Муфты кабелей высокого напряжения
КЛАССИФИКАЦИЯ МУФТ
Кабельные муфты кабелей высокого напряжения различаются по назначению, значению и характеру действующего напряжения, допустимому давлению при эксплуатации, виду изоляции. По назначению муфты делятся на концевые, соединительные, стопорные и кабельные вводы в трансформаторы — для кабелей низкого давления; концевые, соединительные, соединительно-разветвительные, разветвительные и кабельные вводы в трансформаторы — для кабелей высокого давления. По виду изоляции — с конденсаторной и неконденсаторной подмоткой, стопорные муфты с бумажной и бумажно-эпоксидной изоляцией, с твердой монолитной изоляцией; по роду напряжения — на муфты переменного и постоянного тока.
Отечественной кабельной промышленностью муфты могут изготовляться на следующие классы напряжения и давления: 110, 150 и 220 кВ — низкого давления; 110, 220, 330, 380 и 500 кВ — высокого давления для систем переменного тока; 50, 100, 200, 400 и 750 кВ — для систем постоянного тока; 110 кВ — для кабелей, с пластмассовой изоляцией.
При значительном разнообразии конструкций муфт кабелей высокого напряжения, обусловленных конструктивными особенностями кабелей, требованиями эксплуатации, а также установившимися традициями в конструировании и расчетах в различных странах, все муфты содержат общие обязательные элементы и узлы.
Длительно допустимые давления масла в муфтах при эксплуатации, а также при переходных процессах аналогичны, как и длительно допустимым давлениям масла в кабелях, на которых они монтируются.
МУФТЫ КАБЕЛЕЙ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
Для сооружения кабельных линий низкого давления комплектно с кабелем поставляются концевые, соединительные, стопорные муфты и кабельные вводы в трансформаторы.
Концевые муфты предназначены для регулирования электрического поля, вывода из кабеля токопроводящей жилы и присоединения ее к линиям электропередачи, трансформаторам, элементам пункта перехода или ОРУ. Муфты можно разделить на два типа — концевые муфты открытого типа для работы в наружных установках и закрытого типа для работы внутри помещений. Оба типа муфт аналогичны по конструкции и отличаются только устройством внешней изоляции.
Муфтам присвоена марка МКМН-110 — муфта концевая для маслонаполненного кабеля низкого давления на 110 кВ. Основными элементами концевой муфты являются: токовывод, наружная изоляция, внутренняя изоляция, верхняя часть муфты, нижняя опорная часть муфты, экраны и электроды для регулирования электрического поля.
Рис. 4.1. Концевая муфта кабеля низкого давления на напряжение 110 кВ:
а — с конусным фарфоровым изолятором; б — с цилиндрическим фарфоровым изолятором; 1 — токовывод; 2 — фарфоровый изолятор; 3 — изоляция (подмотка) муфты; 4 — изоляция кабеля; 5 — внутренний экран; 6 — корпус муфты (опорная плита с хвостовиком)
Рис. 4.2. Токовывод концевой муфты низкого давления:
1 — верхняя часть токовывода; 2 — винт; 3 — гибкий сжим (компенсатор); 4- нижняя часть токовывода (наконечник); 5 — пробка; 6 — трубка опорная
В кабельных линиях 110 кВ применяются концевые муфты с конусными фарфоровыми изоляторами и бумажной подмоткой (рис. 4.1, а), а также муфты с цилиндрическими фарфоровыми изоляторами и подмоткой конденсаторного типа (рис. 4.1,6). В настоящее время для сооружения кабельных линий применяются муфты только с цилиндрическими изоляторами, которые имеют следующие преимущества: более высокую электрическую прочность, меньший объем масла в муфте (15 вместо 70 л), изолятор из высокопрочного фарфора, меньшую материалоемкость и трудоемкость при изготовлении.
Токовывод (рис. 4.2) состоит из наконечника, соединяемого с токопроводящей жилой методом опрессования, компенсатора, обеспечивающего необходимую компенсацию теплового удлинения жилы кабеля, наружного контактного вывода, соединяемого с верхней плитой муфты, стальной опорной трубки, вставляемой в маслопроводящий канал кабеля, и пробки. Соединение наконечника с жилой выполняется, как правило, методом опрессовывания.
Наружная изоляция муфты 110 кВ представляет собой фарфоровый цилиндрический изолятор из высокопрочного фарфора длиной (1290+20) мм с внутренним диаметром 160 мм. На выступах изолятора устанавливаются кольца, вкладыши, и с помощью шпилек, шайб и гаек изолятор соединяется с нижней опорной частью и с верхней плитой муфты. В пазы верхней и нижней плит муфты устанавливаются маслобензостойкие прокладки.
