявлюваної композиції. Заявлтована композиція після затвердіння с міцнішою, ніж матеріал за прототипом, проте поступається йому за еластичністю, що в даному випадку не впливає на монолітність виробів. Поступається заявлкшапа композиція відомій і за життєздатністю (15-30 хв. проти 120}, але 15-30 хвилин достатньо для заливання муфти, чи герметизації кабеля (необхідний час склада г 5-]0 хв.). Виробі г на основі заявлюваної композиції на відміну від відомої мають вогнестійкість, що дозволяє використовувати її в пожежонебезпечних місцях, в і ому числі для в і н оювлеппя кабельних муфі в умовах вугільних шахт. Отже, з таблиці випливає, що полімерна композиція пропонованого складу (п. п.1.3.4 ) мас значно шипу швидкість затвердіння (1440 хп. за прототипом і 27-50 хв. за пропонованим винаходом), що дозволить підвищити продуктивність робі г під час герметизації кабелів. Композиція після за твердіння } гворюе монолітний виріб без дефектні, що дозволяє виї >говлягпі навпь шпішогибаріши з'єднувальні муфти для щжетшацп кабелв (з об емом залиькп V=]JI суміші), Заявлювана композиція є мень і [Кідливою для людини, що працює з нею. ніж композиція за прототипом. На фіг. 1, 2, 3, 4, 5 наведено рисунки, що ілюструють з'єднання силового броньованого кабеля ) паперовою ізоляцією, свинцевою оболонкою, бронею п стальних оцигкованих дротів і джутовою обпліткою, допущеного для прокладання v виробках з кутом нахилу, більшим за 45° (показані перерп і розкри ^гя клбсля, На фіг. 1 показані такі елемент і з гдаання: кабель 1, дротяна ороня ч, хомут 3, затискач 4 для приєднанні заземляючого провода, шдбортована дротяна броня із свинцевою оболонкою 5, стальне кільце 6з трьома отворами М8, поясна ісоляшя 7, СЇЮ ^НІ болти 8 для армування, оозшрш ізоляційні диски "К паперова поляціч 1 о мідних жил 1 ], защемляючий багатодротовий пзовід 12 перерізом 25-50 мм2, міцні гільзи П для з'єднання жил, форма 14 Спосіб здійснюють таким чином. * Кінці з'едн) ьано ^о кабеля розпрямляють і > кладають наслистолі довжиною не мен иою за о м не моніажний стелаж. Потім :; оОох кінців відрізують U , 5 м кабеля, після чого кабель розкривають, оголюючи мідні жили 11. На відстані 40,о мм під зргл броні на кожен відрізок надівають стальні кільця 6, ыдбор о]>}ють дрося (} броню п свинцевою оболонкою 5 лоъерх кілець і закріплюють хому а>іи 3. Оголені жили 11 розводять і вставляють між -килами розпірні диски 9, в яких виконані три отвори на рівній відстані один вщ одного. На кінці жил 11 надівають мідні гільзи 13 таким чином, ирб з'єднання кшшв відбувалося в середині гільзи, і опресовують і\ Рошірні юлящйні ціски 9 розташовані між жилами 11 на відстані 80,0-1 по и ми го обидва б іки від гільз. Потім в пази дисків 9 і кілець 6 вставляю!ь стяжні болти 8 для армування і закріплюють їх. -12 загвішч^ючи в отвори ': різьбою N'18 одного і кілець. Поверх армування прокладають зазп.ыяючин провід 12 і кріплять його до хомутів 3. З'єднану таким чином ділянку кабеля укладають в одну з частин форми 14, закривають другою частиною, скріплюють їх і заливають ізоляційним наповнювачем. Після затвердіння останнього форму знімають. Порівняльні її анадп заявлюванюго рішення з прототипом показує, що заявлюваний спосіб відрізняється від відомого тим, що виключає необхідність застосування постійної металевої або пластмасової оболонки і необхідність приєднання з'єднання до місцевих заземлювачів за рахунок поміщення елемент з'єднання кабелів з МОНОЛІТ ІЗ ЗМІЦНЮЮЧИМ металевим каркасом і відновлення кола заземлення за допомогою мідного проводу перерізом \{)-5*ї мм\ схованого в моноліті, вихідним матеріалом, для того прийнято швидко шердн} чий олігомер. якому властиві високі механічні та електричні показники нетоксїічшс гь високі адгезшна здатність, вологостійкість і швидкість затвердіння. Цим самим дозволяє підвищити безпеку, технологічність, надійність та економічність виробництва з'єднань каослів у шахтах 1 І ІОЛЯЦІЙНИИ НАПОВНЮВАЧ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦІЇ КАБЕЛІВ ТА СТЮПП .і'СДНАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ КАБЕЛІВ 235 6 7 8 9 10 II 13 -^— , ) \ \ \ ^ v \ \ \\ ^ \ ^ > \ \ \ \ v \ \ v \ —1—5374 Ч-/-/-/-/-/-£. Фіг.і Лбтори- Обсяннікоб 0.0. Жц5о6ець Б.Д. Колосюк В.п. Копіпікоб В.П. Костенко М.В. Сеплярськии Д.г. Бробська 5.М. ІЗОЛЯЦІЙНИЙ НАПОВНЮВАЧ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦІЇ КАБЕЛІВ ТА СПОСІБ .Ч'ЄДПАЛІІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ КАБЕЛІВ А-А Mam.Cm.З Мот.Ст.5 9 Фіг.4 іг.2 -Г -Г /-Г / / / LУ / / / / / / . Фіг. 5 А&глори-. О бс ян нік об O. J. Ж и б о б е ц ь В. Д. К о лосьок Б.п. КоптСкоб &.П. Костенко М.в. Сеплярьскиа д.г. Бробська з.м.