Сучков В.Ф., Светлова В.И., Финкель Э.Э.
Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией
Рецензент Н. И. Белоруссов
Сучков В. Ф. и др. Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией. В. Ф. Сучков, В. И. Светлова, Э. Э. Финкель. 2-е изд., перераб. и доп. - Москва, Энергоатомиздат, 1984.
Описаны кабели с минеральной изоляцией в металлических оболочках. Приведены конструкции силовых кабелей в медных оболочках, а также термопарных, термочувствительных и нагревостойких кабелей в стальных оболочках. Приведены данные о кабелях-датчиках. Дана методика расчета силовых кабелей, приведены электрофизические, тепловые и механические характеристики.
Первое издание вышло в 1969 г., настоящее издание переработано с учетом последних достижений. Для инженерно-технического персонала.
Энергоатомиздат, 1984
Содержание книги
Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией
Предисловие
Введение
Глава первая. Получение и свойства окиси магния и других типов минеральной изоляции
Глава вторая. Технологические процессы производства кабелей с минеральной изоляцией
Глава третья. Кабели в медной оболочке
Глава четвертая. Расчет геометрических размеров кабелей с минеральной изоляцией
Глава пятая. Электрические, тепловые и механические параметры кабелей с минеральной изоляцией
1. Электрическое сопротивление изоляции
2. Электрическая прочность
3. Тангенс угла диэлектрических потерь
4. Диэлектрическая проницаемость и электрическая емкость
5. Индуктивное сопротивление
6. Тепловое сопротивление
7. Допустимые токовые нагрузки
8. Падение напряжения в кабельных линиях с минеральной изоляцией
9. Нагревостойкость кабелей с минеральной изоляцией
10. Проникновение влаги в кабели с минеральной изоляцией
11. Радиочастотные параметры
12. Механические параметры
Глава шестая. Методы монтажа кабелей с минеральной изоляцией в медной оболочке
13. Конструкции заделок кабелей с минеральной изоляцией в медной оболочке
14. Прокладка и монтаж кабелей с минеральной изоляцией в медной оболочке
15. Разделка кабелей с минеральной изоляцией в медной оболочке
16. Проверка кабеля после прокладки. Возможные неисправности кабельной линии и способы их устранения
Глава седьмая. Термопарные кабели и термопары
17. Общие сведения о термопарах
18. Конструкции термопарных кабелей
19. Испытания термопарных кабелей
20. Изготовление термопар
21. Способ герметизации свободных (холодных) концов термопар
22. Контроль качества термопар
23. Влияние излучения на термопары
Глава восьмая. Нагревестойкие и радиационностойкие кабели
24. Конструкция и свойства нагревостойких и радиационностойких кабелей
Глава девятая. Термочувствительные кабели
Приложение
Список литературы
ПРЕДИСЛОВИЕ
Работа многих энергетических устройств связана с выделением значительного количества теплоты. Эти же устройства могут работать и при высоком уровне радиации. Кабели с традиционными видами изоляции (бумага или полимеры) в таких условиях могут эксплуатироваться непродолжительно. В настоящее время в энергетических устройствах нашли широкое применение кабели с минеральной изоляцией в металлических оболочках.
В 1969 г. издательством «Энергия» была выпущена книга «Жаростойкие кабели с магнезиальной изоляцией», которая дала возможность ознакомить широкий круг специалистов как с особенностями технологии изготовления, так и с параметрами таких кабелей и областью их применения.
За истекшее время после издания этой книги были проведены фундаментальные работы по изучению эксплуатационной надежности кабелей в самых различных условиях и прежде всего в условиях их работы в активной зоне ядерного реактора. Проведена также большая работа по стандартизации кабелей как в Советском Союзе, так и в странах СЭВ. Международная электротехническая комиссия (МЭК) подготовила рекомендации по этим кабелям.
Настоящее, второе издание книги «Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией» значительно переработано и дополнено с учетом требований стандарта СЭВ 787-77 и действующей технической документации. Введены новые разделы с описанием параметров, свойств нагревостойких (контрольных) и термочувствительных кабелей. Дана методика расчета геометрических размеров кабелей с минеральной изоляцией. В приложениях дополнительно приведены данные о кабелях с минеральной изоляцией, выпускаемых некоторыми зарубежными фирмами.
Главы книги написаны авторами: В. Ф. Сучковым - гл. 2-6 и приложения; В. И. Светловой - гл. 7-9; Э. Э. Финкелем - гл. 1.
