Производство силового кабеля: не только экструзия 

Когда говорят про производство силового кабеля, многие сразу представляют линию экструзии — вот полимер расплавили, наложили на жилу, и готово. На деле же это лишь верхушка айсберга. Основная головная боль начинается раньше и заканчивается гораздо позже. От того, как подготовлена токопроводящая жила, как уложена скрутка, до испытаний на парциальные разряды — каждый этап может свести на нет все усилия. И часто проблемы, которые всплывают на конечном тестировании, родом из самых начальных операций.

Подготовка жилы: где теряется качество

Вот смотрите. Берём медную катанку. Казалось бы, волочи, отжигай, получай готовую жилу. Но степень обжатия на волоках, скорость, температура отжига — это не просто параметры из учебника. Если пережать, появится внутренняя напряжённость, которая потом аукнется при скрутке. Если недогреть при отжиге — жила будет жёсткой, при укладке в кабель может не выдержать изгиба. Мы как-то получили партию с идеальными электрическими параметрами, но при формировании секторной жилы пошли микротрещины. Искали причину в экструдере, а она — в режиме отжига.

Или взять компактирование. Для кабелей среднего и высокого напряжения это must-have. Но не всякое компактирующее устройство даёт равномерную плотность по всей длине. Бывает, визуально жила гладкая, а при замере сопротивления скачки. Значит, где-то внутри неоднородность. Потом на высоком напряжении в этом месте может начаться перегрев.

Здесь, кстати, многие экономят на оборудовании для контроля именно на этом этапе. Ставят простейшие лазерные микрометры, а нужно смотреть ещё и овальность, и наличие рисок. Потому что любая мелкая царапина от волоки — это потенциальная точка концентрации электрического поля. Особенно критично для кабелей на 6 кВ и выше.

Скрутка и заполнение: геометрия решает всё

Скрутка жил — операция, кажущаяся механической. Но её геометрия напрямую влияет на электрические характеристики. Неравномерный шаг скрутки — и вот у тебя ёмкостная асимметрия между жилами. Для силовых кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией это было смертельно, для современных сшито-полиэтиленовых (СПЭ) — тоже критично. Поле не любит неоднородностей.

Заполнение. Раньше часто использовали жгуты из полипропиленовой пряжи. Дешёво, но гигроскопично. Сейчас всё чаще идёт термоусаживаемый материал или компаунды. Задача — не просто занять пустоту, а создать механически стабильный, не впитывающий влагу сердечник. Видел случаи, когда из-за плохого заполнения при протяжке в кабельной каналинии происходило смещение жил, что потом приводило к локальному перегреву.

И да, о стабильности. Кабель после изготовления — не статичный объект. Его будут транспортировать, монтировать, изгибать. Если скрутка не стабильна, жилы могут ?поползти? относительно друг друга. Поэтому так важны правильные устройства для обратной скрутки и контроль натяжения каждой жилы в реальном времени. Недостаточное натяжение — рыхлая скрутка, избыточное — деформация и тот самый внутренний stress.

Экструзия изоляции и экрана: тонкая грань

Вот мы и подошли к самому известному этапу. Экструзия СПЭ-изоляции. Тут тонкостей — вагон. Главный миф: чем выше температура расплава для лучшей текучести, тем лучше. Нет. Перегрев СПЭ ведёт к преждевременной частичной сшивке в головке экструдера, появляются гели-включения. Они создают микронеоднородности в диэлектрике. При испытании на частичные разряды такие кабеля могут ?засыпаться?.

Охлаждение — отдельная наука. Градиент температуры по толщине изоляции должен быть плавным. Резкое охлаждение снаружи при горячей сердцевине приводит к остаточным напряжениям и пустотам, которые потом не ?залечатся? в вулканизационной трубе. Контролировать это нужно не по температуре воды в охлаждающем барабане, а по термопарам, встроенным в саму изоляцию на выходе — но это уже высокий пилотаж и дорогое оборудование.

Экструзия экрана. Медная лента или проволоки? Для гибкости часто выбирают проволоки. Но их наложение — не просто намотка. Угол, натяжение, контакт между витками. Плохой контакт — повышенное сопротивление экрана, его перегрев при больших токах. А ещё важно, чтобы экран лёг ровно поверх полупроводящего слоя, без зазоров. Любой воздушный карман — опять же источник частичных разрядов.

Про оборудование и его ?характер?

Оборудование — это не просто станки. У каждой линии, даже от одного производителя, свой ?характер?. Китайские линии, например, часто делают с большим запасом по мощности привода, но могут хромать система точного поддержания температур в зонах экструдера. Европейские линии точны, но иногда слишком ?нежны? к колебаниям в качестве сырья. А сырьё — это отдельная песня.

Вот тут стоит упомянуть про компании, которые поставляют не просто станки, а комплексные решения. Как, например, ООО ?Чуанчжань Интеллектуальные Технологии? (Гуандун). Они позиционируют себя как производитель оборудования для производства проводов и кабелей. Судя по описанию на их сайте https://www.www.czzn.ru, они фокусируются на интеллектуальных технологиях. Это ключевой момент. Сегодня просто сделать механическую часть — мало. Нужна интеграция систем контроля в реальном времени: диаметра, эксцентриситета, температуры. Чтобы линия не просто выдавала метры кабеля, а собирала данные по каждому метру. Потом, при пробое, можно будет посмотреть историю производства именно этого участка. Это уже следующий уровень.

Но даже с лучшим оборудованием случаются казусы. Помню историю с наладкой линии. Всё вроде настроено идеально, а на готовом кабеле плавают небольшие утолщения изоляции. Два дня искали причину — датчики, программное обеспечение. Оказалось, механическая вибрация от соседнего пресса через общий фундамент передавалась на тянущее устройство, вызывая микроскопические рывки. Поставили демпфирующие прокладки — проблема ушла. Оборудование умное, но фундамент — тоже часть системы.

Испытания: момент истины

Испытания высоким напряжением — это финальный и самый нервный этап. Особенно испытание на частичные разряды (ЧР). Здесь нельзя торопиться. Повышать напряжение нужно плавно, выдерживая на каждой ступени. Иногда кабель держит рабочее напряжение, но на ступени в 1.7 Uн начинает ?фонить?. Значит, дефект есть. Самый неприятный исход — когда ЧР носят плавающий характер: то есть, то нет. Это может указывать на подвижный дефект, например, ту самую микроскопическую пустоту в изоляции.

Часто заказчики просят предоставить не просто протокол ?выдержал/не выдержал?, а диаграмму зависимости уровня ЧР от напряжения. По её виду опытный специалист может предположить природу дефекта: поверхностный разряд, включение в объёме изоляции, корона на элементах конструкции.

И последнее. Даже успешно прошедший испытания кабель — не гарантия безупречной работы в сети. Монтаж, заделки, концевые муфты — это следующие критичные точки. Но это уже тема для отдельного разговора. Производство силового кабеля — это создание не просто продукта, а системы, которая должна работать десятилетиями в самых жёстких условиях. И каждый этап, от катанки до упаковки на барабан, вносит свой вклад в эту надёжность. Или, увы, вносит скрытую проблему.