Сегодня как зарубежные, так и отечественные производители кабельной арматуры предлагают самый широкий выбор кабельных муфт. В зависимости от их конструктивных особенностей и используемых материалов они делятся на свинцовые, эпоксидные, заливные, термоусаживаемые, муфты холодной усадки и натяжные. В пользу каких сделать выбор?

Муфты изготавливаются из различного материала. Основным требованием, предъявляемым к кабельной муфте, является надежность ее работы. Поэтому муфта должна быть герметичной, влагостойкой, обладать механической и электрической прочностью, стойкостью к воздействию окружающей среды. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют муфты горячей (термоусаживаемые) и холодной усадки, применяемые для кабелей с любой изоляцией.

Основные операции монтажа термоусаживаемой муфты для соединения трехжильных кабелей

Эти муфты используются при любом способе прокладки кабелей, надежны в эксплуатации (срок службы не менее 30 лет), характеризуются простотой монтажа (приблизительно 1 час для оконцевания и приблизительно 2 часа для соединения кабелей напряжением 6-10 кВ).

Напряжение на КЛ может подаваться сразу же после монтажа муфты.

Широкий диапазон термоусадки позволяет использовать один типоразмер муфты для разных типов кабелей и сечений жил, что значительно сокращает складской запас муфт. Арматура термоусаживаемых муфт практически не подвергается старению и может складироваться неограниченно долго.

Рис. 1. Термоусаживаемая соединительная муфта: 1 -защитный корпус; 2 - болтовое контактное соединение жил; 3 -манжета, изолирующая контактное соединение; 4 - перчатка; 5 - фазная трубка; 6 - манжета для герметизации корпуса муфты; 7 - проводник, обеспечивающий непрерывность цепи заземления.

Рис. 2. Монтаж термоусаживаемой соединительной муфты: а - усадка жильных трубок; б - намотка ленты-регулятора; в - усадка перчаток; г - соединение жил болтовыми соединителями с оборачиванием их пластинами регуляторами; д -усадка подкладных манжет; е - усадка изолирующих манжет; ж - усадка шланга; з - закрепление проводника заземления и обмотка экранной лентой; и - намотка ленты-герметика; к - усадка защитного кожуха

Проводник заземления концевых муфт и проводник, обеспечивающий непрерывность цепи заземления, в соединительных муфтах монтируются с помощью системы непаянного заземления, поставляемого в комплекте муфты. Контактное соединение заземляющего проводника с металлической оболочкой (экраном) кабеля закрывается герметизирующей лентой, обеспечивающей защиту этого соединения от коррозии.

Проводники заземления муфт выполняются гибким медным проводом. Сечения этих проводников должны быть не менее:

• 16 мм - при сечении жил кабеля до 120 мм;
• 25 мм - при сечении жил кабеля до 240 мм .

При монтаже термоусаживаемых муфт удается уйти от таких экологически вредных операций, как пайка при монтаже свинцовых муфт, битумное наполнение муфт. При термоусадке отсутствуют экологически опасные газовые выделения.

Основные операции монтажа соединительной муфты холодной усадки для одножильного кабеля

Эти муфты обладают всеми достоинствами термоусаживаемых муфт. Кроме того, монтаж муфты холодной усадки не требует операции нагрева, что позволяет сократить время монтажа такой муфты приблизительно в два раза по сравнению со временем монтажа термоусаживаемой муфты.

Муфта холодной усадки состоит из EPDM-резины, предварительно натянутой на удаляемую при монтаже спираль. При удалении спиралевидного корда за специально оставленные с обеих сторон муфты свободные концы корда муфта легко усаживается, обеспечивая полную герметизацию кабеля.

Толстые стенки муфты создают дополнительную защиту от механических воздействий. Кроме того, EPDM-резина устойчива к воздействию влаги, кислот, щелочей и ультрафиолетового излучения.

Рис. 3. Соединительная муфта холодной усадки: 1 - экструдированный двухслойный силиконовый корпус; 2 - полупроводящая пластина; 3 - общий защитный кожух из ЕПДМ-резины; 4 - мастика для выравнивания электрического поля; 5 - герметизирующая мастика; 6 - медная сетка и соединитель экрана; 7 - соединительная гильза

Рис. 4. Монтаж соединительной муфты холодной усадки: а - подготовка экранов соединяемых кабелей; б - соединение жил опрессованием; в - наложение на место контактного соединения жил пластины с полупроводящим слоем для выравнивания электрического поля; г - закрытие муфтой места соединения жил кабелей; д - вытягивание спиралевидного корда с той и другой стороны муфты; е - муфта, готовая для подачи напряжения на кабель

Термоусаживаемые муфты и муфты холодной усадки сохраняют гибкость кабеля, не разрушаются при циклических температурных нагрузках и смещениях грунта при смене времен года. Продольное усилие на разрыв муфты составляет 60% от усилия на разрыв кабеля.