Нижняя опорная часть муфты состоит из опорной плиты и приваренной к ней тонкостенной металлической трубы с припаевываемым к ней раструбом или трубы с конусом (корпус или хвостовик муфты). На корпусе муфты устанавливается штуцер, в который вворачивается сильфонный латунный вентиль для вакуумирования, заполнения муфты маслом и подсоединения контрольной или подпитывающей аппаратуры. Раструб или конус корпуса муфты припаивается к металлической оболочке кабеля.
Концевая кабельная разделка является внутренней изоляцией концевой муфты и ее основным элементом, предназначенным для регулирования электрического поля. Она представляет собой усиление заводской изоляции на конце кабеля, где в результате среза заземленной оболочки кабеля образуется неравномерное электрическое поле. Параметры усиливающей концевой кабельной разделки определяются электрическим расчетом.
Рис. 4.3. Концевая муфта кабеля низкого давления на напряжение 220 кВ (а), верхняя часть муфты (б), соединение фарфоровых изоляторов (в), нижняя часть муфты (г), опорная плита муфты (5):
1 — экран; 2 — токовывод; 3 — фарфоровый изолятор; 4 — армированная прокладка; 5 — верхняя плита; 6 — шпилька; 7 — кольцо; 8 — полукольцо; 9 — подмотка конца кабеля; 10 — хвостовик; 11 — нижняя опорная плита
Рис. 4.4. Соединительная муфта кабеля на напряжение 110 кВ низкого давления:
1 — оболочка кабеля; 2 — раструб; 3 — корпус муфты; 4 — заглушка; 5— изоляция (подмотка) муфты; 7 — экран; 8 — пластина заземления; 9 — опорная трубка; 10 —. жила кабеля; 11 — соединительная гильза; 12 — масло
В концевой муфте с конусным фарфоровым изолятором применяется концевая кабельная разделка неконденсаторного типа, и выравнивание электрического поля осуществляется экраном, накладываемым на конусную часть подмотки, и экраном, устанавливаемым на опорной плите муфты. Подмотка выполняется из конусного рулона пропитанной бумаги. Концевая кабельная разделка конденсаторного типа выполняется из рулонов пропитанной бумаги шириной 200—300 мм и цилиндрических конденсаторных элементов из алюминиевой фольги. На конусную часть подмотки накладывается экран из полупроводящей бумаги и проволоки или канатика.
В верхней части концевой муфты 110 кВ размещается экран, находящийся под потенциалом жилы.
Концевая муфта кабеля низкого давления на напряжение 220 кВ, а также верхняя и нижняя части муфты, соединение фарфоровых изоляторов приведены на рис. 4.3. Основной отличительной особенностью муфт на напряжение 150, 220 кВ является то, что наружная изоляция выполняется из двух фарфоровых изоляторов, соединяемых между собой.
Внутренняя изоляция муфты 220 кВ имеет около 16 конденсаторных пластин (в муфте 110 кВ их 9). Верхний экран муфты выполняется из изогнутых металлических прутков, образующих экран шарообразной формы. Экраны из металла устанавливаются на нижней части верхней плиты муфты, на арматуре, соединяющей фарфоровые изоляторы, а также на узле соединения изолятора с опорной плитой муфты.
Соединительные муфты предназначены для электрического соединения строительных длин кабеля. Муфтам присвоена марка МСМН-110 — муфта соединительная маслонаполненного кабеля низкого давления на напряжение 110 кВ. Конструкции муфт на напряжение 110, 150 и 220 кВ одинаковы, но отличаются параметрами отдельных элементов. На рис. 4.4 представлена соединительная муфта для кабеля низкого давления. Муфта состоит из трех основных узлов: корпус муфты, соединение жил и усиливающая изоляция (подмотка).
Корпус муфты предназначен для защиты внутренней изоляции соединительной муфты от атмосферных и механических воздействий и представляет собой металлический кожух (трубу) (рис. 4.5, а), который устанавливается на место соединения жил и подмотку муфты. Кожух изготовляется из медной трубы, и с одной стороны имеет конус, а с другой к нему присоединяется раструб, и они соединяются между собой винтами и пайкой. Кожух с раструбом соединяются со свинцовой или алюминиевой оболочкой с помощью пайки. На корпусе привариваются два штуцера для вакуумирования, заполнения маслом и отбора проб масла, а также отвод заземления для присоединения муфты к контуру заземления.
