Выбор кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

СОДЕРЖАНИЕ:

Выбор кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Замена традиционных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена имеет не только очевидные достоинства, но и определенные недостатки. Об этом рассуждает Юрий Анатольевич Лавров.

В настоящее время в отечественной электроэнергетике физический износ кабельного парка находится на уровне 70–80%, а удельная повреждаемость КЛ в среднем составляет от 4,5 до 7 случаев на 100 км/год. Относительно высокая повреждаемость кабельных линий (КЛ) и значительная протяженность РКС (которая, например, для таких городов-мегаполисов, как Москва, Санкт-Петербург и Новосибирск, составляет соответственно около 57, 44 и 3 тыс. км) заставляет обслуживающий персонал работать в аварийно-восстановительном режиме эксплуатации КЛ. Это практически исключает проведение плановых профилактических испытаний по своевременному выявлению электрически ослабленных мест в изоляции кабельной системы. Эксплуатационный персонал в ущерб плановым испытаниям и своевременной диагностике технического состояния КЛ вынужден отвлекать материальные и людские ресурсы на трудоемкие аварийно-восстановительные работы (в основном в неудобный зимне-весенний период) по ликвидации повреждений КЛ.

ПРЕИМУЩЕСТВА КПИ

Несколько облегчить ситуацию призваны кабели нового поколения, использующие в качестве изоляции сшитый полиэтилен (СПЭ), у которых есть неоспоримые преимущества по отношению к кабелям с бумажной пропитанной изоляцией (КБПИ). К основным преимуществам кабелей с пластмассовой изоляцией (КПИ) можно отнести:

• значительные строительные длины, что сокращает количество соединительных муфт и за счет нивелирования человеческого фактора на стадии монтажа косвенно повышает надежность эксплуатации КЛ;

• повышенная пропускная способность за счет увеличения сечения токопроводящей жилы кабеля однофазного исполнения до 630–1000 мм 2 и более высокой (на 15–20%) токовой нагрузки, обусловленной допустимой рабочей температурой СПЭ-изоляции до 90OС;

• высокая скорость монтажа и ремонтопригодность КПИ при использовании кабельной арматуры на основе термоусаживаемых композитных материалов;

• низкая допустимая температура при прокладке без предварительного подогрева, возможность прокладки на трассах с неограниченной разностью уровней и более экологичный монтаж и эксплуатация (за счет отсутствия свинца, масла, битума).

Следует добавить, что по заверениям зарубежных и отечественных предприятий-изготовителей поток отказа КПИ на один-два порядка меньше по сравнению с КБПИ. Именно поэтому кабели нового поколения являются столь привлекательными для эксплуатирующих организаций РКС. Однако к этим показателям надежности, как мне кажется, следует относиться не столь оптимистично, поскольку опыт наработки КПИ в отечественных РКС практически отсутствует, а распространение зарубежного опыта эксплуатации КПИ применительно к нашим условиям не совсем корректно. При чисто механическом подходе по замене КБПИ на КПИ без учета их конструктивных особенностей и специфики диэлектрической среды из СПЭ мы можем столкнуться в отечественных РКС с более высокими значениями потока отказов КПИ по отношению к декларируемым показателям.

НЕДОСТАТКИ

Опыт эксплуатации КБПИ в отечественных РКС, а также мониторинг различных аномальных режимов эксплуатации в городских кабельных сетях Барнаула и Новосибирска показал, что электрический пробой изоляции при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) в 60–70% случаев самоликвидируется и эксплуатационный персонал эти аварийные режимы не фиксирует. Высокая «живучесть» КБПИ обусловлена спецификой диэлектрической среды. В рассматриваемом случае перемежающаяся дуга горит в замкнутом объеме изоляции в месте возникновения ОЗЗ и в зависимости от величины емкостного тока замыкания на землю, скорости восстановления электрической прочности в месте горения дуги и восстанавливающегося напряжения (зависящего от параметров сети) аварийный режим может самоликвидироваться.

Иная картина будет иметь место при внедрении в распределительную сеть КПИ. При электрическом пробое твердого диэлектрика кабель не сможет восстановить свою электрическую прочность, и любое ОЗЗ будет приводить к устойчивому аварийному режиму. В этом случае эксплуатационному персоналу каждое возникновение ОЗЗ в изоляционной системе КЛ необходимо будет устранять. Таким образом, наряду с неоспоримыми преимуществами КПИ имеют существенный недостаток, заключающийся в отсутствии эффекта самозалечивания СПЭ-изоляции. Именно это обстоятельство необходимо принимать во внимание, заблаговременно предусмотреть и создать такие условия эксплуатации КПИ, которые минимизировали бы их каскадный выход из строя.

ФАКТОРЫ НАДЕЖНОСТИ

На первый взгляд кажется странным поднимать вопрос о повышении надежности кабельных изделий с улучшенными эксплуатационными и технико-экономическими показателями. Ведь очевидно, что всё новое должно быть лучше предыдущего. Что же касается электроэнергетики, то в этой достаточно ответственной и консервативной (в хорошем понимании этого слова) отрасли ко всему новому, как показала практика, следует подходить разумно и с осторожным оптимизмом.

На кафедре техники и электрофизики высоких напряжений (ТЭВН) Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) на протяжении более двадцати лет одним из научных направлений являются исследования по анализу условий эксплуатации КЛ среднего и высокого напряжения в сетях различного назначения. Одним из главных выводов этих исследований является тезис о необходимости системного подхода на стадиях проектирования, разработки конструкции кабеля и эксплуатации для обеспечения требуемой надежности, экономичности и экологичности закрытых линий электропередачи. В настоящей статье делается попытка показать одну из сторон такого системного подхода, который желательно принимать во внимание проектным и эксплуатирующим организациям при внедрении КПИ на стадии сооружения новых и реконструкции существующих участков городских РКС.

К основным факторам, определяющим эксплуатационную надежность КПИ, можно отнести следующие:

• ресурс изоляционной системы КПИ;
• режим заземления нейтрали в РКС;
• уровни перенапряжений в РКС, возникающие при однофазных дуговых замыканиях (ОДЗ), грозовых перенапряжениях и коммутациях КЛ;
• температурный режим эксплуатации кабеля;
• необходимое сечение экрана;
• методы диагностики технического состояния КПИ;
• параметры испытаний и нормативно-¬техническая база по сооружению и эксплуатации КПИ.

Рассмотрим кратко влияние каждого из выше отмеченных факторов на эксплуатационную надежность КПИ.

РЕСУРС ИЗОЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КПИ

Под изоляционной системой понимается совокупность изоляции и полимерных электропроводящих экранов, внутри которых замыкается электрическое поле кабеля (рис. 1).

Рис. 1. Электрическая прочность изоляционной системы КПИ

Выбор допустимых средних напряженностей электрического поля в КПИ, исходя из длительно воздействующего рабочего напряжения, в первую очередь определяется процессом старения изоляции. Интенсивность деградации СПЭ-изоляции (под которой в дальнейшем будем понимать снижение электрической прочности изоляции при рабочем напряжении и перенапряжениях) определяет эксплуатационную надежность и срок службы КПИ.

Для кабелей различного конструктивного исполнения механизм старения изоляции различен и зависит от вида применяемого изоляционного материала. Например, одной из основных причин электрического старения кабелей с бумажной пропитанной изоляцией могут быть частичные разряды (ЧР), разложение молекул масла и бумаги в результате ионизации и электрохимических процессов. На электрическую прочность КПИ влияет существенно большее количество факторов, обусловленных как технологией изготовления, так и спецификой изменения физико-химических свойств СПЭ в процессе эксплуатации при термическом, механическом и электрическом воздействиях.

Монолитная полимерная изоляция в отличие от бумажной пропитанной изоляции является более чувствительной к разного рода посторонним микровключениям, пустотам, выступам на электропроводящих экранах и другим дефектам, которые повышают локальную напряженность электрического поля в толще твердого диэлектрика и создают предпосылки для образования триингов (проводящих каналов в СПЭ, которые в силу природы их образования можно разделить на триинги электрического происхождения (ЭТ) и водные триинги (ВТ) электрохимического происхождения). Не будем подробно останавливаться на механизмах влияния триингообразований на деградацию полимерной изоляции – это отдельный и довольно сложный вопрос, по которому в настоящее время имеются существенные наработки как у отечественных (например, у В.А. Канискина, СПбГПУ; С.М. Лебедева, Томский НИИ ВН; М.Ю. Шувалова, ВНИИКП и др.), так и у зарубежных исследователей.

Электрическая прочность КПИ на переменном и импульсном напряжениях зависит от различных взаимосвязанных факторов, которые условно можно разделить на две группы: технологически обусловленные и эксплуатационные факторы. К первой группе относятся технологические дефекты на стадии изготовления КПИ: воздушные и инородные включения, микровыступы проводящих элементов в изоляцию, неоднородность структуры СПЭ, внутренние (остаточные) механические напряжения в изоляции. Ко второй группе относятся: механические напряжения, которые могут появиться в СПЭ-изоляции на стадии монтажа КПИ; термическое старение СПЭ-изоляции; время зарождения и скорость развития триингов; воздействие импульсных перенапряжений с крутыми фронтами.

Следует отметить, что в отличие от «мягкой» бумажной пропитанной изоляции СПЭ более чувствителен к воздействию высокочастотных перенапряжений. При резком вводе энергии в твердый диэлектрик происходит разрыв на молекулярном уровне связей между молекулами углерода и водорода в местах повышенной напряженности электрического поля – например, на кончике триинга, где напряженность электрического поля на два-три порядка может превышать среднюю напряженность (рис. 1). Это приводит к изменению структуры и физико¬-механических свойств СПЭ и возникновению внутри него новых микрополостей, которые способствуют дальнейшему развитию ЭТ в толще твердого диэлектрика в виде дендрита (древовидного образования, имеющего повышенную проводимость и приводящего к прогрессирующему разрушению диэлектрика).

Очевидно, что постоянное совершенствование технологии изготовления КПИ, а также демпфирование влияния (за счет грамотного проектирования и эксплуатации) второй группы факторов позволят более «экономно расходовать» ресурс изоляционной системы КПИ и довести его фактическую наработку до нормативного срока службы (30 лет).

РЕЖИМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ В РКС

При поэтапной замене кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на КПИ в распределительных кабельных сетях будут эксплуатироваться в одной электрически связанной схеме кабели с различными механизмами пробоя и деградации электрической изоляции. На рис. 2 в качестве примера приведена потенциально возможная схема участка РКС при постепенной замене кабелей традиционного исполнения с большим сроком эксплуатации на кабели нового поколения.

В процессе эксплуатации КЛ, наряду с механическими и тепловыми воздействиями, подвергаются перенапряжениям с различными амплитудно-временными параметрами. За рубежом кабельные сети эксплуатируются в основном с заземленной нейтралью. И при возникновении режима ОЗЗ поврежденный фидер отключается с переводом потребителя на резервное электроснабжение, т.е. изоляционная система «здоровых» фаз КПИ не находится длительное время под линейным напряжением.