Стопорные свойства таких муфт позволяют увеличить допустимую разность уровней кабельной трассы для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией.

Муфты холодной усадки и термоусаживаемые муфты различны по своему применению, способам установки и физическим характеристикам. Это нужно учитывать перед тем, как сделать выбор в пользу той или иной технологии.

Внешне муфты холодной усадки и термоусадки выгладят похоже. Оба типа муфт используются при изоляции, соединении и концевой заделке электрических кабелей на низкое и среднее напряжение. Тем не менее принятие решения здесь представляет собой более сложную задачу, чем просто выбор наименее дорогостоящего или наиболее привычного изделия.

Качество изоляции и чувствительность муфты к ошибкам монтажа

Самое очевидное различие состоит в принципе монтажа двух технологий. Технология термоусадки предполагает наличие источника нагрева — газовой горелки, фена или паяльной лампы. Качество монтажа в этом случае сильно зависит от квалификации монтажника и условий монтажа. Например, неравномерный нагрев, который может быть связан с ограниченным рабочим пространством или с ограниченным доступом ко всей поверхности муфты, может привести к неравномерности толщины изоляции.

Применение открытого пламени требует особой осторожности, чтобы не повредить кабель или окружающее оборудование. При монтаже термоусаживаемой муфты оболочка кабеля нагревается и полиэтилен размягчается. Перегрев кабеля может привести к плавлению изоляции и, как следствие, к понижению сопротивления изоляции.

Еще одной специфической особенностью термоусадки является истончение изоляционного слоя в местах перепада диаметров при усадке муфты на неровные поверхности. Размягченный материал стекает с этой области, в результате чего изоляционный слой там получается тоньше (рис. 5). Холодноусаживаемая муфта представляет собой изделие, предварительно растянутое и помещенное на спиралевидный пластиковый корд. Монтаж производится простым удалением корда, без применения каких-либо инструментов. При этом муфта плотно усаживается на кабель, обеспечивая электрическую изоляцию равномерной толщины, которая никак не зависит от мастерства монтажника.

Рис 5. Изоляционный слой в местах перепада диаметров

Необходимая инфраструктура и безопасность работ

При монтаже термоусаживаемых изделий обычно необходимо получение разрешения на работу с огнем. Использование горелок подразумевает наличие специального склада с газовыми баллонами, службы заправки баллонов, проверку их технического состояния, контроль со стороны газовых служб, сдачу экзаменов и т. д. Это существенно усложняет их эксплуатацию и приводит к дополнительным эксплуатационным расходам. При холодноусаживаемой технологии таких проблем не существует, поскольку использование муфт холодной усадки не требует специальных допусков или сложной инфраструктуры для монтажа.

При проведении монтажных работ в кабельных колодцах и проходных тоннелях проблемы возникают в связи с присутствием в них горючих газов, которые при контакте с пламенем могут привести к взрыву. Газы, выделяемые пламенем горелки, должны принудительно выводиться из колодца, а в рабочую зону необходимо обеспечить подачу свежего воздуха с целью создания безопасных условий работы. По этим причинам изделия холодной усадки являются более безопасным выбором при работах в кабельных колодцах, проходных тоннелях и в других местах с возможной избыточной загазованностью.

Реакция на перепады температур

Технология термоусадки в качестве изоляционных материалов использует радиационно сшитые термопластичные полиолефины (например EVA — кополимер этилена). Термопластичные полиолефины образуются из длинных хаотически соединенных цепочек углерода. При радиационном облучении (сшивке) в структуре молекул происходит отделение некоторых атомов водорода, и в этих местах две соседние цепочки полимера соединяются, образуя поперечные связи (рис.6). Если сшитый полиолефин нагреть до температуры плавления кристаллов, он становится эластичным и мягким, но не плавится, как необлученный материал. В результате радиационной сшивки полиолефин приобретает «память формы» — свойство, которое используется в производстве термоусаживаемых изделий. При производстве из полиолефина сперва делают предмет в форме, которую он должен приобрести после усадки, затем подвергают его радиационному облучению, нагревают, растягивают и охлаждают в растянутом состоянии до температуры, при которой снова возникают жесткие кристаллические связи. Изделие поставляется в растянутом состоянии. При монтаже повторный нагрев муфты опять приведет к плавлению кристаллических областей, и материал вернется в исходное состояние — муфта усядет на кабель.