Рис. 4.5. Корпус с раструбом (а), стальная опорная трубка (б) и гильза (в) соединительной муфты кабеля низкого давления
Узел соединения токопроводящих жил с центральным маслопроводящим каналом состоит из стальной опорной трубки (рис. 4.5,6), вставляемой в каналы соединяемых жил, и соединительной гильзы (рис. 4.5,в), устанавливаемой на жилы. Необходимый контакт и механическая прочность соединения обеспечиваются опрессовкой гильзы. Иногда соединение токопроводящих жил выполняется методом пайки с применением соединительных гильз, диаметр которых равен наружному диаметру соединяемых жил. При равенстве диаметров по соединительной гильзе и жилам кабеля уменьшается напряженность электрического поля в муфте. При соединении жил пайкой выше материалоемкость, трудоемкость монтажных работ, и данный способ применяется как исключение.
Изоляция соединительной муфты выполняется из роликов шириной 5 и 10 мм, а также рулонов шириной 200 и 300 мм из пропитанной бумаги. Заводская изоляция кабеля снимается до жилы в виде конуса, имеющего профиль, обеспечивающий расчетную тангенциальную напряженность электрического поля вдоль изоляции разделанных концов кабеля. На место соединения жил и на концы кабелей со снятой заводской изоляцией накладывается усиливающая изоляция муфты, диаметр которой всегда больше диаметра заводской изоляции кабеля, так как допустимая радиальная напряженность электрического поля в изоляции соединительной муфты меньше, чем в кабеле. Переход от диаметра усиливающей изоляции муфты к диаметру по изоляции кабеля осуществляется с помощью выравнивающего конуса, профиль которого определяется расчетным путем.
Выравнивающие конусы и цилиндрическая часть подмотки экранируются: по всей длине подмотки накладывается электропроводящая бумага, на цилиндрическую часть — медная лента, а затем экран из проволоки или канатика, накладываемый встык виток к витку на конусной части подмотки и с зазором по цилиндрической ее части. Размеры элементов соединительных муфт 110 (220) кВ приведены в табл. 4.1 и на рис. 4.5.
Таблица 4.1
Стопорные муфты, так же как и соединительные, предназначены для электрического соединения строительных длин кабеля. Кроме того, в стопорных муфтах осуществляется разделение масла двух смежных секций фазы кабельной линии. Стопорным муфтам присвоена марка МСТМН-110 — муфта стопорная с бумажной изоляцией для маслонаполненного кабеля низкого давления на напряжение 110 кВ или МСТМНЭ-110 — то же, но с бумажноэпоксидной изоляцией. Данные муфты применяются во всех случаях, когда в кабелях вследствие большой разности уровней по трассе или из-за значительной длины линии возникает давление масла выше допустимого. Стопорные муфты сочетают в себе некоторые особенности концевых и соединительных муфт.
До 1978 г. в нашей стране применялись стопорные муфты с фарфоровыми изоляторами и бумажной изоляцией центральной части (рис. 4.6). Два фарфоровых изолятора и цилиндрический корпус из немагнитного материала образуют три герметичные полости: две конусные камеры, в которых размещаются концы кабелей, и одна внутренняя камера между кожухом и изоляторами. Колпаки изоляторов соединяются между собой медной пружиной и закрываются цилиндрическим экраном.
Рис. 4.6. Стопорная муфта с бумажной изоляцией для кабеля на напряжение 110 кВ:
1 — корпус муфты; 2 — фарфоровый изолятор; 3 — изоляция конца кабеля, выполняемая из рулонов шириной 200, 300 мм; 4 — изоляция кабеля; 5 — изоляция центральной части; 6 — контактный наконечник; 7 — контактное гнездо; 8 — экран; 9 — раструб; 10 — металлическая оболочка кабеля
На заводе-изготовителе муфты на экран и изоляторы накладывается изоляция из пропитанной бумаги, а затем внутренняя камера вакуумируется и заполняется маслом. Конусные камеры временно герметизируются, и муфты в таком виде хранятся и транспортируются при подпитке внутренней камеры маслом от бака давления.
Стопорная муфта с бумажно-эпоксидной изоляцией (рис. 4.7) менее материалоемка и трудоемка при изготовлении, имеет меньшие диаметр и длину, а масса примерно в 2 раза меньше в сравнении с массой стопорной муфты с фарфоровыми изоляторами и бумажной изоляцией. Основными элементами муфты типа МСТМНЭ являются: центральный экран, наружная поверхность которого размещена в эпоксидной отливке; два эпоксидных изолятора, соединяемых с центральным экраном; корпус, выполняемый из двух полукожухов; внутренняя бумажно-эпоксидная изоляция; подмотка линейного конца кабеля; кожух конца муфты.