В зависимости от величины емкостного тока замыкания на землю отечественные РКС эксплуатируются с неэффективно заземленной либо изолированной нейтралью и при возникновении в них режима ОЗЗ изоляция «здоровых» фаз КПИ будет длительно (до 4–6 часов) подвергаться воздействию номинального напряжения. Учитывая этот фактор, конструкция отечественных КПИ была адаптирована к условиям эксплуатации в российских РКС за счет увеличения толщины изоляции, например, для кабеля номинальным напряжением 10 кВ с 3,4 мм до 4,0 мм. Таким образом, за счет снижения средней напряженности электрического поля в изоляционной системе КПИ несколько увеличили инкубационный период зарождения триингов и время его развития, которые, собственно, и определяют электрическую прочность и остаточный ресурс КПИ. Следует также обратить внимание на следующее. Согласно [1], в зависимости от значения емкостных токов замыкания на землю, возникшие в РКС режимы ОЗЗ на начальной стадии, вследствие заплывания канала электрического пробоя, могут самоустраняться через несколько периодов промышленной частоты либо перейти в режим устойчивого горения дуги длительностью в единицы и десятки секунд с последующим переходом в режим глухого металлического замыкания. На начальном этапе ОДЗ повторные пробои в дуговом промежутке происходят при напряжении 0,6–1,0 Uфm и в дальнейшем, с науглероживанием канала электрического пробоя, снижаются до 0,6–0,8 Uфm. Возникающие в переходном и установившемся режимах ОДЗ перенапряжения не превышают 2,3–2,5 Uфm.

Такие амплитудно-временные параметры перенапряжений в комбинированной РКС могут сопровождаться не только каскадным выходом из строя на участке электрически связанной сети нескольких КБПИ с ослабленной изоляцией, но и ускоренной деградацией изоляционной системы КПИ. Устранить этот неблагоприятный фактор можно при использовании в РКС низкоомного резистивного заземления нейтрали, когда при возможности обеспечения резервного питания поврежденный кабель практически сразу же отключается.

Следует отметить, что здесь акцент делается на низкоомное заземление нейтрали. Применение высокоомного заземления в РКС не актуально, поскольку перенапряжения в кабельных сетях при ОДЗ, как правило, не превышают уровня 2,5 Uфm, т.е. уровня, отвечающего первичному зажиганию дуги 2,3–2,5 Uфm при оснащении нейтрали сети резисторами, способствующими после погасания дуги разряду емкости сети и снижению напряжения на аварийной фазе к моменту возможного повторного зажигания до значения, не превышающего напряжения при первичном зажигании дуги.

Рис. 2. Потенциально возможная схема участка РКС при постепенной замене кабелей традиционного исполнения с большим сроком эксплуатации на кабели нового поколения

Основным моментом при одновременной эксплуатации в комбинированной РКС кабелей с различной диэлектрической средой является не ограничение перенапряжений, а устранение самого факта длительного воздействия на фазную изоляцию КПИ линейного напряжения и перенапряжений при ОДЗ. В этом случае увеличивается наработка КПИ за счет более «экономного расхода» ресурса электрической прочности изоляционной системы кабеля.

В практике эксплуатации РКС резистивное заземление до настоящего времени широкого применения не нашло. Это обусловлено в том числе отсутствием общей методики по определению необходимых параметров резистора (величины сопротивления и его энергетических характеристик), принципов организации и функционирования релейной защиты для новых и реконструируемых участков сети. На современном этапе развития РКС при их постоянно расширяющейся конфигурации, внедрении КПИ с повышенной пропускной способностью, резервировании большинства потребителей, наличии большого количества исследований по различным режимам заземления нейтрали имеются хорошие перспективы для успешного внедрения резистивного заземления нейтрали. Не стоит сбрасывать со счета и применение нейтрали, заземленной через дугогасящий реактор (ДГР). Однако эксплуатация комбинированных кабельных сетей (содержащих КБПИ и КПИ) при оснащении их нейтралей ДГР может быть оправдана лишь при автоматическом регулировании степени компенсации емкостного тока ОЗЗ, когда при электрическом пробое кабелей с бумажной пропитанной изоляцией высока вероятность самоустранения горения дуги. В этом случае длительность перенапряжений минимальна, уровень перенапряжений отвечает первичному зажиганию дуги 2,4–2,5 Uфm, а переход перемежающегося характера горения дуги в металлическое замыкание практически невозможен.

При отсутствии такого регулирования неминуемо будет наблюдаться, во-первых, высокая аварийность физически изношенных КБПИ в основном из-за многоместных повреждений при ОДЗ, во-вторых, при переходе ОДЗ в металлические замыкания «здоровые» фазы КПИ могут длительно (до нескольких часов) находиться под воздействием линейного напряжения. Последний фактор приводит к увеличению средней напряженности электрического поля в СПЭ-изоляции и созданию благоприятных условий для развития триингов в электрически ослабленных местах, локально распределенных по толщине изоляции и длине кабеля. Таким образом, при поэтапном внедрении в РКС кабелей с изоляцией из СПЭ нельзя чисто механически заменять кабели традиционного исполнения на КПИ. Необходимо по возможности создавать для них более мягкие условия эксплуатации, связанные с уменьшением амплитудно¬временных параметров перенапряжений при возникновении ОЗЗ и ОДЗ. В этом случае время зарождения и скорость роста водных или электрических триингов в СПЭ-¬изоляции будет снижена, а фактическая наработка КПИ увеличена.

ГРОЗОВЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Выше отмечалось, что электрическая прочность КПИ резко снижается при многократном воздействии высокочастотных перенапряжений. В городских РКС грозовые перенапряжения, воздействующие на КПИ, могут иметь место лишь при воздействии грозовых волн на обмотку высшего напряжения трансформатора (рис. 2) за счет емкостных и индуктивных связей между обмотками высшего (ВН) и низшего напряжения (НН) трансформатора.

Согласно [2] наиболее опасные воздействия на оборудование со стороны обмотки НН возникают при воздействии срезанных волн, когда первый (максимальный) пик трансформируемой грозовой волны определяется емкостными связями (емкостями обмоток ВН и НН, а также емкостью между этими обмотками). Для ВЛ110 кВ практически все волны будут срезанными, для которых трансформатор, в сущности, представляет собой емкостный делитель с коэффициентом деления в диапазоне Кт = 0,3–0,5. Учитывая реальные амплитуды срезанных волн (отвечающих вольт-секундной характеристике линейной изоляции ВЛ), Кт и низкое эквивалентное волновое сопротивление кабелей, примыкающих к шинам главной понижающей подстанции (ГПП), уровни грозовых перенапряжений, воздействующих на КПИ, будут составлять единицы процентов от амплитуды воздействующей волны и не превышать 30–40% импульсной прочности КПИ. Очевидно, что при отсутствии связи КПИ с ВЛ посредством понижающего трансформатора грозовые перенапряжения на КПИ не будут воздействовать. Таким образом, при внедрении КПИ в РКС грозовые перенапряжения во внимание можно не принимать.

В следующем номере журнала Юрий Лавров остановится на воздействии на КПИ коммутационных перенапряжений, тепловом режиме эксплуатации, особенностях диагностики технического состояния и испытаниях кабелей с пластмассовой изоляцией.

КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Согласно [1] зарегистрированные в РКС перенапряжения, обусловленные коммутациями выключателями, имеют незначительный уровень – 2,1–2,3Uфm. Однако в настоящее время на смену масляным выключателям приходит новая коммутационная техника, использующая в качестве дугогасительной среды элегаз или вакуум. Применение вакуумных выключателей (ВВ), обладающих повышенным коммутационным ресурсом, для эксплуатационного персонала, несомненно, благое дело. Но при коммутациях КЛ с помощью ВВ в зависимости от параметров и конструктивного исполнения сети могут возникать высокочастотные (ВЧ) перенапряжения за счет повторных зажиганий дуги в диэлектрическом промежутке между расходящимися контактами. Амплитуду таких перенапряжений можно ограничить с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН), но убрать с помощью ОПН сам факт воздействия ВЧ-перенапряжений, снижающих ресурс электрической прочности КПИ, невозможно. Поэтому актуально при внедрении КПИ в принципе отстроиться от воздействия таких перенапряжений, которые также опасны для витковой изоляции электродвигателей (ЭД) и силовых трансформаторов.

В городских РКС основные коммутации приходятся на кабельные линии, примыкающие к ГПП или РП, и реже на ЭД, установленные, например, на перекачивающих насосных станциях. При их отключении с помощью ВВ на изоляцию КПИ могут воздействовать ВЧ-перенапряжения. При этом инициализация таких перенапряжений зависит от характеристик вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) ВВ и параметров сети. Вероятность повторных зажиганий между расходящимися контактами ВДК зависит от исхода «соревнования» после погасания дуги между растущей электрической прочностью межконтактного промежутка на размыкающихся контактах и переходным восстанавливающимся напряжением на контактах выключателя. Определяющей характеристикой коммутационной способности ВВ является начальная скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка, которая зависит от конкретного предприятия-изготовителя и находится в диапазоне:

где t0 = 100…200 мкс – время между началом расхождения контактов и моментом прохождения тока промышленной частоты в ВВ через нулевое значение;

k = 30…80 кВ/мс – скорость роста электрической прочности межконтактного промежутка. Численные исследования показали, что для исключения повторных (многократных) зажиганий дуги между расходящимися контактами ВДК должны иметь скорость восстановления электрической прочности межконтактного промежутка в зависимости от схемы сети не менее 60–100 кВ/мс.

Приведем в качестве примера результаты исследований по условиям эксплуатации КПИ, обеспечивающих связь между перекачивающей насосной станцией ПНС-11 и подстанцией «Воинская» (рис. 1). Параметры схемы следующие: для связи ПС «Воинская» с ПНС-11 для основного питания используются два КПИ однофазного исполнения фирмы Nexans напряжением 10 кВ (тип кабеля 3хNA2ХS(F)2Y-1х500-RM/70-10, длина КПИ – 2952 м); РУ 6,10 кВ состоит из двух рабочих секций 6 кВ (№ 1, № 2), секции резервного питания 6 кВ (№ 3) и вводной секции 10 кВ (№ 4); двухсекционное РУ 6 кВ ПНС-11 укомплектовано ячейками, в которых установлены ВВ, и предназначено для питания нагрузки – ЭД насосов, понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ, регуляторов частоты, трансформаторов 6/0,4 кВ собственных нужд. Режимы работы ПНС-11 на первой секции шин: подключены через кабельные вставки с бумажной пропитанной изоляцией длиной 60 м двигатели от 1 до 3, на второй секции аналогично; в целом на станции максимальное количество одновременно работающих двигателей – 6 (остальные находятся в резерве).

Расчеты при варьировании скорости восстановления электрической прочности (СВЭП) показали, что при коммутации КПИ длиной 2,95 км никаких опасений не должно возникать, поскольку частоты восстанавливающегося напряжения на расходящихся контактах ВДК относительно небольшие и повторные пробои в ВДК не возникают (рис. 2, а и б). Частота восстанавливающегося напряжения на контактах (ВНК) определяется наложением на промышленную частоту ВЧ-составляющей, обусловленной параметрами коммутируемого кабеля и эквивалентного кабеля остальных присоединений, а также составляющей средней частоты, в основном определяемой индуктивностью источников питания и емкостью всех кабелей. При уменьшении длины КПИ на порядок за счет увеличения частоты ВНК в ВДК происходят повторные пробои между расходящимися контактами и на КПИ уже воздействуют ВЧ-перенапряжения (рис. 2, в и г).

