Испытания силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена
Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена
В России использовать кабель, изоляция которого изготавливается из сшитого полиэтилена, начали в конце 90х годов. На сегодняшний день данные кабели широко применяются в современном энергохозяйстве больших и малых городов, различных предприятий и прочих объектов. Причиной такого распространения являются несомненные преимущества, которыми обладают кабели данного типа:
- учитывая отсутствие в изоляции масла и, соответственно, исключая его перетекание с участков, расположенных выше на нижние участки, возможна прокладка кабеля на территориях, где имеются перепады высот;
- длительный срок эксплуатации. Значительно превышающий период использования кабеля, изоляция которого – бумажно-масляная;
- высокая надёжность, уменьшение количества повреждений;
- гибкость кабеля, упрощающая его прокладку в труднодоступных местах, на трассах повышенной сложности, а также обеспечивающая экономию средств и рабочего времени монтажной бригады;
- широкий температурный диапазон прокладки – при изготовлении кабеля используются современные полимерные материалы, которые дают возможность осуществлять прокладку при температуре до -20°С, предварительно его не разогревая;
- уменьшение диэлектрических потерь в сравнении с использованием кабелей, имеющих бумажно-масляную изоляцию.
Несмотря на весомые преимущества, следует также учитывать и то, что надёжность кабеля, независимо от его типа и изоляции зависит не только от имеющихся заводских характеристик, правильности осуществления прокладки и профессиональности выполнения монтажа, но и от уровня технического обслуживания, его своевременного проведения, диагностики при приёмке и в процессе эксплуатации.
Как известно, на данный момент отсутствует какая-либо нормативная база, регламентирующая такие виды работ как испытания силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена или же диагностика кабеля из сшитого полиэтилена, а также многие другие. Поэтому для большинства организаций и предприятий, сталкивающихся с данными кабелями, вопрос технического обслуживания является довольно сложным и проблемным. Нормы испытаний кабелей с СПЭ-изоляцией берутся из источников различной степени информативности и зачастую устанавливаются заводами-изготовителями, руководствуясь опытом работы зарубежных коллег.
Такой вопрос, как испытание кабелей со спэ изоляцией является актуальным и рассматривается ведущими специалистами. Интерес к данному вопросу связан и с конструктивными особенностями кабеля, и с характеристиками материала, который используется для изготовления изоляции. Не меньше внимания уделяется и таким вопросам, как диагностика и периодичность испытаний кабельных линий с СПЭ-изоляцией. Опыт европейских коллег является очень ценным, даёт возможность структурировать информацию, касающуюся вопросов прокладки, диагностики и обслуживания кабельных линий.
1. Виды повреждений кабелей, имеющих СПЭ-изоляцию
Специалистами выделяются четыре типа повреждений кабеля со СПЭ-изоляцией, являющихся основными:
- внешние повреждения изоляции, которые возникают в результате нарушения технологии прокладки. Такие повреждения составляют 70% общего количества регистрируемых повреждений кабеля;
- внутренние повреждения изоляции, которые являются результатом несоблюдения правил эксплуатации (испытанием постоянным напряжением), а также вызываются естественным устареванием (появление триингов, водных деревьев);
- различные повреждения имеющегося защитного экрана кабеля;
- разнотипные повреждения кабельных жил.
Повреждения кабеля из сшитого полиэтилена
Испытание кабеля из сшитого полиэтилена напряжением постоянного тока оказалось неэффективным и непригодным, хотя с большим успехом оно применялось для тестирования кабелей, имеющих бумажно-пропитанную изоляцию. В случае испытания силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена напряжением постоянного тока происходит образование объёмного заряда на микровключениях молекул воды, являющихся инородными. Разрядка данного заряда при традиционном снятии с кабеля остаточного заряда путём заземления не происходит, потому что снизу и сверху данного «конденсатора» находится сшитый полиэтилен (диэлектрик).