Рис. 6. Структура молекулы сшитого полимера

В технологии холодной усадки в качестве изоляционного материала используется EPDM-резина или силикон (последний — наиболее часто). Материал растягивается механическим способом и помещается на удаляемый пластиковый корд. Здесь кроется еще одно важное отличие технологий — муфты по-разному реагируют на перепады температур. Термоусаживаемые изделия при усадке принимают форму предмета, на котором усаживаются, образуя плотно прилегающий изоляционный слой. Однако они не создают постоянного радиального прижимного давления, поскольку термоусаживаемый материал не расширяется и не сжимается вместе с кабелем. В связи с этим в большинстве изделий термоусадки используются термоплавкие клеи и мастики для защиты кабеля от влияния внешней среды.

Муфта холодной усадки создает постоянное радиальное прижимное давление, которое будет действовать на протяжении всего срока ее службы. По мере того как кабель под воздействием перепадов температуры расширяется и сжимается, вместе с ним расширяется и сжимается муфта холодной усадки, сохраняя герметичное уплотнение. Поэтому холодная усадка наиболее пригодна в ситуациях с большими скачками нагрузки или значительными перепадами температур. Для обеспечения достаточного радиального прижимного давления первоначальный диаметр муфты холодной усадки должен быть больше диаметра кабеля (рис.7).

Рис.7. Радиальное прижимное давление

Плюсы и минусы различных материалов

Наиболее традиционным материалом, применяемым в последнее время в холодноусаживаемых изделиях, является силикон. Силикон устойчив к УФ-излучению и сохраняет свои свойства под воздействием солнечных лучей. Кроме того, он гидрофобен (отталкивает воду) и обладает довольно высокой стойкостью к воздействию большинства химических веществ. Силиконовые муфты одинаково хорошо усаживаются на кабель как при температуре −30°С, так и при +60°С. Причем после усадки выдерживают еще более низкие или высокие температуры. С учетом этих свойств изделия из силикона рекомендуется использовать для установки на открытом воздухе, над поверхностью земли на кабелях среднего напряжения, а также в условиях экстремальных перепадов температур. Впрочем, все изделия, монтируемые при низких температурах, независимо от технологии их усадки, следует держать в обогреваемой кабине автомобиля, пока производится подготовка кабеля и монтажных приспособлений.

Что касается EVA, используемого при изготовлении термоусаживаемых муфт, то этот материал обладает высокой жесткостью и устойчив к истиранию, а также воздействию большинства химических веществ. При надземной установке такие муфты также требуют применения дополнительных мер по повышению их устойчивости к УФ-излучению. Эти изделия хорошо применимы для ремонта оболочки кабелей в подземных сооружениях. Термоусаживаемые изделия могут находиться в открытом грунте свыше 20 лет.

Муфты термоусадки обычно очень жестки при комнатной температуре, поэтому их следует выбирать в качестве средства механической защиты при этих условиях. Однако, как уже было отмечено, подобная жесткость не позволяет им деформироваться вместе с кабелем и, соответственно, сохранять герметичность без применения мастик и термоплавких клеев. Кристаллические области, обеспечивающие эту жесткость, обычно плавятся в диапазоне температур от 90°С до 110°С, при этом муфты размягчаются и становятся менее устойчивыми к истиранию. В связи с этим термоусаживаемые материалы лучше использовать при температурах ниже 90°С и в тех случаях, когда требуется устойчивость к истиранию и/или стойкость к воздействию химических веществ.

Любая операция по монтажу кабеля проводится при различном сочетании требований к стойкости к воздействию химических веществ, воды, истирания и температурных факторов. Несмотря на необходимость согласования с производителем специфических параметров химической стойкости и применимости изделий в необычных условиях окружающей среды, оба типа муфт соответствуют большинству предъявляемых к ним требований.

Следует отметить, что во многих случаях при соединении силовых кабелей целесообразно сочетать обе технологии.

Например, в качестве внутренней муфты может использоваться изделие холодной усадки, которое обеспечивает постоянное радиальное прижимное давление при изменении размеров кабеля в зависимости от нагрузки, а также уменьшает риск ошибок при монтаже. В качестве внешнего защитного кожуха возможно использование термоусаживаемой трубки или манжеты для монтажа при низких температурах, для обеспечения более высокой механической прочности соединения и для удовлетворения требований по устойчивости к воздействию агрессивных сред.