Исследования показали, что для рассматриваемой схемы электроснабжения ПНС-11 с помощью КПИ предельная СВЭП ВДК должна быть не менее 30 кВ/мс. На подстанции в ячейках КМ-1КФ установлены ВВ типа ЗАН5 фирмы Siemens, обладающие СВЭП ВДК в среднем не менее 40–50 кВ/мс. Таким образом, при отключении ВВ со стороны ПНС-11 КПИ относительно большой протяженности на кабель не будут воздействовать ВЧ-перенапряжения и выдвигать какие-либо требования к параметрам ВВ нет необходимости.

Несколько иная картина наблюдается при отключении ВВ высоковольтных ЭД, присоединенных к первой и второй секции шин через кабели с бумажной пропитанной изоляцией длиной 50–60 метров. В этом случае высокая частота восстанавливающегося напряжения на расходящихся контактах ВДК способствует превышению ВНК над СВЭП и возникают повторные пробои, инициирующие ВЧ-перенапряжения, воздействующие на изоляции ЭД и КПИ (рис. 3). В этом случае ОПН, установленный в ячейках, не защищает ЭД. При установке же ОПН на двигателе за счет изменения вида кривой ВНК повторных пробоев между расходящимися контактами ВДК не наблюдается.

Следует отметить, что, если определяющая характеристика коммутац ионной способности ВВ (начальная СВЭП межконтактного промежутка) будет отвечать требованиям международного стандарта IEEE Std C37.013 и составлять не менее 425 кВ/мс, то при коммутации ВВ кабелей на них не будут воздействовать практически в любых схемах их эксплуатации ВЧ-перенапряжения, снижающие со временем электрическую прочность КПИ.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Пропускную способность КПИ определяет тепловой режим эксплуатации, который существенно зависит от условий прокладки кабелей по трассе, в частности:

• от удельного термического сопротивления окружающей среды (на воздухе или в земле);
• от способа прокладки отдельных фаз (горизонтальная с расстоянием между кабелями «в свету», равным диаметру кабелей, или треугольником вплотную);
• от наличия рядом расположенных соседних цепей КЛ и других факторов.

Выбор оптимального способа прокладки КПИ и обеспечение приемлемого теплового режима эксплуатации КЛ является довольно ответственным этапом на стадии сооружения кабельной линии.

В настоящее время в сетях среднего напряжения кабели нового поколения составляют примерно около 2% от всего кабельного парка отечественных РКС. Из-за малого опыта проектировщики иногда принимают недостаточно правильные решения на стадии сооружения КЛ по условиям их прокладки, что может привести к повреждению изоляции кабелей в самом начале эксплуатации.

Это обусловлено следующим обстоятельством. На практике наиболее распространенными конструкциями являются КПИ однофазного исполнения (ОИ), что предопределяет большие строительные длины, легкость монтажа и возможность выполнения кабелей с большими номинальными сечениями жилы. Однако однофазная конструкция КПИ накладывает определенные ограничения на способы их прокладки в отличие от кабелей традиционных трехфазных конструкций с бумажной пропитанной изоляцией. Например, в [2] оговариваются допустимые температурные условия эксплуатации кабеля при различных способах его прокладки, а в [3, 4, 5] подчеркиваются особенности прокладки подводных кабелей и прокладки КПИ в местах, требующих их механической защиты с помощью труб, – при пересечении инженерных сооружений, автомобильных дорог, при естественных препятствиях и т.п.

Невыполнение регламента прокладки КПИ в последних случаях может привести по крайней мере к двум негативным явлениям: к тепловому разрушению кабеля при его эксплуатации в номинальном режиме либо локальному снижению электрической прочности СПЭ-изоляции на участке кабеля, заключенного в защитную трубу из магнитного материала. Очевидно, что комбинированное воздействие электрического и нерасчетного теплового полей при наложении длительных и возможных ВЧ-перенапряжений может привести на особых участках прокладки КПИ к преждевременному развитию в СПЭ-изоляции электрически ослабленных мест. Анализ технологических нарушений при прокладке КПИ показывает, что причиной теплового разрушения кабелей является их перегрев либо в местах пересечения с автодорогами, либо при проходе сквозь стены, т.е. на непротяженных участках трассы, где зачастую кабели прокладываются пофазно в защитных стальных трубах. В рассматриваемых случаях к теплу, выделяемому в жиле и экране, добавляется тепло, инициируемое вихревыми токами в стальной незаземленной трубе. Суммарное воздействие этих тепловых полей приводит к локальному разогреву кабеля и при длительном воздействии к разрушению защитной оболочки и снижению электрической прочности основной изоляции. Как показывают расчеты, в рассматриваемых случаях для предотвращения существенного повышения температуры кабелей необходимо снижать номинальный рабочий ток почти в два раза, что на практике неприемлемо. В [4] на основе экспериментальных данных и мультифизического численного моделирования было показано:

• пофазная прокладка КПИ ОИ в стальных трубах недопустима из-за появления дополнительного источника тепла в виде вихревых токов в стальной трубе, что приводит к увеличению температуры в конструкции выше допустимой и выходу кабеля из строя;
• если это не требуется по условиям механической прочности, то следует по возможности избегать прокладки кабелей в трубах из ферромагнитных материалов, а применять неметаллические трубы (например, асбоцементные или пластмассовые);
• при необходимости стальные трубы могут быть применены, но при условии расположения в них трех фаз одной цепи КЛ треугольником вплотную и расчета пропускной способности КЛ в целом, исходя из локально повышенного значения температуры кабелей в контейнере из магнитного материала.

ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ЭКРАНОВ

Вопрос термической устойчивости экранов остро стоял для КПИ первого поколения, в конструкции которых экраны представляли собой медную ленту толщиной 0,15–0,25 мм. В электрических сетях номинальным напряжением 110 кВ и выше (с эффективно заземленной нейтралью) при электрическом пробое КПИ в зависимости от мощности подстанции по экрану кабеля протекали токи КЗ в десятки кА, которые приводили к повреждению (выгоранию) экрана на значительной длине. Для локализации места повреждения экрана предлагалось использовать дополнительный проводник, который располагался в непосредственной близости от трех фаз КЛ (например, в центре фаз, расположенных треугольником вплотную), а необходимое сечение проводника определялось мощностью подстанции и временем отключения короткого замыкания в конкретной сети [6, 7]. Очевидно, что эксплуатация КПИ с дополнительным проводником была связана с определенными трудностями. В конструкциях КПИ второго поколения наряду с совершенствованием в технологии изготовления изоляционной системы было увеличено сечение экрана, который выполнялся уже из определенного количества медных проволок, поверх которых навивалась медная лента.

Каждый электрик должен знать:  Установка электрощитка - электрическая схема, рекомендации

В сетях среднего напряжения (с неэффективно заземленной нейтралью) при пробое КПИ по экрану кабеля протекает емкостной ток замыкания на землю, составляющий в зависимости от конфигурации сети и степени компенсации единицы ампер. В рассматриваемом случае вопрос термической стойкости экранов не стоит. Проблема сохранения целостности экранов может иметь место при возникновении двух однофазных коротких замыканий, когда в контур протекания токов КЗ включаются экраны. В этом случае расчетным путем увеличивают сечение экрана до необходимой величины.

В настоящее время номенклатурный ряд сечений жил КПИ, выпускаемых отечественными предприятиями-производителями, находится в интервале 50–800 мм2 с соответствующим интервалом сечений экранов 16–50 мм2. По специальному заказу производители могут изготовить КПИ с увеличенным до 70–95 мм2 сечением экрана. На практике имеют место случаи, когда выбирают необоснованно высокие значения сечений экранов, что может привести к необоснованному удорожанию строительства КЛ. По состоянию на 01.01.2007 г., средняя цена 1 км фазы КПИ с сечением токопроводящей жилы 500 мм2 и сечением экрана 50 мм2 составляет 650 тыс. руб. Этот же кабель, но с увеличенным до 70 мм2 сечением экрана стоит 730 тыс. руб./км. Таким образом, уже на стадии проектирования себестоимость строительства КЛ для заказчика может увеличиться. Эти цифры свидетельствуют о необходимости тщательного определения расчетным путем для конкретной проектируемой схемы величин токов КЗ, протекающих по экранам кабелей, и далее по номограммам, приведенным в каталогах предприятий-изготовителей КПИ, следует определить требуемое сечение экрана.

Рис. 2. Кривые скорости восстановления электрической прочности на межконтактном промежутке (а, в) и уровни перенапряжений на КПИ (б, г) при отключении КЛ вакуумным выключателем со стороны ПНС¬11: СВЭП – 40 кВ/мс, длина КПИ 2,95 км (а, б) и 0,295 км (в, г)

Рис. 3. Процессы на ВДК (а), двигателе (б) и КПИ (в) при отключении ВВ электродвигателя (ОПН установлен в ячейке, Lкаб = 65 м, СВЭП – 90 кВ/мс)

КОМПЛЕКСНАЯ ДИАГНОСТИКА

Учитывая отсутствие эффекта самозалечивания изоляционной системы КПИ, представляется актуальным своевременное выявление электрически ослабленных мест.
После диагностического обследования и всестороннего анализа основных количественных характеристик диагностируемых параметров (напряжения зажигания частичных разрядов (ЧР), выделяемая ЧР энергия, tg и т.д.) эксплуатационному персоналу необходимо выдать следующую информацию: максимально достоверный прогноз остаточного ресурса кабеля; рекомендации по дальнейшим условиям эксплуатации кабеля; сроки проведения последующего диагностического обследования; какие в будущем должны быть параметры профилактических испытаний диагностируемого кабеля.

При каждом электрическом пробое изоляции кабеля возникает аварийный режим эксплуатации и необходимость монтажа соединительной муфты, поэтому для КПИ особенно важно отслеживать динамику деградации изоляции и своевременно предупреждать их выход из строя. В настоящее время применительно к КПИ нет единой точки зрения на алгоритм и методику проведения неразрушающих методов профилактических испытаний и диагностического обследования. Актуально применение для КПИ щадящих методов профилактики и диагностики, поскольку использование «жестких» методов может усугубить фактическое состояние СПЭ-изоляции и снизить его наработку.

Сегодня у эксплуатационного персонала РКС появляется уникальная возможность осуществлять мониторинг «текущего здоровья» КПИ с самого начала его ввода в эксплуатацию. Зарубежный и относительно небольшой отечественный опыт эксплуатации КПИ среднего напряжения показал, что снижение электрической прочности СПЭ-изоляции зависит не только от исходного качества кабелей (которое может несколько отличаться у разных предприятий-изготовителей), но и от конкретных условий эксплуатации (квалификации монтажного персонала; способа прокладки кабеля в специальных местах; амплитудно-временных параметров воздействующих перенапряжений; режима заземления нейтрали, параметров диагностических и профилактических испытаний).

Таким образом, имея, с одной стороны, на основе постоянного мониторинга информацию о том, каким эксплуатационным воздействиям подвергается кабель с самого начала его эксплуатации, а с другой стороны, на основе диагностического обследования информацию о фактическом состоянии его «здоровья», можно с достаточным основанием прогнозировать реальный остаточный ресурс кабеля.