Дальнейшая подача рабочего напряжения приводит к суммированию напряжённостей электрополей и может вызвать локальное превышение предела прочности изоляции, что вызовет появление особых "электрических древовидных структур" (водные триинги). Изоляция повреждается (причём повреждения носят необратимый характер), наличие частичных разрядов, которые возникают в слабых местах изоляции, способствует дальнейшему развитию водяных деревьев. Но не только это приводит к развитию водяных деревьев, также способствуют из «разрастанию» действия электрополя, имеющейся воды, различные механические дефекты, время. Все перечисленные факторы вместе с возникшими водяными деревьями через определённое время приводят к пробою, который возникает именно в месте основного скопления данных водяных деревьев. К тому же, испытание спэ кабелей повышенным напряжением постоянного электротока не даёт никаких возможностей для выявления зарождающихся повреждений серьёзного характера.
Водные триинги в изоляции СПЭ кабелей
Учитывая вышесказанное, испытание кабеля из сшитого полиэтилена необходимо проводить с использованием переменного напряжения. Постоянно изменяющаяся полярность заряда обеспечивает компенсацию накапливающихся зарядов, и происходит их разрядка. Эффективным является испытание СПЭ кабелей установкой СНЧ (напряжением сверхнизкой частоты), при котором удаётся достичь максимальной скорости развития пробоя и выявить имеющиеся дефекты в течение испытания. Форма выходного напряжения должна быть симметричной – это обстоятельство является особо важным.
Цикл имеет положительную и отрицательную половины, которые не являются идентичными, так как зависимость вида сигнала от величины нагрузки очень велика. Именно из-за этого возможно накопление постоянной составляющей, приводящее к созданию объемного заряда, способного в дальнейшем вызвать повреждение кабеля. Этого не произойдёт, если форма синусоиды испытательного напряжения является полностью симметричной.
В данной области несколько передовых научных разработчиков. В 1995г одной компанией вместе с ведущими научными германскими университетами были проведены особые исследования, результаты которых привели к разработке первой специальной системы, основным предназначением которой было проведение высоковольтных испытание СПЭ кабелей установкой СНЧ. Данная система имеет запатентованную цифровую технологию формирования выходного сигнала, именуемую (чистый синус), которая представляет собой наиболее современную технологию генерирования высокого напряжения СНЧ.
Установка СНЧ HVA-30 для испытания кабеля со СПЭ изоляцией
Основные особенности технологии:
- выходной сигнал абсолютной симметричности, независимо от длины кабеля, уровня напряжения для испытания;
- испытательное симметричное синусоидальное напряжение, которое обеспечивает направленность распространения имеющегося повреждения, что даёт возможность проведения испытания высоконадёжных кабелей и определять потенциальные пробои (90%) в течение получаса испытаний.
Результаты проведения данных исследований стали базой для разработки инструкции VDE DIN0276-620, по которой нормы испытаний кабелей с СПЭ-изоляцией определяют напряжение, равняющееся 3хUo (частота 0,1Гц, время воздействия - 30 мин).
Нормы испытаний кабелей со СПЭ- изоляцией согласно VDE DIN 0276-620
| Напряжение кабельной линии, кВ |
Испытательное напряжение на 0,1Гц 3хUo*, кВ |
Длительность приложения испытательного напряжения 0,1Гц |
|---|---|---|
| 6 | 12 | 30 мин |
| 10 | 18 | |
| 20 | 35 | |
| 35 | 60 |
*Uo = фазное напряжение кабельной линии (Uo=(3*U)1/2)
В соответствии с нормами VDE DIN 0276-620 ведущими специалистами "Московских кабельных сетей", первой российской организации, внедрившей кабели с изоляцией СПЭ в собственном энергохозяйстве, наиболее опытной в работе с кабелем данного вида, была разработана собственная инструкция для испытаний кабельных линий, имеющая название УП-Б-1.