Авторы выражают глубокую благодарность Н. И. Бе-лоруссову и А. С. Фридману, тщательно просмотревшим рукопись и сделавшим много ценных замечаний в процессе рецензирования и редактирования рукописи.
Авторы надеются, что выход этой книги будет способствовать еще более широкому применению кабелей с минеральной изоляцией в различных отраслях народного хозяйства.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной техники, и в особенности энергетических устройств, всегда связано с появлением более жестких условий эксплуатации. К проводам и кабелям, используемым для канализации электроэнергии, передачи сигналов от датчиков к исполнительным механизмам различных систем управления, а также для термоконтроля в атомных энергетических реакторах, реактивных двигателях, магнитогидродинамических генераторах и других устройствах, предъявляются требования высокой нагревостойкости, надежности, а подчас и радиационной стойкости. Для измерения температуры тепловыделяющих элементов реактора или сопла реактивного двигателя необходимы кабели, обладающие длительной работоспособностью при температурах до 1800 °С и в полях ядерных излучений до флюенса нейтронов 1022 нейтр./см2.
Совершенно очевидно, что в таких жесткйж условиях эксплуатации широко применяемые в настоящее: время кабели и провода с полимерной, бумажной, волокнистой и другими видами изоляции во многих случаях не пригодны. Кроме того, в ряде Случаев одним из основных требований к кабелю является огнестойкость, обеспечивающая пожарную безопасность. Такое требование характерно в первую очередь для проводов и кабелей, прокладываемых в местах, подверженных воздействию паров нефтепродуктов (например, нефтеналивные суда), во взрывоопасных помещениях, на складах и хранилищах ценных исторических документов, в музеях и т. п.
Всем этим требованиям в значительной мере удовлетворяют кабели в металлических оболочках из меди, алюминия, медно-никелевых сплавов, сталей различных марок и т. д. с изоляцией из высокотемпературных окислов метал- -лов (окиси магния, алюминия, бериллия др.). В настоящее время в таких кабелях в качестве изоляции наиболее широко используется окись магния.
Производство кабелей с минеральной изоляцией впервые было освоено в 1934 г. во Франции. Эксплуатация их в осветительных установках Лувра показала высокую надежность и полную пожаробезопасность. С 1937 г. такие кабели начали изготавливать в Англии, Японии и Канаде, главным образом для оснащения нефтеналивных судов.
Вторая мировая война временно задержала развитие производства таких кабелей в других - странах, в частности из-за относительно сложного и дорогого оборудования, необходимого для их изготовления.
В 1945 г. в США была начата разработка кабелей с минеральной изоляцией. В 1946 г. фирма General Cable Corporation выпустила серию радиочастотных коаксиальных кабелей с минеральной изоляцией для военных нужд, а в 1949 г. освоила выпуск многожильных кабелей и арматуры к ним [1]. Несколько позднее производство таких кабелей было освоено в Австрии, Австралии, Италии, ФРГ и ряде других стран.
Отечественная кабельная промышленность в 1951 г. выпустила одно-, двух- и трехжильные силовые кабели с медными жилами и в медной оболочке. Одновременно была исследована возможность применения алюминиевых токо-проводящих жил и оболочки. Всесторонние длительные испытания этих кабелей при температурах до 450 СС показали их существенные преимущества перед кабелями других типов. В конце 50-х годов в СССР была осуществлена разработка и начался выпуск термопарных и компенсационных кабелей в стальных оболочках. Такие кабели предназначены прежде всего для термоконтроля различных энергетических устройств с рабочей температурой до 800 СС. В качестве изоляции этих кабелей чаще всего применяют периклаз (плавленую окись магния).
В середине 60-х годов были закончены разработки и началось освоение нагревостойких и термочувствительных кабелей.
Нагревостойкие кабели (ТУ 16-505.564-75) широко используются в качестве линий связи от датчика к приборам и прокладываются в высокотемпературных зонах ядерных реакторов с высокой плотностью потока нейтронов. В качестве изоляции этих кабелей применяют окись магния или периклаз.
Термочувствительные кабели (ТУ 16-505.431-73) предназначены для контроля температуры различных энергетических устройств и одновременно являются датчиками, сигнализирующими о превышении температуры какой-либо зоны, через которую проложен кабель.