Следует отметить, что определение остаточного ресурса КПИ, работающего в полевых условиях, задача достаточно сложная и не имеющая однозначного решения. Это связано с многообразием эксплуатационных факторов, воздействующих на КПИ, и определенными трудностями по выявлению наиболее информативных параметров, адекватно отражающих процессы деградации СПЭ-изоляции. Очевидно, что только при комплексном подходе, аккумулирующем все информационно-значимые факторы, возможно достоверно оценить оставшийся ресурс электрической прочности КПИ.

Современное развитие микропроцессорной техники создает хорошие предпосылки для соединения в единый автоматизированный комплекс системы мониторинга аварийных событий и online-диагностики, который позволит по сравнению с периодическими обследованиями оперативно получать информацию о состоянии изоляционной системы КПИ, своевременно реагировать и давать возможность эксплуатационному персоналу превентивно принимать меры по предотвращению выходя кабеля из строя. К сожалению, эффективное использование online-диагностики ограничено недостаточно полными разработками по определению критериев признаков дефектов, их пороговых (количественных) значений, а также алгоритмов по оценке динамики развития выявленных дефектов. Вместе с тем научный прогресс в области выявления основных факторов деградации СПЭ-изоляции позволяет надеяться, что в ближайшем будущем будут разработаны формализованные критерии оценки фактического состояния изоляционной системы КПИ, представляющие собой физико-математические модели исправного, дефектного (но работоспособного) и аварийного (требующего замены) кабеля.

ИСПЫТАНИЯ

В настоящее время для КПИ нет четко прописанных рекомендаций по испытанию кабелей после монтажа и проведению профилактических испытаний в процессе эксплуатации кабелей. Тем не менее, в каталогах и инструкциях по эксплуатации отечественных и зарубежных предприятий-изготовителей даются рекомендации по испытанию КЛ после их монтажа. Согласно этим данным, после полного монтажа КЛ рекомендуется провести испытания КПИ напряжением 3U0 частотой 0,1 Гц в течение 15 минут, или постоянным напряжением 4U0 в течение 15 минут, или переменным номинальным напряжением U0 в течение 24 часов, приложенным между жилой и металлическим экраном (где U0 – номинальное напряжение кабельной линии). Для сравнения в [8] рекомендуется проводить приемосдаточные испытания КПИ выпрямленным напряжением 6U0 в течение 10 минут.

После присыпки мелким грунтом или песчано-гравийной смесью защитная оболочка КПИ должна быть испытана постоянным напряжением 10 кВ, приложенным между металлическим экраном и заземлителем в течение 10 минут.

Основным назначением испытания кабеля повышенным выпрямленным напряжением является доведение ослабленного места в них до пробоя с целью предотвращения аварийного выхода КЛ в эксплуатации. Согласно [8] в процессе эксплуатации длительность приложения полного испытательного напряжения составляет 5 минут, а периодичность проведения профилактических испытаний и уровень испытательных выпрямленных напряжений зависят от времени эксплуатации и технического состояния кабеля. Следует отметить, что в настоящее время нет единой точки зрения на уровень испытательного выпрямленного напряжения, поскольку после успешно проведенных испытаний мы можем нанести в виде остаточных явлений «травму» СПЭ-изоляции и тем самым способствовать снижению ее электрической прочности.

НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА

Нормативно-техническая документация (НТД) по кабельным линиям на основе кабелей с бумажной пропитанной изоляцией (КБПИ) имеет довольно хорошую проработку. Вместе с тем в силу относительной новизны разработка единой и гармонизированной с международными стандартами НТД для КПИ практически отсутствует, имеются лишь разрозненные инструкции различных предприятий-изготовителей по сооружению и эксплуатации КПИ, что влияет на надежность функционирования электросетевого комплекса напряжением до 35 кВ. Отрадно, что в настоящее время под эгидой ОАО РАО «ЕЭС России» при участии, в том числе и кафедры ТЭВН НГТУ начаты разработки стандартов организации «Силовые кабельные линии напряжением 0,4–35 кВ. Условия создания. Нормы и требования» и «Силовые кабельные линии напряжением 0,4–35 кВ. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования», которые устанавливают единые нормы и требования для КЛ среднего напряжения и обязательны для применения в электрических сетях ОАО РАО «ЕЭС России», научно-исследовательскими, проектными, ремонтными, строительно-монтажными и наладочными организациями.

Необходимость разработки этого стандарта обусловлена, во-первых, переходом кабельного производства в ближайшие несколько лет практически полностью на выпуск КПИ. Во-вторых, на базе отраслевых стандартов может быть разработан национальный стандарт по кабельным линиям, отсутствие которого способствует допуску в эксплуатацию кабелей ненадлежащего качества. Последний момент особенно важен, поскольку сертификация КПИ в России проводится не на соответствие национальному стандарту, а на соответствие ТУ предприятия-изготовителя по заявленным им параметрам.

ВЫВОДЫ

1. В условиях рыночных отношений, а также физического и морального износа отечественного кабельного парка одной из главных задач системы электроснабжения потребителей является сохранение ее устойчивого функционирования. Эта задача может быть решена при техническом перевооружении РКС на основе внедрения современных видов электрооборудования и кабелей нового поколения с улучшенными эксплуатационными и технико-экономическими показателями.

2. При поэтапном внедрении в РКС кабелей новых конструкций нельзя чисто механически подходить к замене кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на кабели с пластмассовой изоляцией. Повышение эксплуатационной надежности КПИ должно рассматриваться с позиций системного подхода, когда на стадии проектирования и эксплуатации новых и реконструкции существующих электросетевых объектов следует учитывать основные факторы, определяющие эксплуатационную надежность КПИ. В частности, необходимо обратить внимание на:

• оптимальный выбор режима заземления нейтрали;
• предотвращение возникновений в сети высокочастотных перенапряжений при коммутациях вакуумными выключателями;
• рациональный выбор способов прокладки КПИ и сечения экранов;
• необходимость комплексной диагностики технического состояния КПИ и выбор оптимальных (неразрушающих) параметров профилактических испытаний.

В заключение хотелось бы отметить, что основная цель статьи – высказать свою точку зрения на особенности проектирования и эксплуатации кабелей нового поколения при их внедрении в отечественные РКС, поскольку неверно принятые решения могут привести к повышению аварийности КПИ. Из-за ограниченного формата каждая из затронутых в статье проблем обозначена лишь в информативном плане и требует в дальнейшем более детального рассмотрения.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка сшитых кабельных марок полиэтилена можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок сшитых кабельных марок полиэтилена в России».

ЛИТЕРАТУРА

1. Кадомская К.П., Качесов В.Е., Лавров Ю.А., Овсянников А.Г., Сахно В.В. Диагностика и мониторинг кабельных сетей среднего напряжения // Электротехника. – 2000. – № 11.
2. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20, 35 кВ. Технические условия. ТУ 16.К71-335-2004. (ОАО ВНИИКП).
3. Кадомская К.П., Кандаков С.А., Лавров Ю.А. Подводные кабельные линии. Экологические аспекты проектирования // Новости ЭлектроТехники. – 2006. – № 4.
4. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Кандаков С.А. К вопросу об условиях прокладки кабелей с пластмассовой изоляцией в электрических сетях среднего напряжения // Новости ЭлектроТехники. – 2006. – № 6.
5. Инструкция по прокладке кабелей силовых с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20 и 35 кВ. RUKAB/ID 23-2-019 (ABB-Москабель).
6. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Хорошева О.М. Анализ эффективности мер по ограничению токов в экранах при коротких замыканиях высоковольтных кабелей с пластмассовой изоляцией // Электротехника. – 1988. – № 12.
7. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Хорошева О.М. Анализ величин токов, протекающих по экранам кабелей высокого напряжения с пластмассовой изоляцией в нормальных и аварийных режимах // Электротехника. – 1989. – № 1.
8. СО 34.45.-51.300-97 (РД 34.45-51.300-97) Объем и нормы испытаний электрооборудования. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002 г.

Юрий Лавров, к.т.н., заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений Новосибирского государственного технического университета

Особенности кабеля из сшитого полиэтилена

На мировом рынке кабель из сшитого полиэтилена появился в прошлом веке, в первой половине 1970-х годов. Компании, использующие данную технологию, успели получить большой запас опыта. Это относится к монтажу, испытаниям данной продукции и ко всем эксплуатационным моментам. На постсоветском пространстве кабель, выполненный по такой технологии, появился относительно недавно.

Преимущества кабеля из полиэтилена

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена имеет ряд преимуществ перед остальными. Именно поэтому он отлично зарекомендовал себя в странах СНГ.

Преимущества кабеля СПЭ:

  1. Сшитый полиэтилен намного лучше переносит высокие температуры. Это позволяет проводу оставаться холодным, что увеличивает пропускную способность. Также при подаче высокого напряжения изоляция не плавится (жила может довольно сильно раскалиться).
  2. Отлично переносит скачки напряжения и не портится при коротких замыканиях. Изоляция это выдерживает.
  3. Снижена стоимость готового изделия, так как не нужно применять стальной переплёт провода. Такую возможность даёт высокий показатель влагостойкости.
  4. Переносит сильное сгибание, что позволяет значительно уменьшить радиус поворота при монтаже электросети.
  5. Его не нужно прогревать при прокладке в условиях экстремально низких температур, потому что полиэтилен очень эластичный и гибкий. Такие характеристики и у изоляции.
  6. Благодаря гибкости и эластичности его можно проложить в одну электрическую сеть сразу на нескольких уровнях.
  7. Его просто монтировать в любых условиях, потому что сшитый полиэтиленовый кабель очень лёгкий, а его размер относительно небольшой.
  8. Сравнительная себестоимость низкая. Это возможно благодаря простоте в изготовлении.

На данный момент такой кабель применяется повсеместно. При прокладке новых линий электропередачи используют именно его.

Технология производства

Люди давно знали, что сшитый полиэтилен является отличным изоляционным материалом. Но полный потенциал данного изолятора раскрыли только недавно, так как технология применения в производстве провода была сильно недоработана.

Обычный термопластичный полиэтилен имеет множество недоработок и недостатков, если его использовать в производстве кабелей. Критическая температура — +85 градусов. На пороге +85 он начинает плавиться и изменять свою форму. Изоляционные свойства резко снижаются.

Сшитый полиэтилен не начинает деформироваться даже при +135 градусах. Термит «сшивка» в этой отрасли на самом деле обозначает вулканизацию, то есть нагрев до предельной для материала температуры. В структуре происходят связи на молекулярном уровне. Образуется сетка, благодаря которой у материала появляется термоустойчивость, повышенная прочность, а также повышенная электроизоляционная характеристика.

Виды вулканизации

На данный момент все мировые производители кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена используют два типа вулканизации. В каждом из них используется разный полимер для процесса термообработки.

Виды сшивки:

  1. Пероксидная сшивка очень часто используется в производстве. Пероксиды — основной компонент, используемый в процессе вулканизации обычного полиэтилена. Данную процедуру выполняют при очень высоких температурах от +300 до +400 градусов по Цельсию. Используемое давление — до 12 атмосфер. Это сухой способ сшивки. Кабель, полученный пероксидной вулканизацией, используют при строительстве линий электропередачи средней и высокой мощности. Предельное напряжение — 35 кВ.
  2. Во втором способе используется смесь, которая называется силан. Данная технология именуется силальной. В этом варианте температуры низкие — от 80 до 90 градусов. Также используется вода и водяной пар. Технические характеристики такого кабеля ниже. Используется для сетей с напряжением до 1 кВ.