Нормы испытаний кабелей со СПЭ- изоляцией согласно УП-Б-1
| Напряжение кабельной линии, кВ |
Испытательное напряжение на 0,1Гц 3хUo*, кВ |
Длительность приложения испытательного напряжения 0,1Гц |
Длительность приложения испытательного напряжения 0,1Гц После ремонта |
|---|---|---|---|
| 6 | 12 | 30 мин | 20 минут |
| 10 | 18 | ||
| 20 | 35 | ||
| 35 | 60 |
Периодичность испытаний кабельных линий со СПЭ-изоляцией 10кВ, 20кВ и 35кВ, включая кабельные вставки:
- перед включением кабельной линии в эксплуатацию;
- после проведения ремонтов кабельных линий.
2. Испытание оболочки кабеля из сшитого полиэтилена
Вторым необходимым типом испытаний является испытание оболочки кабеля из сшитого полиэтилена.
Данный тип кабельных повреждений связан с коррозионными процессами, их пагубным влиянием, а также с воздействиями механического характера, происходящими во время выполнения монтажа, ремонтных работ и несогласованных раскопок кабельных линий. Если вовремя не произвести ремонт участка повреждённой оболочки кабеля, то основная изоляция утратит свои свойства и произойдёт пробой кабельной линии.
Испытание оболочки кабеля из сшитого полиэтилена выполняется с использованием повышенного напряжения постоянного электротока. При возникновении пробоя производится локальный поиск конкретного места повреждения.
Нормы испытаний оболочки кабелей со СПЭ-изоляцией согласно УП-Б-1
| Напряжение кабельной линии, кВ | Испытательное напряжение постоянного тока, кВ | Длительность приложения испытательного напряжения |
|---|---|---|
| 10-20 | 5 | 10 мин |
Нормы испытаний оболочки кабелей с СПЭ-изоляцией регламентируют периодичность их выполнения. Проведение испытаний пластиковых защитных оболочек кабелей 10кВ-20кВ, имеющих изоляцию из сшитого полиэтилена, выполняются:
- перед осуществлением включения кабельных линий в эксплуатацию;
- после проведения ремонтных работ основной изоляции кабельной линии;
- при раскопках, которые проводятся в охранной зоне конкретной кабельной линии, в связи с возможным нарушением целостности кабельных оболочек;
- периодически – после сдачи в эксплуатацию (через 2,5 года), потом 1 раз в течение 5 лет.
Для данных целей существует специально разработанное оборудование – особый аппаратный комплекс, реализующий полный цикл соответствующих работ по проведению испытаний кабелей и кабельных оболочек, предварительному определению мест имеющихся повреждений и точного определения мест нахождения дефектов оболочек с применением метода шагового напряжения (автоматический режим).
3. Поиск повреждения кабеля из сшитого полиэтилена
Поиск повреждения кабеля из сшитого полиэтилена предполагает проведение работ в трёх направлениях:
- нахождение мест повреждений кабельной изоляции;
- нахождение мест повреждений кабельной оболочки;
- нахождение мест повреждений кабельных жил.
3.1. Нахождение мест повреждённой кабельной изоляции
Данное направление включает в себя два определённых этапа:
- Определение предварительной локализации места имеющегося повреждения изоляции, которое выполняется с применением петлевого метода (длина кабеля должна быть больше 50 м). На данном этапе применяется прецизионный мост.
- Обозначение точной локализации с применением метода шагового напряжения.
3.2. Нахождение мест повреждений кабельной оболочки
Для предварительной локализации мест имеющихся повреждений используется мостовой метод проведения измерения по Мюррею и Глейзеру. Использование приёмника универсального для точной локализации методом импульсного напряжения. Прецизионный мост может реализовать полный комплекс.
3.3. Нахождение мест повреждений в кабельных жилах
Применяются такие методы нахождения повреждений: прожиг (только для 3х жильного кабеля), предварительная локализация (применение беспрожиговых методов), точная локализация (акустический метод). Полный цикл испытаний и нахождения мест повреждений реализуется специальным оборудованием.