Пропиточный состав кабельный
Иллюстрации
Показать всеИзобретение относится к области электротехники и касается производства пропиточных составов, применяемых для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей. Сущность изобретения состоит в следующем. Пропиточный состав содержит 73-77 мас.% нефтяного масла и 23-27 мас.% загустителя, в качестве которого использован продукт термической сополимеризации фракции C8-C9 пиролиза жидких углеводородов. Предлагаемый пропиточный состав высокотехнологичен и обладает повышенными диэлектрическими свойствами и стойкостью к окислению и старению. Технический результат от использования данного изобретения состоит в получении пропиточного состава, обладающего высокими реологическими (вязкостными) характеристиками, обладающего при этом высокими диэлектрическими свойствами, сохраняющимися и после старения в присутствии катализатора - меди. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Реферат
Изобретение относится к области производства пропиточных составов, применяемых для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.
Кабельная бумага из целлюлозных волокон становится надежным электроизоляционным материалом для силовых кабелей только после тщательной сушки и пропитки жидкими диэлектриками (маслами, компаундами, синтетическими смолами), обладающими высоким электрическим сопротивлением. Жидкие пропиточные составы при пропитке бумаги заполняют микропористую структуру растительных клеток и межволоконное пространство, вытесняя воздух, и создают почти однородный диэлектрик с высокими диэлектрическими свойствами.
Электрическая прочность пропитанной бумаги значительно выше, чем непропитанной, так как ионизация пор бумаги, заполненных воздухом, наступает раньше, чем у пропитанной бумаги.
Кроме того, пропиточный состав действует как смазка, облегчая относительное смещение бумажных лент при изгибе кабеля, а также значительно увеличивает теплопроводность бумажной изоляции и способствует отводу и равномерному распределению тепла по всему объему бумажно-пропитанной изоляции (БПИ).
Современные пропитывающие составы для силовых кабелей с БПИ подразделяются на два основных типа:
1. Вязкие составы, содержащие нефтяные масла (кабельные масла, индустриальное масло марки И-40А) и загустители: очищенную канифоль, полиэтиленовый воск, сэвилен, полиизобутилен, синтетические смолы, с кинематической вязкостью при 70°С не менее 170 мм2/с по ГОСТ 33-82, год ввода 1982, РФ. Данные составы используются для кабелей, прокладываемых на горизонтальных и наклонных трассах с ограниченной разностью уровней.
2. Нестекающие пропиточные составы, содержащие высоковязкие кабельные масла или полибутены и загустители: полиэтиленовый воск, микрокристаллический воск (церезин), с температурой каплепадения не менее 90°С по ГОСТ 6793-74, год ввода 1974, РФ. Данные составы используются для кабелей, прокладываемых на крутонаклонных и вертикальных трассах.
Наибольшее распространение в кабельной промышленности получили вязкие пропиточные составы. Они более технологичны, имеют меньшую стоимость.
Вязкие пропиточные составы готовят следующим образом. Кабельное масло подается в котел, предварительно разогретый до температуры 60-80°С, разогревается до температуры (125±10)°С и выдерживается при непрерывном перемешивании до полного прекращения образования пены при остаточном давлении не более 5,3·103 Па.
В котел с маслом загружается измельченный загуститель, например канифоль, и перемешивается в течение 30 мин.
Варка состава производится при температуре (125±10)°С и остаточном давлении не более 5,3·103 Па при непрерывном перемешивании в течение не менее 6 ч или до полного растворения загустителя и прекращения образования пены.
После варки производится дегазация состава путем его непрерывной круговой циркуляции через дегазирующее устройство при температуре (125±10)°С. При этом объем дегазируемого состава не должен превышать 4/5 объема котла.
Известен пропиточный состав для бумажной изоляции силовых кабелей по патенту 1700599, Россия, содержащий кабельное масло 85,0-97,5 мас.% и сополимер этилена с винилацетатом (сэвилен) 2,5-15,0 мас.% с содержанием винилацетата 10-30 мас.% в качестве загустителя.
Данный состав по сравнению с существующим составом марки МП-3 по РД16.14.491-86, год ввода 1986, РФ, на основе канифоли и полиэтиленового воска имеет улучшенные вязкостные и диэлектрические характеристики.
Вместе с тем, при повторном использовании пропиточного состава с сэвиленом теряется его проникающая способность. Бумажная изоляция полностью не пропитывается. Поэтому в настоящее время составы с сэвиленом практически не используются для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.