Этот кабель имеет сложную конструкцию, в нём применяется многослойная изоляция. При соединении и подключении провод нужно разделать. Для этого потребуются специальные приспособления и инструменты.

Разделка кабеля

На рынке представлено большое количество инструмента от разных производителей. Но специалисты отдают первенство специальным съёмникам. Съёмник — это специальное устройство для быстрого и лёгкого снятия изоляционных слоёв. При этом жилы силового кабеля не повреждаются.

К разделке силового кабеля нужно относиться очень ответственно и скрупулёзно (чтобы не было никаких деформаций жил), так как эта конструкция состоит из многих слоёв. Иначе он может начать сильно перегреваться. В данном процессе используются два съёмника. Каждый из них предназначен для своей задачи. Первый снимает наружную изоляцию. Второй применяется для очистки самой жилы. У каждого инструмента можно менять лезвия. Также есть возможность выбирать глубину прорези.

В магазинах можно приобрести комплекты для разделки кабелей из сшитого полиэтилена. В них входят два съёмника, кромкорез (применяется для фаски провода), а также нож, который используется при обработке краёв жилы.

Технология испытаний

Независимо от вида кабеля, испытания должны проводиться в обязательном порядке. В процессе проверяется соответствие всех характеристик и свойств на соответствие нормам. Раньше такие испытания подразумевали пропуск тока, сила которого была в несколько раз больше, чем номинальная (примерно в 6 раз).

Этот метод отбросили, потому что в процессе поверки у ЛЭП снижались характеристики из-за слишком высокого напряжения. В особенности у тех, которые уже давно использовались и имели плохую изоляцию.

В настоящее время для испытаний используют другую технологию. Её ещё называют «щадящей». При этом методе используют напряжение, которое выше номинального всего в 3 раза. Но при этом частота тока равняется 0,1 Гц. Объёмные заряды не образуются при таких испытаниях. Благодаря этому, нет негативного воздействия на изоляционные слои.

Вопрос по СПЭ-кабелям , недостатки

Инструкция по прокладке силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Введение

Настоящая инструкция распространяется на технологический процесс монтажа кабельных линий (КЛ) с изоляцией из сшитого полиэтилена на открытом воздухе, по эстакадам и мостам.

Инструкция распространяется на монтажные операции, проводимые в любое время года.

Требования инструкции должны учитываться при составлении проектной документации на КЛ, а также при составлении проекта организации работ (ПОР) и проекта производства работ (ППР).

Монтаж КЛ должен выполняться в соответсвии с требованиями настоящей инструкции и действующих нормативных документов:

  • Правила устройства электроустановок (ПУЭ);
  • Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок;
  • Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей;
  • СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства».

Общие указания.

Прокладка КЛ (или ее участка) разрешается только при наличии согласованного проекта производства работ (ППР).

Прокладку КЛ должна выполнять специализированная монтажная организация, имеющая соответствующее кабелепрокладочное оборудование, специализированный инструмент, необходимый материал, а также квалифицированный персонал, прошедший обучение в фирме NEXANS и допушенный к проведению данных работ на основании соответсвующих сертификационных документов.

Хранение и транспортирование кабелей

Барабаны с кабелем надлежит хранить в соответствии с требованиями ГОСТ 18690-82, местной нормативно-технической документацией, а также инструкциями фирмы-изготовителя на конкретные типы кабеля.

Допускается хранение кабелей на барабанах в обшитом состоянии на открытых площадках (не под навесом) сроком не более 2 лет. При этом концы кабеля должны быть надежно герметически заделаны с помощью термоусаживаемых колпаков (капп).

При выполнении всех работ, связанных с транспортировкой и погрузкой/разгрузкой барабанов с кабелем, должны соблюдаться следующие правила:

— всегда используйте продольную брус-штангу (погрузочный брус, перекладина) для защиты фланцев;

— барабан должен подниматься, а не заталкиваться или закатываться;

— погрузка/разгрузка барабанов с кабелем должна производиться с помощью крана или грузоподъемника необходимой грузоподъемности с соблюдением соответствующих правил техники безопасности;

— в случае использования контейнера с открытым верхом барабаны необходимо загружать вертикально только в один ряд;

— каждый барабан должен быть закреплен отдельно;

— обратите внимание на безопасное распределение нагрузки в кузове грузового автомобиля, может потребоваться использование приспособления для равномерного распределения веса (так как фланцы имеют круглую форму, вся масса барабана давит на очень малую площадь);

— заказчику рекомендуется контролировать выполнение всех работ, связанных с погрузкой/разгрузкой и транспортировкой барабанов с кабелем;

— барабаны с кабелем должны храниться на горизонтальной площадке с твердым ровным покрытием (асфальт, бетон). По возможности, если предполагается, что прокладка кабеля будет проводиться в зимнее время, рекомендуется хранение кабеля на складе при положительной температуре;

— барабаны должны всегда располагаться в вертикальном положении;

— устанавливайте страховочные клинья только в области фланцев барабанов;

— не прикладывайте усилий к деревянной обшивке барабана;

— запрещается проводить разгрузку барабанов путем сбрасывания их с автомобиля или других транспортных средств.

Кабельная арматура должна храниться строго при плюсовой температуре, в летний период под навесом. Запрещается вскрывать тару в отсутствии представителя поставщика или шеф-инженера.

Монтаж кабельной линии.

Условия проведения монтажа кабельной линии .

Монтажные работы условно можно подразделить на две части: прокладка кабеля и монтаж кабельной арматуры.

Представленные ниже цифры представляют собой предельные значения, превышать которые запрещено как по отношению к верхнему пределу, так и по отношению к нижнему пределу. В случае, если величина не может попасть в заданные границы, дальнейший монтаж может быть продолжен только с разрешения технического отдела фирмы производителя.

Прокладка кабеля.

Температура прокладки.

Под температурой прокладки следует понимать температуру оболочки кабеля, а не окружающего воздуха.

Верхнее допустимое значение температуры: +50 0 С.

Нижнее допустимое значение температуры: -20 0 С (для кабеля с оболочкой из полиэтилена); -5 0 С (для кабеля с ПВХ оболочкой). Если в течении суток до прокладки кабель находился на открытом воздухе, а температура опускалась ниже –20 0 С, то прокладка разрешается только после предварительного прогрева кабеля.

После предварительного прогрева прокладку кабеля осуществлять: при температуре воздуха до – 15 0 С за время не более 1,5 часов; при температуре воздуха в диапазоне от – 15 0 С до – 25 0 С за время не более 1 часа. Не рекомендуется проводить работы по прокладке кабеля при температурах ниже – 25 0 С. Запрещены работы по прокладке кабеля при температурах окружающего воздуха ниже – 40 0 С.

Предварительный прогрев кабеля осуществлять внутри обогреваемых помещений с окружающей средой до + 40 0 С, либо в тепляках или палатках с горелками инфракрасного излучения или с обогревом воздуходувками (при температуре до + 40 0 С).

Продолжительность прогрева кабеля на барабанах в теплом помещении или тепляках выбирать в соответствии с приведенной ниже таблицей.

Температура воздуха в помещении, 0 С + 5 — + 10 + 10 — + 25 + 25 — + 40
Продолжительность прогрева кабеля, не менее 3 суток 1 сутки 18 часов

Для кабелей большого сечения кабеля и необходимости пропускания высоких токов для прогрева, не рекомендуется способ предварительного прогрева электрическим током. При невозможности обеспечения иного способа предварительного прогрева иначе как электрическим током, проводить обязательное согласование величины токов и времени прогрева с шеф-инженером фирмы NEXANS.

Радиусы изгиба.

Во время прокладки кабеля радиусы его изгиба не должны превышать 15хD, где D – это диаметр кабеля по его внешней оболочке.

Однако, при однократном изгибе, например, перед запаянными концами кабеля, указанный радиус изгиба может быть уменьшен не более, чем на половину по решению специалиста фирмы-изготовителя, используя, например, изгиб по шаблону при нагреве до температуры +30 0 С.

Тяжение кабеля.

Тяжение кабеля должно осуществляться с помощью концевого захвата (кабельного чулка), закрепленного на оболочке кабеля, или за жилу кабеля.

Ожидаемое усилие тяжения кабеля (Р) необходимо рассчитывать для длины каждого участка сразу же после определения мест соединения и трассы прокладки.

Максимально допустимое усилие тяжения:

Р= 50 Н/мм 2 ×А для медных жил,

Р= 30 Н/мм 2 ×А для алюминиевых жил,

где А – площадь поперечного сечения жилы кабеля, в мм 2 .

Величина Р1 зависит от многих факторов, которые трудно поддаются оценке. По опыту известно, что величина Р1 находится в диапазоне

от 1000 до 3000 Н.

Более точно усилие Р1 может быть определено путем тяжения кабеля с барабана вручную. В этом случае величина Р1 приблизительно равна 800 Н на человека.

Тяжение кабеля на прямом участке трассы.

Усилие тяжения Р2 определяется по формуле:

где g – удельный вес кабеля;

l – длина участка кабельной линии от точки А до точки В;

m — коэффициент трения, значение которого берется из таблицы:

Коэффициент трения m
ПВХ кабелепровод ПЭ кабелепровод
Сухой Влажный Смазанный Сухой Влажный Смазанный
Кабель с ПЭ изоляцией 0,35

0,45

0,3

0,35

0,1

0,25

0,3

0,35

0,2

0,3

0,1

Тяжение кабеля при прохождении изгибов трассы.

Усилие натяжения при прохождении кабелем углов увеличивается и определяется по формуле:

a — угол изгиба, рад.

Боковое давление на кабель.

На изгибах кабель испытывает боковое воздействие от угловых роликов или труб (Z), которое не должно вызывать деформацию кабеля:

где r – радиус изгиба, м.

Необходимо обеспечить выполнение следующих условий прокладки:

  • для угловых роликов Zmax=1800 H/ ролик ;
  • для труб Zmax=1500 H/ м.

Все усилия тяжения должны быть рассчитаны при проектировании линии и учтены при заказе строительных длин на заводе-изготовителе.

Кабели должны быть уложены с запасом по длине, достаточным для компенсации возможных температурных деформаций самих кабелей и конструкций, по ко­торым они проложены. При этом укладывать запас кабеля в виде колец (витков) запрещается.

Параметры прокладки кабельной линии определяются в соответствии с ПУЭ при проектировании кабельной линии. При прокладке кабельной линии кабели трех фаз должны прокладываться параллельно и располагаться треугольником или в одной плоскости. Другие способы расположения должны быть согласованы с предприятием-изготовителем кабеля.

При параллельной прокладке кабелей в плоскости расстояние по горизонтали в свету между отдельными кабелями линии должно быть не менее вели­чины наружного диаметра прокладываемого кабеля.

Отдельные кабели, не связанные в треугольник, должны прокладываться так, чтобы во­круг каждого из них не было замкнутых металлических контуров из магнитных материалов. В связи с этим, запрещается использование магнитных материалов для бандажей, крепежных или иных изделий (скоб, хомутов, манжет, экранов), охватывающих кабель по замкнутому контуру. Бирки на кабель рекомендуется крепить капроновыми, пластмассовыми нитями или проволо­ками из немагнитных металлов (например, из меди).

