КАБЕЛЬ−news / № 2 / февраль 2009
38
Производство
В настоящее время широкое распространение
получили кабели со сшитой полиэтиленовой изо-
ляцией. [1,2]. В ходе технологического процесса
сшивки производится термическая обработка из-
делий. Например, силановая сшивка полиэтиле-
новой изоляции производится в аппарате, куда
помещается барабан с намотанной на него изо-
лированной токопроводящей жилой (рис. 1). Тем-
пература воды поддерживается на уровне 90°С за
счет пропускания через нее пара. Сшивка происхо-
дит в результате взаимодействия силановых групп
с водой, которая проникает в изоляцию.
Скорость технологического процесса сшивки за-
висит от температуры, чем быстрее будет разогрет
барабан с изолированной токопроводящей жи-
лой, тем быстрее начнется сшивка.
Моделирование температурного поля при нагре-
ве изолированной жилы, намотанной на барабан,
осуществлялось с помощью пакета прикладных
программ ANSYS. На рис. 1 выделен фрагмент
(длиной
L
и глубиной
H
/2), для которого рассчи-
тывалось температурное поле. Тепловой поток,
который разогревает витки, идет сверху и снизу,
поэтому наиболее удаленными являются витки на-
ходящимися на глубине
H
/2. В силу симметрии на
этом расстоянии в качестве граничного условия
устанавливалась адиабата, также не учитывался
тепловой поток, идущий справа и слева выделен-
ного элемента.
Решалась двумерная нестационарная задача:
,
где ρ — плотность,
С
р
— теплоемкость и λ — те-
плопроводность.
Граничные условия на поверхности изоляции за-
давались первого рода: в начальный момент вре-
мени вода с температурой 90°С затекает между
витками.
На рис. 2 показано изменение температурного
поля в витках изолированного провода. Через 4 с
после того, как вода проникла между витками ка-
беля, температура жилы не изменилась. По истече-
нии 180 с произошло выравнивание температуры
между изолированными жилами и водой, находя-
щейся между витками. Дальнейший разогрев про-
исходит за счет теплового потока
P
, идущего с
наружной поверхности намотки.
На рис. 3 представлено изменение температуры в
различных слоях намотки за первые 30 мин нагре-
ва, за это время первый слой нагревается до 80°С,
пятый — до 44°С. Температура слоя, расположен-
ного в центре намотки (15-ый слой), после нагрева
водой, находящейся в межвитковом пространстве
до 40°С, не изменилась.
Ускорение теплообмена при технологической обработке
намотанных полуфабрикатов кабельного производства
)
(
2
2
2
2
y
T
x
T
t
T
C
p
Рис. 1. Аппарат для сшивки полиэтиленовой изоляции
силаном: 1 — крышка, 2 — бак, 3 — барабан с кабелем,
4 — вода, 5 — подача пара
Рис. 2. Температурное поле во время сшивки
полиэтилена силаном через 4, 60, 120 и 180 секунд после
помещения в воду с температурой 90°С
КАБЕЛЬ−news / № 2 / февраль 2009
39
Производство
На рис. 4 представлено изменение температуры в
различных слоях намотки в течение 24 часов нагре-
ва. Существующий технологический режим предпо-
лагает производить сшивку изоляции в течение 12
часов в воде при температуре 90°С. На рис. 4 видно,
что за это время наиболее удаленные витки (15-ый
слой), нагреваются только до 62°С. Такой слабый про-
грев витков изолированного провода обусловлен
тем, что тепловой поток идет с наружной поверхно-
сти намотки и нет поступления воды в межвитковое
пространство, т.е. отсутствует конвекция.
Есть два пути увеличения скорости разогрева:
1) для ускорения нагрева кабеля водой необходимо
производить принудительную смену воды в межвит-
ковом пространстве путем периодического подъема
и опускания барабана.
2) применять не воду, а пар, который, проникая
между витками, конденсируется, освобождая место
для новой порции пара.
На рис. 5 представлено изменение температуры
жилы при периодическом подъеме и опускании в
воду барабана с изолированной жилой каждые 5 мин.
На рис. 5 видно, что с каждым новым подъемом и
опусканием барабана в воду, интенсивность процес-
са замедляется. Наиболее кардинальным средством
быстрого нагрева изолированной жилы следует
считать принудительную циркуляцию воды в меж-
витковом пространстве, для чего требуется рыхлая
намотка витков.
Литература
1. Г.И. Мещанов, Ю.Ю. Образцов, И.Б. Пешков, М.Ю. Шу-
валов. Силовые кабели на напряжения 10-500 кВ. — М.:
«Кабели и провода», 2, 2006. С. 18-24.
2. А. Мендельсон, М.У., Аармс. Мировой опыт примене-
ния изоляции триингостойкого сшитого полиэтилена для
кабелей среднего напряжения с длительным сроком экс-
плуатации. — М.: «Кабели и провода», 2, 2005. С. 23-29.
Л.А. Ковригин
, д.т.н.
Пермский государственный технический университет
Кафедра «Конструирования и технологии
электрической изоляции»
Рис. 3. Зависимость температуры токопроводящей жилы
от времени для различных слоев на барабане во время
сшивки полиэтиленовой изоляции в первые 30 мин:
1 — первый слой; 2 — пятый слой; 3 — пятнадцатый;
4 — температура воды между витками
в центральном слое
Рис. 4. Зависимость температуры токопроводящей жилы
от времени для различных слоев на барабане во время
сшивки полиэтиленовой изоляции в течение 24 часов;
1 — первый слой; 2 — пятый слой; 3 — пятнадцатый;
4 — температура воды между витками
в центральном слое
Рис. 5. Изменение температуры токопроводящей жилы
в центральном слое (15-ый) при подъеме и опускании
барабана каждые 5 мин: 1 — вода; 2 — жила
Оригинал статьи: Ускорение теплообмена при технологической обработке намотанных полуфабрикатов кабельного производства
В настоящее время широкое распространение получили кабели со сшитой полиэтиленовой изоляцией. В ходе технологического процесса сшивки производится термическая обработка изделий. Например, силановая сшивка полиэтиленовой изоляции производится в аппарате, куда помещается барабан с намотанной на него изолированной токопроводящей жилой. Температура воды поддерживается на уровне 90°С за счет пропускания через нее пара. Сшивка происходит в результате взаимодействия силановых групп с водой, которая проникает в изоляцию.