Известен также пропиточный состав марки МП-2 (прототип) для бумажной изоляции силовых кабелей по РД 16.14.491-86, содержащий кабельное масло КМ-25 по ТУ 38-101449-84, год ввода 1984, Россия, в количестве 75,0±3,0 мас.% и канифоль некристаллизующуюся модифицированную кабельную марки КНМК по ТУ 13-05-25-82, год ввода 1982, Россия, в количестве 25,0±3,0 мас.%.
Данный состав широко используется на кабельных заводах России.
К недостаткам пропиточного состава МП-2 по прототипу следует отнести значительное ухудшение его диэлектрических характеристик после старения (таблица 2). Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ состава МП-2 увеличивается в 16 раз, а удельное объемное электрическое сопротивление ρv уменьшается в 17 раз. Данное обстоятельство существенно ограничивает диапазон использования силовых кабелей с БПИ по напряжению и приводит к увеличению толщины бумажно-пропитанной изоляции, диаметра кабеля, его массы, расхода материалов на металлическую оболочку и защитные покровы.
Ухудшение диэлектрических характеристик пропиточного состава по прототипу после старения обусловлено химической природой загустителя-канифоли. Очищенная кабельная канифоль состоит в основном из абиетиновых смоляных кислот с кислотным числом не менее 50 мг КОН на 1 г продукта, которые частично окисляют кабельное масло, ухудшая его диэлектрические свойства особенно при повышенных температурах с катализатором - медью.
Технической задачей изобретения является разработка вязкого пропиточного состава для пропитки бумажной изоляции кабеля, не уступающего прототипу по реологическим (вязкостным) характеристикам, но обладающего более высокими диэлектрическими свойствами, в том числе после старения в присутствии катализатора - меди.
Технический результат достигается тем, что в пропиточный состав на основе нефтяного масла добавляется в качестве загустителя продукт термической сополимеризации фракции C8-C9 пиролиза жидких углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нефтяное масло | 73-77 |
вышеуказанный загуститель | 23-27. |
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является содержание в пропиточном составе нефтяного масла.
В то же время предложенный состав отличается от известного использованием нового загустителя - продукта термической сополимеризации фракции C8-C9 пиролиза жидких углеводородов.
Преимущества нового пропиточного состава:
- высокие эксплуатационные характеристики;
- снижение исходного тангенса угла диэлектрических потерь tgδ при 100°С в 3 раза и после старения при температуре 100°С в течение 300 часов в присутствии меди - в 13-14 раз (табл. 2);
- увеличение исходного удельного объемного электрического сопротивления ρv при 100°С в 4 раза и после старения - в 14 раз (табл. 2);
- стабильность диэлектрических и реологических характеристик при пропитке бумажной изоляции и эксплуатации в составе кабеля;
- увеличение диапазона использования силовых кабелей с БПИ по напряжению;
- снижение толщины бумажно-пропитанной изоляции, диаметра кабеля, его массы, расхода материалов на металлическую оболочку и защитные покровы;
- высокая технологичность;
- низкая стоимость.
Из нефтяных масел могут быть использованы высоковязкие масла марки МС-20 по ГОСТ 21743-76, год ввода 1976, Россия, марки П-28 по ГОСТ 6480-78, год ввода 1978, Россия, масло кабельное марки КМ-25 по ТУ 38-101449-84, год ввода 1984, Россия, масло кабельное марки КМ-22 по ТУ 38.301-29-26-89, год ввода 1989, Россия, индустриальное масло марки И-40А по ГОСТ 20799-88, год ввода 1988, Россия, их смеси и отработанные масла после их очистки и обезвоживания. Ограничения по выбору нефтяного масла для изготовления пропиточного состава накладывают: растворимость в нем загустителей, допустимые значения диэлектрических характеристик пропиточного состава, в том числе после старения в присутствии катализатора - меди, вязкость, технологичность, летучесть, токсичность, содержание примесей, долговечность, морозостойкость, стоимость.
Для ускорения и облегчения процесса пропитки бумажной изоляции масло должно иметь кинематическую вязкость при 130°С не более 12 мм2/с. Удельное объемное электрическое сопротивление масла ρv по ГОСТ 6581-75, год ввода 1975, Россия, при 100°С должно быть не менее 1,5·1010 Ом·м, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ по ГОСТ 6581-75 при 100°С - не более 0,02, электрическая прочность Епр по ГОСТ 6581-75 при 100°С - не менее 12 МВ/м. Масло должно иметь минимальную летучесть при температуре до 140°С, должно быть недорогим, нейтральным (рН≈7), нетоксичным, без резкого запаха, должно полностью растворять загустители, не изменяя их свойств.