Эстакады и другие места трассы перед прокладкой кабеля должны быть осмотрены для выявления веществ или мусора, отрицательно действующих на полиэтиленовую оболочку кабеля, в том числе:

  • места, загрязненные нефтяными маслами с высоким содержанием ароматических углеводо­родов (в том числе, кабельными и трансформаторными маслами) или другими веществами;
  • шлак или строительный мусор.

Условия прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях

При прокладке кабелей на воздухе по эстакадам и мостам расстояния между опорными конструкциями выбираются в соответствии с проектом и требованиями ПУЭ. Металлоконструкции, на которые укладываются кабели, должны быть выполнены таким образом, чтобы исключить возможность повреждения оболочек кабелей острыми краями, заусенцами и пр.

При монтаже соединительных муфт необходи­мо установить отдельные полки на опорной конструкции для каждой муфты.

Кабели, прокладываемые горизонтально по конструкциям, стенам, перекрытиям, фермам и т.п., следует жестко закреплять в конечных точках, непосредственно у концевых муфт, на по­воротах трассы (с обеих сторон изгиба на расстоянии не более 0,5 м) и у соединительных муфт с шагом не более 1 м. По трассе кабель необходимо закреплять с шагом не более 5 м.

Кабели, проложенные горизонтально по конструкциям на открытых эстакадах, кроме креп­ления в местах, указанных выше, должны быть дополнительно закреплены во избежание сме­щения под действием ветровых нагрузок на прямых горизонтальных участках трассы в соот­ветствии с указаниями, приведенными в проектной документации.

При укладке кабелей на консоли кабели должны быть закреплены на каждой консоли. Рас­стояние между консолями должно быть не более 1 м, полезная длина консоли на прямых участ­ках трассы — не более 500 мм.

Кабели, прокладываемые вертикально по конструкциям и стенам, должны быть закрепле­ны на каждой кабельной конструкции. Крепление кабелей должно быть выполнено таким обра­зом, чтобы была предотвращена деформация оболочек и не нарушались соединения жил в муф­тах под действием собственного веса кабеля. Места креплений определяются на этапе проектирова­ния.

В местах жесткого крепления кабелей на конструкциях должны быть проложены прокладки из эластичного материала (например, мягкая резина, неопрен). Прокладки должны выступать за края хомутов или скоб по ширине приблизительно на 5 мм.

Кабели внутри помещений и снаружи для предотвращения возможных механических поврежде­ний (передвижение автотранспорта, грузов и механизмов, доступность для неквалифицированного персонала), должны быть защищены до безопасной высоты, но не менее 2 м от уровня земли или пола и на глубине 0,3 м в земле.

Вводы кабелей в здания, кабельные сооружения и другие помещения должны быть выполнены в асбоцементных, бетонных, керамических или пластмассовых трубах. Концы труб должны выступать в траншею из стены здания или фундамента (при наличии отмостки — за ли­нию последней) не менее чем на 0,6 м, и иметь уклон в сторону траншеи.

При прокладке кабеля на воздухе по эстакадам и мостам должен учитываться возможный нагрев от солнечного света. Рекомендуется для улучшения условий эксплуатации кабеля предусматривать солнцезащитный экран.

Требования к приемке трассы под прокладку.

Перед началом прокладки кабеля трасса (участок трассы длиной не менее строительной) должна быть принята от строительно-монтажной организации по акту. Приемку трассы должны производить представители заказчика, монтажной и шефмонтажной организаций, а также иной организации, осуществляющей надзор за прокладкой.

При приемке трассы необходимо обратить особое внимание на соответствие её проектной документации и требованиям настоящей инструкции. Не допускается осуществление приемки трассы, не отвечающей положениям проекта.

До прокладки кабеля должны быть:

а) установлены опорные стойки для концевых муфт (если осуществляется приемка трассы с концевыми участками);

б) выполнены пересечения с инженерными коммуникациями;

в) подготовлены проходы для вводов в здания через фундаменты, стены, и в них вставлены трубы, перед трубами со стороны барабана с кабелем сделаны приямки глубиной 50-100 мм;

г) смонтированы опорные конструкции, предусмотренные проек­том.

Согласно ППР должны быть выполнены и тщательно спланированы площадки для уста­новки барабанов с кабелем и тяговой лебедки. Барабаны с кабелем и лебедка должны устанавливаться, по возможности, соосно с крайними частями трассы (участка трассы). При установке стоек под барабаны и лебедки требуется неукоснительно следовать соответствующим инструкциям по работе со стойками и по работе с кабелепрокладочной лебедкой.

Используемое во время прокладки оборудование должно быть исправно. Тяговая лебедка должна иметь исправно работающее пишущее устройство, позволяющее оценивать усилие тяжения кабеля, устройство, автоматически отключающее лебедку при превышении усилия тяжения допустимого значения.

Подготовительные работы перед прокладкой кабеля

Произвести внешний осмотр барабанов с кабелем, подлежащих прокладке. Убедиться в том, что обшивка барабанов не нарушена и не повреждена механическая защита внешнего конца кабеля.

Привести и установить на трассе барабаны с кабелем, механизмы и приспособления для прокладки в соответствии с ППР.

Барабаны с кабелем установить на стойки так, чтобы при размотке конец кабеля сходил сверху барабана. Закладные втулки барабанов должны быть плотно посажены (закреплены) в теле барабана.

На участке трассы между барабанами и лебедкой установить ролики так, чтобы при протяжке кабель не провисал и не касался подсыпки. Расстояние между роликами на прямолинейных участках должно быть не более 4 м. На поворотах трассы должны быть установлены угловые ролики, обеспечи­вающие плавный поворот кабеля с радиусом изгиба не менее 15 D, где D-наружный диаметр кабеля.

Ролики не должны иметь острых граней и заусенцев, которые могут повредить наружный покров кабеля. В местах поворота трассы установить и надежно закрепить угловые ролики. Оси роликов должны быть тщательно смазаны смазкой, ролики должны свободно и легко вращаться.

При прокладке кабеля в блоках, в тоннеле необходимо установить по трассе согласно ППР ролики (угловые, направляющие, ролики для троса и т:д.) и другое оборудование, необходимое для установки роликов и направления кабеля (распорные крепления, обводные устройства, во­ронки и т.д.).

Для обеспечения плавного спуска кабеля у барабана установить направляющие ролики, ширина первого из них должна быть не менее ширины барабана.

На торце асбоцементных, полиэтиленовых или керамических труб в переходах установить входные воронки или специальные направляющие ролики. Для предотвращения образования острых кромок от прохода троса на выходах из труб установить специальные направляющие ролики.

Установить тяговое устройство (лебедку) у конца трассы.

Установить телефонную или УКВ связь между местами расположения барабанов, лебедки, поворотов, перегородок и переходов трассы.

Установить барабан с кабелем на стойки, снять обшив­ку, вытащить из щек барабанов гвозди и скобы, которые могут повредить кабель при протяжке.

Проверить крепление нижнего (внутреннего) конца кабеля и, при необходимости, закрепить его дополни­тельно.

Установить тормозное устройство для регулирования скорости вращения барабана при протяжке (для предотвращения инерционного раскручивания барабана).

При подготовке к тяжению проволочным чулком или концевым захватом необходимо проволочный чулок или захват закреплять так, чтобы не повредить защитную капу на конце кабеля.

Прокладка кабеля

Общие требования

Способ прокладки определяется при составлении ППР с учётом требований ПУЭ, другой нормативно-технической документации и инструкций фирмы – изготовителя кабельной продукции. В случае, если при прокладке предусмотрен шефнадзор, решения представителя шеф-монтажной организации, связанные с прокладкой, являются обязательными к исполнению.

В случае, если усилие тяжения превышает допустимую величину, то необходимо прекратить прокладку и проверить правильность установки и исправность роликов, натяжение ка­ната по трассе, в переходах и на углах поворота, наличие смазки в трубах, а также про­верить возможность заклинивания кабеля в трубах.

Решение о возможности дальнейшей прокладки кабеля принимает представитель шеф-монтажной организации.

Скорость тяжения не должна превышать 30 м/мин и должна быть выбрана руководителем прокладки в зависимости от характера трассы, погодных условий, усилий тяжения такой, чтобы избежать любых повреждений кабеля и нарушений требований техники безопасности при его прокладке.

Расстановка рабочих у механизмов и по трассе прокладки, устройство связи между ними и руководителем работ, должно определяться согласно ППР.

Примерная схема расстановки рабочих при прокладке кабеля:

— у барабана, на тормозе 2 человека;

— сход кабеля с барабана 1 человек;

— у места входа кабеля на эстакаду 1 человек;

— сопровождение конца кабеля 2 человека;

— на лебедке 2 человека;

— на каждом углу поворота 1 человек;

— на каждом проходе в трубах, 1 человек;

через перегородки или

перекрытия, у входа в камеру

— на прямых участках при необходимости.

Руководитель работ сопровождает движение конца кабеля по всей трассе.

Команда на включение лебедки дается только руководителем работ после расстановки рабочих и опробования связи. Команду на отключение лебедки «стоп» может дать любой, заметивший неполадки при протяжке.

Барабан с кабелем необходимо подтормаживать так, чтобы не было набегания, ослабления и провисания витков кабеля, но в то же время, не создавать чрезмерных усилий торможения. При ослаблении нижнего конца кабеля необходимо остановить протяжку, подтянуть или перезакрепить конец.

При входе кабеля на эстакаду необходимо следить, чтобы кабель сходил ровно по роликам, не соскальзывая с них и не соприкасаясь с трубами и стенками в проходах.

На входе в асбоцементную, керамическую или пластмассовую трубу необходимо следить за тем, чтобы не повреждалась оболочка кабеля о край трубы.

При повреждении оболочки кабеля необходимо:

  • срочно остановить прокладку;
  • осмотреть место повреждения при обязательном присутствии шеф-инженера (вопрос о необходимости ремонта оболочки кабеля до окончания его прокладки решает шеф-инженер);
  • составить акт о повреждении оболочки кабеля.

На углах поворота рабочим необходимо находиться с внешней стороны кабеля или кана­та, во избежание травмы или соскакивания кабеля и каната с роликов. Поправлять ролики, ка­нат или кабель руками во время протяжки запрещается.

Рабочий у лебедки следит за работой лебедки, контролирует усилие тяжения и по командам включает или выключает лебедку.

Сопровождающие конец кабеля должны следить за тем, чтобы кабель шел по роликам. при необходимости подправляют ролики, а также направляют конец кабеля. Браться за трос и конец кабеля руками запрещается. Для направления его необходимо использовать специальные крюки.

В конце прокладки необходимо вытянуть конец кабеля в сторону протягивания не менее, чем на 2 м. Окончательное решение о запасе кабеля принимает шеф-инженер. При опре­делении запаса следует учитывать, сколько кабеля осталось на барабане, с тем, чтобы после схода оставшегося конца кабеля с барабана его длины хватило для монтажа муфты.

Отсоединить канат тяговой лебедки, снять чулок (или захват). После снятия чулка проверить находившуюся под ним капу на конце кабеля. В случае повреждения калы, заменить поврежденную капу новой.

