Специфика эксплуатации кабелей с изоляцией из шитого

Специфика эксплуатации кабелей с изоляцией из шитого полиэтилена; опыт эксплуатации
оборудования BAUR
Первые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ-изоляцией) впервые появились в
России в конце 90-х годов и с тех пор получили широкое распространение в крупных мегаполисах
и предприятиях со значительным энергохозяйством. Причина – целый ряд несомненных
преимуществ, данного типа кабелей:

Возможность прокладывать кабель на участках с большим перепадом высот.
Обеспечивается за счёт отсутствия масла в изоляции (масло не стекает из участков,
расположенных выше в участки, расположенные ниже по уровню общей линии
прокладки).

Увеличенный срок службы, относительно кабелей с бумажно-масляной изоляцией.

Высокий уровень надежности, значительно снижает количество повреждений.

Высокий уровень гибкости значительно облегчает прокладку кабеля на сложных
трассах, экономя ресурсы и время монтажной организации.

Полимерные материалы, используемые для изготовления изоляции, позволяют
прокладывать кабели при температурах до -20° С без предварительного подогрева.

Сниженные по сравнению с кабелями с бумажно-масляной изоляцией
диэлектрические потери.

Большие строительные длины.
Однако надежность любого силового кабеля определяется не только заводскими
характеристиками, качеством прокладки и монтажа, но и от качества обслуживания и диагностики
состояния кабелей при их приёмке в эксплуатацию и при последующей эксплуатации.
К сожалению, на сегодня общая нормативная база по испытаниям кабелей с СПЭизоляцией отсутствует. В связи с этим, обычной проблемой для многих предприятий, впервые
сталкивающихся с данным типом кабеля, является вопрос их обслуживания. Нормы приёмосдаточных испытаний кабеля берутся из разных источников; в основном эти нормы определяются
заводами-изготовителями кабелей на основе зарубежного опыта.
За рубежом вопросам испытаний и диагностики состояния кабелей с изоляцией из сшитого
полиэтилена уделяется довольно много внимания (связано это, прежде всего, с особенностями
конструкции самого кабеля и материалом изоляции), поэтому, для структуризации информации по
вопросам обслуживания и диагностики кабельных линий с СПЭ-изоляцией самым логичным путём
было бы обратиться к опыту коллег из Европы.
1.Основные повреждения кабелей с СПЭ-изоляцией.
Разделяют четыре основных типа повреждений кабелей с СПЭ-изоляцией:




Внешние повреждения изоляции, вызванные нарушением технологии прокладки
(Около 70% от общего количества повреждений).
Внутренние повреждения изоляции, вызванные неправильной эксплуатацией
(испытания постоянным напряжением) или естественным старением (образование
триингов или водных деревьев Рис.1).
Повреждения защитного экрана кабеля.
Повреждения жил кабеля.
Рис. 1.
Формирования пробоя в канале водяного дерева
Испытание напряжением постоянного тока,
которое в течение нескольких десятилетий
успешно использовалось для тестирования
кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией, в
случае кабелей с пластиковой изоляцией
оказалось
непригодным.
При
испытании
напряжением постоянного тока в изоляции, на
инородных микровключениях молекул воды,
образуется объёмный заряд. Этот заряд не
разряжается
при
традиционном
снятии
остаточного заряда с кабеля путём заземления,
так как сверху и снизу от этого внутреннего
«конденсатора» - диэлектрик - сшитый полиэтилен
(Рис.2).
Рис. 2
Повреждение изоляции при
испытаниях выпрямленным
постоянным напряжением
При
последующей
подаче
рабочего
напряжения переменного тока происходит суммирование напряжённостей электрических полей,
что может привести к локальному превышению предела прочности изоляции и к появлению так
называемых «электрических древовидных структур». Происходит необратимое повреждение
изоляции, частичные разряды, возникающие в этом, уже слабом месте изоляции, способствуют
развитию водяных деревьев. Также развитию водяных деревьев способствуют действия
электрического поля, воды, механических дефектов и времени. То есть при появлении водяных
деревьев под действием вышеперечисленных факторов через некоторое время в месте скопления
водяных деревьев происходит пробой. Кроме того испытания повышенным напряжением
постоянного тока не позволяет выявить даже серьёзных зародившихся повреждений.
По этой причине для испытаний кабеля с СПЭ изоляцией необходимо использовать
переменное
напряжение;
постоянное
изменение
полярности
заряда
компенсирует
накапливающиеся заряды, разряжая их. Особенно эффективно испытание на синусоидальном
напряжении сверхнизкой частоты (СНЧ), так как при этом достигается максимальная скорость
развития пробоя, и наверняка будут выявлены все присутствующие дефекты за время испытания.
Важно и то, чтобы форма выходного напряжения была симметричной.
Вид сигнала очень зависит от величины нагрузки – это означает, что положительная и
отрицательная половины цикла не идентичны. Из-за этого может произойти накопление
постоянной составляющей и создастся объёмный заряд, который может в последствии повредить
кабель (рис. 3), чего не происходит при полностью симметричной форме синусоиды
испытательного напряжения.
Рис.3
Сравнение форм выходного напряжения
Синусоида симметричная
Косинусо-прямоугорльная
Синусоида не симмитричная
не симметричная
Одним из основных научных разработчиков в этой области является компания BAUR.
Организованный совместно с ведущими научными университетами Германии в 1995 году ряд
исследований привел к разработке первой системы, предназначенная для проведения
высоковольтных испытаний кабелей напряжением сверхнизкой частоты. Особенностью данной
системы является запатентованная фирмой Baur цифровая технология формирования выходного
сигнала truesinus® (чистый синус) представляющая собой самую современную технологию
генерации высокого напряжения сверхнизкой частоты, которой снабжаются СНЧ-установки Viola и
Frida. Особенностями данной технологии являются:

абсолютная симметричность выходного сигнала, без влияния длины кабеля (ёмкости)
и уровня испытательного напряжения;
 симметричное
синусоидальное
напряжение
при
испытании
обеспечивает
направленность распространения повреждения, что позволяет проводить испытание
кабелей с высокой степенью надёжности и выявлять до 90% потенциальных пробоев в
течение первых 30 минут испытаний.
Исходя из результатов данных исследований, была разработана инструкция VDE DIN0276620, согласно которой нормой испытаний кабелей с изоляцией из СПЭ определено напряжение
равное 3хUo частотой 0,1Гц в течение 30 минут.
Нормы испытаний кабелей с СПЭ- изоляцией согласно VDE DIN 0276-620
Напряжение кабельной
линии, кВ
Испытательное напряжение
на 0,1Гц
3хUo*, кВ
6
12
10
18
20
35
35
60
Длительность приложения
испытательного напряжения
0,1Гц
30 мин.
*Uo = фазное напряжение кабельной линии (Uo=√3*U)
Согласно нормам VDE DIN 0276-620 специалисты «Московских кабельных сетей», организации,
первой в России внедрившей кабели с СПЭ-изоляцией в собственном энергохозяйстве и,
имеющей самый богатый опыт работы с данным видом кабелей, разработали свою инструкцию по
испытаниям кабельных линий под названием УП-Б-1
Нормы испытаний кабелей с СПЭ- изоляцией согласно УП-Б-1
Напряжение
кабельной
линии, кВ
Испытательное
напряжение на 0,1Гц
3хUo, кВ
6
12
10
18
20
35
35
60
Длительность
приложения
испытательного
напряжения 0,1Гц
Длительность приложения
испытательного
напряжения 0,1Гц
30 мин.
20 мин.
После ремонта
*Периодичность испытаний кабельных линий с СПЭ-изоляцией:
Кабельные линии 10, 20 и 35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, включая кабельные вставки,
испытываются:
 перед включением КЛ в эксплуатацию;
 после ремонтов КЛ.
2. Испытание оболочки кабельных линий
Второй тип испытаний, необходимый для кабелей с СПЭ-изоляцией – испытания оболочки
кабельной линии.
Повреждения данного типа связаны с влиянием коррозионных процессов, а также
механическими повреждениями при проведении монтажа, ремонта и нерегламентированных
раскопок кабельной линии. При этом вовремя не отремонтированный участок повреждённой
оболочки кабеля приводит к ухудшению изоляционных свойств основной изоляции и дальнейшему
пробою кабельной линии.
Испытания оболочки кабельной линии с СПЭ-изоляцией проводятся повышенным
напряжением постоянного тока. А в случае пробоя, осуществляют локальный поиск места
повреждения.
Нормы испытаний оболочки кабелей с СПЭ-изоляцией согласно УП-Б-1
Напряжение кабельной
линии, кВ
Испытательное напряжение
постоянного тока, кВ
Длительность приложения
испытательного
напряжения
10-20
5
10 мин.
*Периодичность испытаний оболочки кабельных линий с СПЭ-изоляцией:
Испытания защитных пластмассовых оболочек кабелей 10-20 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена
осуществляются:




перед включением КЛ в эксплуатацию;
после ремонтов основной изоляции КЛ;
в случаях проведения раскопок в охранной зоне КЛ и связанного с этим возможного
нарушения целостности оболочек;
периодически - через 2,5 года после включения в эксплуатацию затем 1 раз в 5 лет.
Специально для этих целей специалистами компании BAUR был создан прецизионный мост
Shirla. Данный аппаратный комплекс реализует полный цикл работ по испытанию кабелей и
оболочек кабелей, предварительной локации мест повреждений, а также точного определения
местоположения дефектов оболочек с использованием метода шагового напряжения в
автоматическом режиме.
3. Поиск
Поиск мест повреждений также предполагает три направления:
 определение мест повреждений изоляции кабелей с СПЭ-изоляцией;
 определение мест повреждений оболочки кабелей с СПЭ изоляцией;
 определение мест повреждений жил кабелей с СПЭ-изоляцией.
3.1. Отыскание мест повреждений изоляции
Как и для кабелей с бумажно-масляной изоляцией, для СПЭ-изоляции выделяют два этапа
определения мест повреждений.
Предварительная локализация места повреждения изоляции, осуществляется петлевым
методом (в случае, если длина кабеля превышает 50 м). Для этого используется прецизионным
мост «Shirla».
Точная локализация, осуществляется методом шагового напряжения.
3.2. Отыскание мест повреждений оболочки.
Предварительная локализация мест повреждений реализуется мостовым методом
измерения по Мюррею и Глейзеру.
Точная локализация методом импульсного напряжения с использованием универсального
приёмника UL 30.
Полный комплекс может быть реализован прецизионным мостом «Shirla».
3.3. Отыскание мест повреждений в жилах кабелей.
Для жил кабелей с СПЭ-изоляцией применимы все те же методы отыскания повреждений,
что и для кабелей с бумажно-масляной изоляции: прожиг (только в случае трехжильного
исполнения кабеля), предварительная локализация с использованием беспрожиговых методов
локализации и точная локализация мест повреждений с использованием акустического метода.
Оборудование фирмы Baur обеспечивает реализацию полного цикла испытаний и отыскания
мест повреждений кабельных линий: от испытаний и предварительной локализации мест
повреждений до точного определения на местности.
4.Заключение
Полный цикл работ по испытанию и отысканию мест повреждений кабелей с СПЭ-изоляцией
реализуется при помощи оборудования. Входящего в состав «Комплекта для реализации метода
сверхнизкиx частот», представленного на нашем ресурсе. Оборудование из состава комплекта
зарекомендовало себя как надежное и функциональное. Кроме того, важное отличительной
характеристикой данного оборудования является простота и логичность построения меню; даже
впервые сталкивающийся с таким оборудованием оператор быстро сориентируется в меню и
режимах работы оборудования. В случае необходимости, специалисты проекта всегда готовы
проконсультировать Вас по вопросам эксплуатации оборудования.