В наибольшей степени всем этим требованиям соответствует кабельное масло КМ-22.
Из загустителей могут быть использованы: канифоль модифицированная кабельная марки КНМК по ТУ 13-05-25-82, канифоль сосновая марки А высшего и 1 сортов по ГОСТ 19113-84, год ввода 1984, Россия, воск полиэтиленовый высокого давления марки ПВ-200 по ТУ 6-05-1516-77, год ввода 1977, Россия, сэвилен по ТУ 6-05-1636-81, год ввода 1981, Россия, полиизобутилен, смола инденкумароновая по ТУ 14-6-72-89, год ввода 1989, Россия, а также синтетические полимерные смолы, предложенные авторами настоящего изобретения и представляющие собой продукт термической сополимеризации фракции C8-C9 пиролиза жидких углеводородов. Ограничения на выбор загустителя накладывают: температура размягчения и каплепадения, совместимость и растворимость в нефтяном масле, реологические характеристики пропиточного состава (вязкость при 70°С и 130°С), допустимые значения диэлектрических характеристик пропиточного состава и их изменение в процессе старения, наличие примесей, массовая доля летучих веществ, кислотность, токсичность, технологичность, долговечность, стоимость.
Для достижения требуемых эксплуатационных характеристик кабеля на наклонных трассах загуститель должен иметь температуру размягчения не ниже 80°С и обеспечивать вязкость пропиточного состава при 70°С не менее 170 мм2/с, а для ускорения и облегчения процесса пропитки бумажной изоляции загуститель должен иметь температуру каплепадения не выше 120°С и обеспечивать вязкость пропиточного состава при 130°С не более 50 мм2/с.
Тангенс угла диэлектрических потерь состава tgδ при 100°С не должен превышать 0,05, удельное объемное электрическое сопротивление состава ρv при 100°С должно быть не менее 2,0·109 Ом·м, электрическая прочность Епр при 100°С - не менее 12 МВ/м. Коэффициент старения состава в присутствии меди при 100°С в течение 300 час Кст по tgδ и ρv не должен превышать 10.
Загуститель должен иметь хорошую совместимость и полную растворимость в нефтяном масле без осадка, не должен содержать примеси и летучие вещества, должен быть недорогим, нейтральным (рН≈7), нетоксичным, без резкого запаха, технологичным и долговечным.
В наибольшей степени всем этим требованиям соответствует продукт термической сополимеризации фракции C8-C9 пиролиза жидких углеводородов, который представляет собой твердое прозрачное вещество от желтого до коричневого цвета.
Данная синтетическая смола получается в процессе термической обработки побочного продукта нефтепереработки - фракции С8-С9 при температуре 240-250°С и давлении 1,0 МПа.
При использовании фракций с числом атомов углерода С менее 8 получается продукт, который имеет температуру размягчения ниже 80°С, а при использовании фракций с С более 9 получается продукт, который имеет температуру каплепадения более 120°С.
Наиболее оптимальный состав синтетической смолы состоит из смеси сополимеров: винилбензола с винилтолуолом, стирола с винилтолуолом, винилбензола с инденом, стирола с инденом, винилбензола с дициклопентадиеном, стирола с дициклопентадиеном.
Данная смола имеет следующие исходные характеристики: температура размягчения - 85-100°С; температура каплепадения - 110-120°С; удельное объемное электрическое сопротивление при 100°С - 1,4·1013 Ом·м; тангенс угла диэлектрических потерь при 100°С - 0,002. Смола имеет идеальную совместимость и полную растворимость в кабельном масле, технологична, не содержит примеси и летучие вещества, является мощным антиоксидантом и антистарителем (в отличие от остальных загустителей), нейтральным и нетоксичным продуктом (рН≈7,4 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76, год ввода 1976, Россия) со специфическим нерезким запахом. Стоимость смолы существенно ниже стоимости остальных загустителей.
Технология приготовления пропиточного состава на основе предлагаемой синтетической смолы и кабельного масла КМ-22 приведена выше.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.
В таблице 1 приведены варианты пропиточных составов и их реологические характеристики (вязкость), а в таблице 2 - сравнительные диэлектрические характеристики пропиточных составов до и после старения.
Для изготовления пропиточных составов использовали кабельное масло КМ-22 и предлагаемый полимер.