Для более надежной герметизации конца кабеля возможно использование двойного каппирования:

  • внутренняя капа осаживается на верхний электропроводящий слой по изоляции кабеля (герметизируется токопроводящая жила);
  • наружная капа осаживается на внутреннюю капу и оболочку кабеля.

Возможна также дополнительная герметизация жилы и прополочного экрана кабеля рас­плавленным битумом, который перед монтажом капы наносится на срез кабеля до полного его перекрытия.

Необходимость двойного копирования кабеля и дополнительной герметизации расплавлен­ным битумом определяется шеф-инженером.

При необходимости конец кабеля завести через предназначенное для этого отверстие в камеру, колодец, помещение, через перекрытие или в стойку концевой муфты. При этом требу­ется соблюдать допустимые радиусы изгиба кабеля. У отверстия, в которое заведен кабель, краской или маркером сделать надпись, в которой указать фазу и номер линии.

Снять кабель с роликов, уложить, связать и закрепить его по проекту.

В акте прокладки привести индивидуальный номер кабеля.

Испытания оболочки кабеля, ремонт оболочки

Испытания проводятся после полного монтажа всей кабельной линии или ее участка, но не менее одной строительной длины. С целью своевременного обнаружения возможных повреждений рекомендуется проводить также испытания оболочек сразу после прокладки строительных длин на участках между ко­лодцами или на отдельных участках кабельной линии с проложенным кабелем и смонтирован­ными муфтами.

Для проведения испытания необходимо иметь следующий инструмент:

  • генератор постоянного тока с выходным значением тока не менее 1 мА;
  • миллиамперметр со шкалой от 0 до 5 мА;
  • таймер;
  • заземляющее устройство (штырь).

При проведении испытания необходимо:

  • надежно заземлить все находящиеся поблизости от места испытания металлические предметы.
  • приподнять от земли один конец кабеля или трубы на высоту не менее 0,5 м.
  • подсоединить генератор одним зажимом к экрану или трубе, вторым зажимом к заземляющему устройству, используемому в процессе измерения, или к близрасположенному объекту, имеющему хороший заземляющий контур.
  • медленно поднимая напряжение на генераторе до 10 кВ, контролируется ток с помощью амперметра. Время поднятия напряжения не должно быть менее 1 мин.
  • результаты измерения заносятся в протокол (в протоколе записывается конечное значение тока).
  • по окончании измерения отсоединить генератор от кабеля и заземлить этот конец кабеля (экран) или трубы на 1-5 мин. для стекания заряда.

Во время проведения испытания следить за тем, чтобы никто из присутствующих на измерении и случайных людей не мог прикоснуться к оболочке кабеля на всем протяжении испытываемого участка.

Для кабелей, изготовленных более чем за год до прокладки, испытательное напряжение должно быть снижено до 5 кВ.

Описанные в данной Инструкции испытания должны проводиться специально обученным персоналом в присутствии шеф – инженера фирмы — изготовителя. Все спорные моменты во время испытания, а также любые отклонения от данной инструкции возможны только с разрешения шеф – инженера.

В случае, если оболочка кабеля не выдержала испытаний, должно быть определено и открыто для осмотра место повреждения оболочки.

Осмотр дефекта должен производиться при обязательном присутствии представителя фирмы — изготовителя с составлением соответствующего акта. Вопрос о возможности ремонта оболочки кабеля и других элементов конст­рукции кабеля решает шеф- инженер или иной представитель фирмы – изготовителя кабеля.

Ремонт оболочки кабеля должен производиться обученным персоналом в присутствии представителя фирмы-изготовителя кабеля. В случае повреждения под оболочкой экрана и электропроводя­щего слоя по изоляции возможность ремонта кабеля и дальнейшего его использования должна быть определена представителем предприятия-изготовителя кабеля.

После проведения ремонтных работ в кабельный журнал необходимо занести данные о ремонте, а именно:

  • наименование кабельной линии;
  • дата проведения ремонта;
  • наименование монтажной организации и фамилии монтажников;
  • расположение дефектного места на трассе с указанием номера кабеля и метража;
  • эскиз места ремонта с указанием расположения строительных длин;
  • описание дефекта и проведенных ремонтных работ.

После ремонта необходимо провести повторные испытания оболочки кабеля.

Если при испытаниях оболочек кабелей были вскрыты концы кабелей, закрытые капами, то после проведения испытаний на данных концах должны быть сразу же смонтированы новые капы.

Монтаж муфт.

По окончании прокладки кабеля и последующего испытания оболочки проводится монтаж всех видов муфт, предусмотренных проектом.

Монтаж должна осуществлять специализированная монтажная организация, имеющая соответствующее оборудование, специализированный инструмент, необходимый материал, а также квалифицированный персонал, прошедший обучение в фирме-поставщике кабельной арматуры и допушенный к проведению данных работ на основании соответсвующих сертификационных документов.

При проведении монтажа муфт обязательным условием является наличие шеф-инженера фирмы – поставщика кабельной арматуры.

Правила безопасности при монтаже кабеля

При проведении погрузочно-разгрузочных работ, транспортировке, прокладке кабелей и монтаже муфт необходимо выполнять правила техники безопасности согласно требованиям следующих нор­мативных документов:

а) СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве» (с изменениями и дополнения­ми);

б) «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок», М.. Энергоатомиздат. 1987;

в) «Правила безопасности при работе с инструментом и принадлежностями», М., Энерго­атомиздат, 1988;

г) «Правила пожарной безопасности для энергетических предприятий» ВППБ-01-02-95 (РД-34-03-301-95);

д) «Правила пожарной безопасности при производстве строительно-монтажных работ»

е) «Правила пожарной безопасности в Российской Федерации» ППБ-01-03.

В случаях, когда монтаж соединений провода заземления должен производиться в услови­ях, не предусмотренных указанными выше правилами, должны быть разработаны и утвержде­ны дополнительные меры безопасности в проекте производства работ.

При работах, связанных с монтажом кабеля необходимо неукоснительно выполнять правила техники безопасности, приведенные в настоящей Инструкции, а также в специализированных инструкциях для кабельной арматуры.

Сопутствующая документация

а) СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства»;

б) «Правила устройства электроустановок», Главгосэнсргонадзор России, М.. 2000;

в) ТУ 16.К71-300-2000 «Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена»;

г) «Инструкция по прокладке кабелей напряжением до 110 кВ». концерн «Электромонтаж», М.,1992;

с) ГОСТ 18690-82 «Кабели, провода, шнуры и кабельная арматура. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение»;

ж) ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для раз­личных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспорти­рования в части воздействия климатических факторов внешней среды».

«Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена»

Мировые тенденции развития кабельных энергораспределительных сетей среднего напряжения в течение последних десятилетий направлены на внедрение кабелей с теплостойкой экструдированной изоляцией (сшитый полиэтилен и этилен-пропиленовая резина) и замену ими кабелей с бумажной пропитанной изоляцией. В настоящее время в промышленно развитых странах Европы и Америки практически 100% рынка силовых кабелей занимают кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Переход от кабелей с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ) к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ), связан со всё возрастающими требованиями эксплуатирующих организаций к техническим параметрам кабелей. В этом отношении преимущества кабелей из СПЭ очевидны.

Перечислим только некоторые из них:
— высокая пропускная способность
— низкий вес, меньший диаметр и радиус изгиба
— низкая повреждаемость
— полиэтиленовая изоляция обладает малой плотностью, малыми значениями относительной диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь
— прокладка на сложных трассах
— монтаж без использования специального оборудования
— значительное снижение себестоимости прокладки.

Применение данных кабелей по сравнению с традиционными в поливинилхлоридной изоляции позволяет:
— использовать жилы меньшего сечения для передачи равного потока;
— увеличить длительно допустимую температуру нагрева жил кабелей до 90 °С;
— увеличить длительно допустимую температуру нагрева жил кабелей при коротком замыкании до 250 °С.

Своими уникальными свойствами кабели с изоляцией из СПЭ обязаны применяемому изоляционному материалу. Полиэтилен в настоящее время является одним из наиболее применяемых изоляционных материалов при производстве кабелей. Но изначально термопластичному полиэтилену присущи серьезные недостатки, главным из которых является резкое ухудшение механических свойств при температурах, близких к температуре плавления. Решением этой проблемы стало применение сшитого полиэтилена.

Термин «сшивка» подразумевает обработку полиэтилена на молекулярном уровне. Поперечные связи, образующиеся в процессе сшивки между макромолекулами полиэтилена, создают трехмерную структуру, которая и определяет высокие электрические и механические характеристики материала, меньшую гигроскопичность, больший диапазон рабочих температур.

Конструкция кабелей с изоляцией из СПЭ значительно отличается от традиционных кабелей с бумажной изоляцией. Кабели выпускаются с многопроволочной круглой медной или алюминиевой жилой, а применение различных типов оболочек и возможность герметизации позволяет использовать кабель как для прокладки в земле, так и для кабельных сооружений, в том числе при групповой прокладке.

При прокладке в земле применяется оболочка из полиэтилена высокой плотности, обеспечивающая необходимую защиту кабеля от механических повреждений, как при прокладке, так и в процессе эксплуатации. Если необходима герметизация экрана, используется два разделительных слоя водоблокирующих лент под и поверх медного экрана, накладываемых с перекрытием. При прокладке кабеля в кабельных сооружениях применяется оболочка из ПВХ-пластиката пониженной горючести.

По сумме факторов, кабели с изоляцией из СПЭ более надежны в эксплуатации, требуют меньших расходов на монтаж, реконструкцию и содержание кабельных линий. Это подтверждено почти сорокалетним опытом эксплуатации таких кабелей в большинстве промышленно развитых стран. Например, по данным зарубежных источников, процент электрических пробоев кабелей с изоляцией из СПЭ на два-три порядка меньше, чем у кабелей с БПИ.

Применение кабелей с изоляцией из СПЭ на напряжение 6-10 кВ позволяет решить многие проблемы по надежности электроснабжения, оптимизировать, а в некоторых случаях даже изменить традиционные схемы сетей Сейчас в США и Канаде доля кабелей с изоляцией из СПЭ составляет 85%, в Германии и Дании — 95%, а в Японии, Франции, Финляндии и Швеции в распределительных сетях среднего напряжения используется только кабель с изоляцией из СПЭ.

Кабели СПЭ

Ещё не так давно для работы в высоковольтных линиях применялись кабели в традиционной бумажной оболочке, идеально подходящие для передачи мощностей с напряжениями 6 и 10 Киловольт. Вместе с тем не прекращались поиски нового изоляционного материала, который должен был обладать значительно лучшими характеристиками и мог бы без особых проблем заменить прежний. Такое синтетическое вещество было вскоре найдено, а изделия на его основе стали называться «кабели из сшитого полиэтилена» (СПЭ).

Внешний вид изделий из СПЭ

К настоящему времени большинство промышленных и гражданских потребителей высоковольтной продукции полностью перестроились на кабели СПЭ, оптимально подходящие для передачи мощностей с напряжениями от 6-ти до 10 кв.