Рис. 4.7. Муфта стопорная типа МСТМНЭ-110 с бумажно-эпоксидной изоляцией для кабеля низкого давления 110 кВ:
1 — кожух конца муфты; 2— полукожух I; 3— полукожух II; 4— кольцевой экран; 5 — центральный экран; 6 — фланец кожуха; 7 — фланец изолятора; 8 — эпоксидный изолятор; 9 — кольцо; 10 — гильза; 11 — клапан; 12 — трубка гильзы; 13, 15, 16— болты; 14 — пластина; 17 — шайба; 18 — пайка; 19 — экран конусной части подмотки; 20 — экран центральной части муфты
При сборке муфты на заводе-изготовителе на эпоксидную изоляцию центрального экрана и эпоксидные изоляторы накладывается подмотка из рулонов пропитанной бумаги, производится срыв конусов и накладывается экран. На подмотку устанавливаются два полукожуха, которые соединяются с фланцами, а затем один полукожух припаивается к другому. Центральная часть вакуумируется, заполняется маслом, и к муфте присоединяется транспортный бак давления, на фланцы устанавливаются концевые части муфты. Комплектно с муфтой поставляются два наконечника, кольцевые экраны, находящиеся в эпоксидных отливках, для линейных концов кабелей и другие материалы.
При монтаже муфты наконечник соединяется с жилой кабеля методом опрессования и надвигается на наружную поверхность выступа центрального экрана. На выступах экрана имеются продольные прорези.
Эпоксидные отливки для стопорных муфт изготовляются на специальных литьевых установках при вакуумировании, что позволяет обеспечить их надлежащее качество и требуемые электрические характеристики муфты.
Кабельный ввод в трансформатор представляет собой концевую кабельную муфту, вводимую непосредственно в промежуточную камеру трансформатора, заполненную маслом (рис. 4.8). Токовыводы концевой муфты кабеля и вывода трансформатора соединяются в этой камере перемычкой.
Рис. 4.8. Кабельный ввод низкого давления в трансформатор на напряжение 110 кВ:
1 — кожух ввода; 2 — барьерная изоляция; 3 — наружный экран концевой муфты ввода с изоляцией из лент лакоткани; 4 — токовывод; 5 — внутренний экран муфты; 6 — токовое соединение; 7—барьерная изоляция проходного ввода; 8 — проходной ввод трансформатора; 9 — верхняя плита трансформатора; 10 — опорная плита ввода; 11 — фарфоровый изолятор; 12 — корпус муфты; 13— изоляция кабельного ввода
Бак трансформатора и камера концевой муфты кабеля не соединены между собой и заполняются различными маслами.
Размещение кабельной муфты в масле позволяет значительно уменьшить ее размеры по сравнению с размерами открытых концевых муфт. Отсутствие у трансформатора со встроенными кабельными вводами открытых частей, находящихся под напряжением относительно корпуса, устраняет необходимость в больших изоляционных расстояниях и дает возможность размещать трансформаторы в труднодоступных местах, а также в обычных цеховых помещениях, густонаселенных пунктах. Весьма перспективно применение кабельных вводов в трансформаторы при работе их в сильно загрязненной атмосфере, так как встроенные внутрь кожуха кабельные вводы изолированы от окружающей среды. Эксплуатация трансформатора со встроенными кабельными вводами значительно проще, так как в нем устранена опасность соприкосновения с деталями, находящимися под высоким потенциалом.
В настоящее время изготовляются кабельные вводы на напряжение 110 кВ марки КТНДУ-110 — ввод кабельный в трансформатор, низкого давления, унифицированный. Вводы поставляются для трансформаторов
ТРДЦНК 63000/110 и ТРДЦНК 80000/110 и кабелей низкого давления с сечением жилы 150, 185, 270 и 400 мм2. Основными элементами кабельного ввода в трансформатор являются: концевая кабельная муфта; барьерная изоляция муфты и вывода трансформатора, выполняемая из бакелитовых цилиндров; токовое соединение с изоляцией из рулона пропитанной бумаги; кожух ввода и опорная плита ввода. Концевая муфта кабельного ввода имеет такие же основные узлы, что и концевая муфта наружной установки. От последней муфта ввода отличается тем, что на токовывод внутри муфты устанавливается металлический экран, а на наружный экран муфты накладывается изоляция из лент лакоткани или маслостойкого лака.
