Сварка при производстве электромонтажных работ

Защита изоляции проводов и кабелей от перегрева при сварке

Весьма важным условием при сварке проводов и кабелей является сохранение их изоляции от порчи в результате нагревания. Для этого сварка должна быть так

организована, чтобы нагревание участков жил в месте, где начи­нается изоляция, было кратковременным и не превосходило оп­ределенного предела (250° С для кабелей с бумажной изоляцией и 130° С для поливинилхлоридной изоляции).

Эти условия достигаются сокращением до минимума продол­жительности сварки и применением специальных охладителей — массивных теплоотводящих колодок. Для быстрого расплавле­ния алюминия или меди необходимы достаточно мощные источники теплоты, что обусловлено теплофизическими свойствами этих металлов.

При нормальной продолжительности сварки температура жилы снижается по мере удаления от места сварки. Несмотря на это, при сварке без охладителей нагревание жил в зоне, где начинается изоляция (у обреза изоляции), получается недопустимо большим (300—400° С).

Охладители накладываются на участки жил, оголенные от изоляции, между зоной сварки и местом обреза изоляции и отби­рают часть теплоты, передаваемой по жиле. Размеры охладителей должны быть строго увязаны с мощностью источника теплоты (термитный патрон, газосварочная горелка) и подобраны таким образом, чтобы обеспечивалось необходимое снижение температуры у кромки изоляции. Большое значение имеет плотное закрепление охладителей на жилах стяжными болтами. Охладители, закреп­ляемые на жилах только пружинами (даже достаточно сильными), не обеспечивают необходимого снижения температуры при сварке жил средних и больших сечений.

Охлаждающий эффект может быть проиллюстрирован графиком изменения температуры при термитной сварке жилы алюминиевого кабеля сечением 150 мм2 (рис. 4-5).

В период горения термитного патрона, которое происходит очень быстро (15—17 с), температура жилы за охладителями на­чинает резко повышаться. Сварка (полное расплавление концов жил с образованием общей для них сварочной ванны) происходит через 30—40 с после начала горения патрона. Температура жилы у кромки изоляции при этом сравнительно невелика (в данном случае 77° С). В этот момент с целью прекращения дальнейшего повышения температуры следовало бы окончить нагревание, т. е. убрать теплоноситель — раскаленный шлак муфеля термит­ного патрона. Однако этого нельзя сделать, так как металл в ко­киле находится еще в жидком состоянии. Приходится допускать совместное охлаждение сварного соединения и шлака муфеля до момента затвердевания металла. За это время температура жилы в точке 1 успевает подняться до 166° С. Быстрое снижение темпера­туры происходит после скалывания шлака и последующего снятия охладителей.

Исследованиями установлено, что в зависимости от сечения кабелей и проводов охладители снижают температуру жил у кромки изоляции до 150—250° С. Нагревание изоляции примерно одина­
ково при разных способах сварки в случае использования охлади­телей одного и того же типа. Это естественно, так как независимо от характера источника теплоты (газосварочная горелка, термит­ный патрон, электрическая дуга) для расплавления жилы одного и того же сечения требуется одинаковое количество теплоты.

В табл. 5-3 в качестве примера приводятся данные о нагревании бумажной изоляции кабеля с алюминиевыми жилами при термит­ной сварке.

Основанием для суждения о допустимости такого кратковре­менного нагревания бумажной пропитанной изоляции при сварке являются следующие соображения:

1) многолетним опытом применения в нашей стране и за рубе­жом газовой и электрической сварки установлено, что нагревание до 250° С не оказывает отрицательного влияния на изоляцию. При такой температуре изоляции не высыхает (не обедняется про-
питочньїм составом), не меняет цвета и не становится более хруп­кой;

2) специальные замеры температуры, произведенные при соеди­нении кабелей пайкой, а также при припайке заземляющих про­водников к оболочкам кабелей показали, что изоляция в этих случаях может нагреваться до 270—300° С, т. е. больше, чем при сварке с применением охладителей. Однако технология с использо­ванием пайки является общепринятой в течение многих лет и счи­тается допустимой;

3) кратковременное нагревание кабелей токами короткого замыкания в эксплуатации до 200—250° С также не вызывает опа­сений за сохранность изоляции. Такая температура нагревания регламентирована Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) при расчетах кабельных сетей на термическую устойчивость при коротких замыканиях.

Кабели с полимерной изоляцией допускают значительно мень­шую температуру нагревания. Для удержания ее в нужных пре­делах (до 120—130° С) используют охладители с увеличенной мас­сой или дополнительно охлаждают изоляцию путем наложения обмотки из асбеста или войлока, увлажненных водой.

В качестве примера на рис. 4-6 приводится график нагрева­ния жилы кабеля на 110 кВ сечением 400 мм2, имеющего полимер­ную изоляцию. В данном случае для удержания температуры жилы
в заданных пределах пришлось прибегнуть к наложению двух ох­ладителей массой по 1840 г, предназначенных для кабелей с бумаж­ной изоляцией сечением до 800 мм2. Максимальная температура прилегающего к жиле пол у проводящего слоя составила 64° С, и соответственно температура изоляции в слое, отстоящем от жилы на 5 мм, была равна 47° С (общая толщина изоляции 21 мм). Это является вполне допустимым для полимерной изоляции.

Исследования показали, что температура жил (а следовательно, и прилегающих к ним слоев изоляции) резко падает на участке за охладителями в направлении, противополож­номместу сварки. Это наглядно показано на рис. 4-7, где дана кривая распределения темпе­ратуры в момент, когда у кромки изоляции она достигает наивысшего значения. Эта кривая построена по максимальным значениям кри­вых, приведенных на рис. 4-5. Таким образом, нагреванию до температур, близких к макси­мально допустимым, подвергаются только весьма небольшие участки изоляции.

Следует учитывать, что охлаждающий эф­фект охладителей резко снижается, если сами охладители непосредственно нагреваются от источника теплоты, используемого при сварке. Такое непосредственное нагревание охладителей устраняется с помощью асбестовых экранов, устанавливаемых между охлади­телями и местом нагревания жил при сварке.