Как видно из таблиц, заявляемый пропиточный состав по реологическим характеристикам (вязкости) не уступает прототипу и в то же время существенно превосходит его по диэлектрическим характеристикам (tgδ, ρv, Епр), особенно после старения. При этом оптимальное содержание компонентов в пропиточном составе, мас.%:
кабельное масло | 73-77 |
предлагаемый загуститель | 23-27. |
Уменьшение содержания загустителя приводит к снижению минимально допустимой вязкости пропиточного состава при 70°С, а увеличение содержания загустителя приводит к повышению максимально допустимой вязкости пропиточного состава при 130°С, некачественной пропитке бумажной изоляции и перерасходу дорогостоящего сырья.
Новый пропиточный состав прошел всесторонние испытания в ОАО «Камкабель».
Таблица 1 | |||||||||
Наименование компонентов и технологические параметры | Содержание, мас.% (варианты) | ||||||||
Норма | Прототип | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
Масло кабельное КМ-22 | - | 75,2 | 78 | 77 | 76 | 75 | 74 | 73 | 72 |
Канифоль КНМК | - | 24,8 | - | - | - | - | - | - | - |
Предлагаемый полимер | - | - | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 |
Вязкость кинематическая,мм2/сек: | |||||||||
при 70°С | ≥170 | 180 | 162 | 180 | 198 | 213 | 234 | 270 | 322 |
при 130°С | ≤50 | 25 | 15 | 16 | 18 | 20 | 26 | 45 | 77 |
Таблица 2 | |||||||||
Варианты образцов пропиточного состава | Исходные характеристики при 100°С | Характеристики после старения при 100°С в течение 300 часов | |||||||
tgδ | ρv, Ом·м | Епр., МВ/м | Без катализатора | С медью | Кст по tgδ | Кстпо ρv | |||
tgδ | ρv, Ом·м | tgδ | ρv, Ом·м | ||||||
Норма по РД 16.14.491-86 | ≤0,050 | ≥2,0·109 | >12 | - | - | - | - | - | - |
Прототип | 0,037 | 4,4·109 | 13 | 0,105 | 1,5·109 | 0,593 | 2,6·108 | 2,8/16 | 2,9/17 |
1 | 0,025 | 7,1·109 | 17 | 0,048 | 2,5·109 | 0,095 | 1,4·109 | 1,9/3,8 | 2,8/4,9 |
2 | 0,020 | 1,2·1010 | 17 | 0,036 | 4,4·109 | 0,074 | 2,5·109 | 1,8/3,7 | 2,7/4,8 |
3 | 0,016 | 1,5·1010 | 19 | 0,027 | 5,8·109 | 0,054 | 3,2·109 | 1,7/3,4 | 2,6/4,7 |
4 | 0,013 | 1,7·1010 | 20 | 0,022 | 6,3·109 | 0,044 | 3,7·109 | 1,7/3,4 | 2,7/4,6 |
Продолжение таблицы 2 | |||||||||
Варианты образцов пропиточного состава | Исходные характеристики при 100°С | Характеристики после старения при 100°С в течение 300 часов | |||||||
tgδ | ρv, Ом·м | Епр., МВ/м | Без катализатора | С медью | Кстпо tg | Кстпо ρv | |||
tgδ | ρv, Ом·м | tgδ | ρv, Ом·м | ||||||
5 | 0,011 | 1,8·1010 | 21 | 0,018 | 7,2·109 | 0,035 | 4,1·109 | 1,6/3,2 | 2,5/4,4 |
6 | 0,009 | 1,8·1010 | 21 | 0,014 | 6,9·109 | 0,028 | 4,0·109 | 1,6/3,1 | 2,6/4,5 |
7 | 0,008 | 1,9·1010 | 22 | 0,013 | 7,6·109 | 0,025 | 4,4·109 | 1,6/3,1 | 2,5/4,3 |
Примечание к таблице 2:
1. Значения коэффициентов старения Кст по tgδ и ρv:
- числитель - без катализатора;
- знаменатель - с медью.
1. Пропиточный состав кабельный для бумажной изоляции силовых кабелей, содержащий нефтяное масло и загуститель, отличающийся тем, что в качестве загустителя он содержит продукт термической сополимеризации фракции C8-C9 пиролиза жидких углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нефтяное масло | 73-77 |
Вышеуказанный загуститель | 23-27 |
2. Пропиточный состав кабельный по п.1, отличающийся тем, что он содержит кабельное масло марки КМ-22.
3. Пропиточный состав кабельный по п.1, отличающийся тем, что в качестве загустителя он содержит смесь сополимеров: винилбензол с винилтолуолом, стирол с винилтолуолом, винилбензол с инденом, стирол с инденом, винилбензол с дициклопентадиеном, стирол с дициклопентадиеном.