В качестве изоляции в таких кабелях используются специальные смеса окислов магния, кобальта и некоторых Других веществ. Температурная зависимость электрического сопротивления изоляции смеси имеет излом, который характеризует момент срабатывания входного устройства (например, реле) защитного оборудования В настоящее время термочувствительные кабели выпускаются трех тя-пов для выдачи сигналов при 175, 275 и 390 °С
Кабели с минеральной изоляцией по своей конструкции и технологии производства отличаются от других типов кабелей. Технологии производства такого кабеля и трубчатых электронагревательных элементов имеют некоторые общие черты. В качестве исходных элементов берут металлическую трубу (медную, алюминиевую, стальную или из сплавов), в эту трубу вставляют необходимое количество токопроводящих прутков и все промежутки заполняют изоляционным минеральным составом.
Готовый кабель получается После многократных циклов волочения этой заготовки. При волочении сначала обжимается оболочка и происходит уплотнение изоляционного материала. Затем, когда плотность достигнет некоторого значения, соответствующего взятой паре металлов и изоляционного материала, начинается процесс, волочения всей системы в целом, т. е. происходит пропорциональное уменьшение внешнего диаметра и диаметра токопроводящих жил с одновременным удлинением кабеля.
Кабель с минеральной изоляцией обладает одним из интересных свойств: при ударах по готовому кабелю происходит одновременное смятие оболочки и токопроводящих жил, но кабель может продолжать работать до тех пор, пока в месте удара не произойдет полного обрыва токопро: водящих жил. Поскольку элементами кабеля являются металл и высокотемпературные окислы, такой кабель совсем негорюч. Известен случай, когда во время пожара на борту одного судна кабели с минеральной изоляцией обеспечивали длительное время электропитание всех судовых устройств, несмотря на то что они проходили через зону. пожара. Во время этого пожара все кабели, кроме кабелей с минеральной изоляцией, сгорели. После пожара эти кабели сохранили все электрические параметры и не требовали замены. Эксплуатация кабелей с минеральной изоляцией показала, что такие кабели выдерживают превышения температуры, вызываемые токовыми перегрузками.
Кабели с минеральной изоляцией имеют еще одно интересное свойство, в корне отличное от свойств других кабелей. При перенапряжениях может произойти пробой, но это не нарушит изоляцию и не вызовет утечку тока при дальнейшей эксплуатации, т. е. после снятия напряжения кабель восстанавливает свою работоспособность. Минеральная изоляция не претерпевает каких-либо серьезных изменений во время превышения температуры и не стареет, в то время как изоляция других кабелей стареет, что в свою очередь приводит к нарушению электрических свойств или окончательному выходу кабеля из строя.
Наличие металлической оболочки исключает необходимость прокладки в трубах, что ликвидирует возможность скопления воспламеняющихся газов внутри кабельных каналов. Высокая надежность и прочность, хорошие электрические параметры дали возможность широко применять такие кабели в судостроении. Во многих странах, в том числе и в Советском Союзе, применение кабелей с минеральной изоляцией на судах одобрено национальными регистрами. Международная электротехническая комиссия также рекомендует применять ка.бели такого типа на различных судах и других объектах, имеющих высокотемпературные энергетические установки. Длительная эксплуатация кабелей с минеральной изоляцией на различных судах в самых жестких условиях показала их высокую надежность.
Широкое распространение получили термопарные и на-гревостойкие кабели. Их высокая стойкость к ядерным излучениям и сравнительно малый диаметр (1,0—6,0"мм) дают возможность поместить десятки, а в некоторых случаях и сотни таких кабелей в узких каналах атомных реакто-, ров. Такие кабели могут применяться для измерения температур с одновременным воздействием высоких давлений (до 1000 МПа).
Гибкость кабелей дает возможность измерить температуру подвижных деталей, таких как клапаны двигателей внутреннего сгорания, узлов газотурбин и т. п. Сравнйтельно малая инерционность термопарных кабелей позволяет производить измерения динамических процессов, сопровождающихся выделением теплоты.
Все более широкое распространение получают термочувствительные кабели, которые устанавливают в труднодоступных отсеках самолетов, кораблей, в некоторых зонах взрывоопасных помещений и на других объектах, где необходим контроль за температурным состоянием среды на значительном протяжении.
Таким образом, кабели с минеральной изоляцией в металлических оболочках, являясь особым видом кабельных изделий, находят все более широкое применение в различных установках и в первую очередь там, где применение кабелей с другими, видами изоляции для продолжительной эксплуатации практически невозможно.
Скачать книгу "Жаростойкие кабели с минеральной изоляцией". Москва, Издательство Энергоатомиздат, 1984
|