Преимущества сшитого полиэтилена

Повсеместное переоснащение трасс на кабели СПЭ обусловлено целым рядом их достоинств, одно из которых состоит в том, что сшитый полиэтилен более надёжен в эксплуатации. Помимо этого, при его применении достигается целый ряд преимуществ, а именно:

  • Существенно снижаются расходы на обслуживание и ремонт изделий;
  • Такая изоляция отличается низким показателем диэлектрических потерь, не превышающих 0,001;
  • Она имеет прекрасные прочностные характеристики и устойчива к деформациям;
  • Увеличены пропускная способность и коэффициент загруженности кабельных линий;
  • Снижена граница допустимых отрицательных температурных перепадов при укладке кабелей СПЭ без дополнительного подогрева;
  • Такая оболочка характеризуется малым коэффициентом влагопоглощения;
  • Благодаря СПЭ, удалость заметно снизить вес и диаметр кабеля, а также радиус его изгиба.

Указанные преимущества позволяют прокладывать кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена в траншеях, где уровни укладки имеют сравнительно большие значения.

Особенности конструкции

Варианты исполнения

Силовые кабели в полиэтиленовой защитной изоляции предназначаются для эксплуатации в линиях с действующими напряжениями 10-35 кВ (в сетях с различными типами заземлений). По своему конструктивному исполнению, а также по присущим им свойствам эти изделия соответствуют общепринятым в России нормам и требованиям.

К ним можно отнести ТУ 3530-001-42747015-2005 года, действующие совместно с техническими рекомендациями МЭК 60502-2.

Специфика конструкции кабелей СПЭ проявляется в следующих основных моментах:

  • Эти изделия могут выпускаться как в одножильном, так и в более сложном – трёхжильном исполнении;
  • Для получения нужного количества линий из трёх одножильных кабелей делается плотная скрутка, помещаемая в одну общую изоляцию;
  • Второе из этих исполнений предполагает выпуск готового трехжильного кабеля с общим металлизированным экраном в наружной бронированной оболочке.

Разновидности кабелей из СПЭ

Дополнительная информация. Из этих двух вариантов предпочтение чаще всего отдаётся первому (одножильное исполнение), поскольку в этом случае наблюдается выигрыш по техническим показателям и защитным свойствам.

К особенностям их конструкции также следует отнести:

  • Наличие специальных элементов герметизации, создающих надёжное препятствие на пути распространения влаги вдоль по токопроводящей жиле, а также в зоне металлической оболочки;
  • Присутствие в ней хорошо защищённого экрана, сплетённого на основе медных проволочек и имеющего оговорённые в стандартах сечения;
  • Длительные сроки службы этих изделий при соблюдении правил эксплуатации и хранения, составляющие не менее 30 лет.

Устройство

С вариантом конструктивного исполнения типового одножильного кабеля, рассчитанного на 10-35 кВ, можно ознакомиться на приводимом ниже рисунке.

Устройство одножильного кабеля

В его состав входят следующие обязательные элементы:

  • Алюминиевая, а иногда медная токопроводящая жила округлой формы, состоящая из большого количества уплотнённых проволочек (1);
  • Специальный экранный полупроводящий слой из СПЭ (2);
  • Изоляционная оболочка кабеля (3);
  • Экранная изоляция полупроводящая (4);
  • Отдельная прослойка из электропроводящей бумаги (5);
  • Оболочка-экран, набранная на основе медных проволок, поверх которых наложена лента из того же материала (6);
  • Промежуточный разделяющий слой из ткани с резиной (7);
  • Лента на основе полимера (8);
  • Наружная полиэтиленовая оболочка с повышенными прочностными показателями (9).

Добавим к этому, что нормируемая толщина кабельной изоляции зависит от величины рабочих напряжений, на которые рассчитывается продукция данного класса. Как правило, она указывается в ТУ на выпускаемое изделие.

Специфика применения и классы продукции

Кабели в защитной изоляционной оболочке из СПЭ, как правило, применяются в линейных электрических сетях, когда необходимо:

  • Обеспечить передачу на удалённые расстояния большой электрической мощности с высокой степенью надёжности;
  • Обустроить трассу, прокладываемую на участках со значительными перепадами по высотам;
  • Выполнить заданные требования по степени экологической защищённости и пожарной безопасности трассы прокладки.

В зависимости от своего назначения и условий применения кабели с СПЭ подразделяются на ряд классов, причём эта классификация проводится с учётом количества жил в каждом конкретном изделии. Так, одножильная кабельная продукция, общепринятая маркировка которой – «ПвП» и «АПвП», рекомендована к применению при прокладке в грунте. Её подвеска в воздухе и укладка в специальные короба открытого типа допускаются лишь при условии соблюдения дополнительных защитных мер, предохраняющих линию от пожара.

Обратите внимание! Все изделия тех же марок, но имеющие в обозначении индексы «г» и «2г», могут прокладываться как в земле, так и в воде при соблюдении специальных защитных мер, исключающих их деформацию.

В свою очередь, образцы кабельной продукции, имеющие обозначения «ПвПу» и «АПвПу», предназначаются специально для использования на сложных участках кабельных линий, содержащих:

  • Более четырёх изгибов с углом поворота свыше 30 градусов;
  • Участки трассы с прямыми пролётами, имеющие более четырёх кабельных переходов, уложенных в трубах свыше 20-ти метров в длину;
  • То же, но при наличии более двух трубных проходов общей длиной отрезка 40 метров или более.

Кабельные изделия таких известных марок, как «(А) ПвВнг-LS» и «(А) ПвПнг-HF», имеют своим назначением так называемую «групповую» прокладку в воздушных средах и кабельных коробах внутри помещений.

При этом, в зависимости от модификации и класса каждой конкретной модели, они предназначаются для эксплуатации в различных условиях задымлённости (плотности дыма), воздействия инертных газов и уровня перенапряжений.

Особенности включения по типу заземления

Эксплуатация кабельных изделий из СПЭ возможна в следующих условиях:

  • Включение их в сети по схеме с изолированной нейтралью;
  • То же, но с заземлённой нейтралью (ЗН);
  • Эксплуатация в условиях замыкания на землю одной из фаз (ОЗЗ).

Рассмотрим, при каких условиях допускается каждое их перечисленных выше включений:

  • Во-первых, при угрозе длительного воздействия на изоляцию предельных перенапряжений кабель может эксплуатироваться лишь при наличии системы автоматического отключения в режиме ОЗЗ;
  • Во-вторых, в отсутствие защитного отключения нельзя исключить возможность пробоя изоляции на отдельных участках с необходимостью их дальнейшего ремонта или замены;
  • В-третьих, наиболее благоприятные условия для эксплуатации кабельных изделий с СПЭ – включение по схеме с ЗН.

Важно! Последнее условие предполагает наличие систем релейной защиты, срабатывающих на отключение при КЗ на землю.

Используемый в таких схемах резистор должен иметь номинальное значение, которое выбирается обычно из следующих соображений. Протекающий через него ток (в точке КЗ на землю) не должен превышать величины фазной утечки наиболее мощного из всех кабельных присоединений.

Применение кабельной продукции из СПЭ в различных заземлённых передающих линиях возможно в тех случаях, если при ОЗЗ обеспечивается:

  • Величина перенапряжений не превышает допустимого нормативами уровня;
  • Возможные перенапряжения действуют в течение ограниченного времени или при условии, что такое воздействие осуществляется в переходном и установившемся режиме.

В заключительной части обзора отметим, что выбор конкретного вида кабельной продукции, соответствующей предполагаемым эксплуатационным режимам, осуществляется ещё на этапе проектирования. При этом особое внимание должно быть уделено соблюдению требований и методик, оговариваемых международным стандартом МЭК.

Они затрагивают такие важные технические характеристики кабельных изделий, какими являются их физико-механические параметры, а также возможность работы при низких температурах. В этих требованиях особо оговариваются минимально возможные радиусы изгиба и возможность защиты от высокочастотных э/м воздействий.

Что такое сшитый полиэтилен кабель

Прокладка новых электрических сетей в России или замена старых линий всё чаще осуществляется с использованием более дорогостоящих, но надёжных материалов. Таким является кабель из сшитого полиэтилена – пришедший на смену проводам с пропитано-бумажной или свинцовой защитой. Современные технологии позволили использовать пластик в качестве обмотки благодаря «сшивке» или «вулканизации». Обработка на макромолекулярном уровне позволяет сохранять все характеристики полиэтиленовой обмотки и значительно расширить диапазон температур до 130 С.

Преимущества

Полиэтиленовая защита силового кабеля по суммарным показателям более надёжна в любых условиях. Высокая стоимость окупается меньшими затратами на монтаж, реконструкцию и обслуживание, имеет более низкие диэлектрические потери – коэффициент составляет всего 0,001. История эксплуатации кабеля из сшитого полиэтилена насчитывает порядка 40 лет – за всё это время количество пробоев зарегистрировано на 50 % меньше, чем у аналогов с БПИ.

Среди других преимуществ:

  • хорошая влагостойкость, как следствие высокого качества герметизации;
  • устойчивость к повреждениям;
  • небольшой вес, сечение и радиус – всё это значительно упрощает монтаж на сложных участках;
    увеличена пропускная способность до 90 С; а при перегрузке — до 130 С;
  • при коротких замыканиях имеет более высокую допустимую термическую устойчивость – для кабеля из СПЭ это 250 С;
  • в пределах одной магистрали не ограничиваются уровни прокладки; экологическая безопасность продукции.
  • Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена наделён уникальными характеристиками как общего, так и индивидуального характера, в зависимости от метода изготовления.

Кабель из сшитого полиэтилена – это материал будущего, поэтому сегодня наблюдается массовый переход на использование этой продукции за рубежом и в России. Конечно, главное преимущество – это надёжность и отсутствие вреда для окружающей среды. В изделиях СПЭ отсутствуют жидкие включения, что позволяет обеспечивать прокладку линий абсолютно на любых объектах и осуществлять дальнейшую эксплуатацию практически без обслуживания.

Маркировка кабеля из сшитого полиэтилена

Приобретая кабель из сшитого полиэтилена необходимо учитывать цели, сферу, условия использования и способы укладки. Для идентификации используется маркировка – буквенные и цифровые обозначения помогут сориентироваться в широком ассортименте кабельной полиэтиленовой продукции. Буквенные сокращения «Пв» применяются для обозначения всех типов кабеля из СПЭ. Первая буква шифра обозначает материал жил – А – алюминий (при использовании меди буква не ставится).

Как пример: изделия АПвП означает алюминиевый кабель с изоляцией жил из сшитого полиэтилена с оболочкой из полиэтилена – на тип оболочки указывает последняя буква.

Области применения

Область применения кабеля из сшитого полипропилена практически не ограничена, но имеет чёткое разделение по типу изделий, мощности и монтажу:

  1. служат для прокладки линий в любом грунте, при условии, что есть защита от механических повреждений;
  2. используются для монтажа сетей под водой, в болотах, солончаках и на участках земли, где есть опасность электрокоррозии;
  3. применяются для укладки в местах, где не исключено механическое воздействие и (или) растягивание;
  4. эксплуатируются на участках трассы со сложным рисунком, в сырых или часто затапливаемых местах, а так же по воздуху.

Кроме того, кабель СПЭ выбирают для проведения электричества в производственные помещения и прокладки в кабельных сооружениях. Специальные типы изделий выпускаются как малогорючие, что позволяет эксплуатировать их в стационарных электроустановках, промышленных и общественных сооружениях. Везде, где действуют разрушающие газовоздушные среды.

Устройство и конструкция

Кабель из сшитого полиэтилена выпускается в одно- и трёхжильной конструкции, последняя используется для работы под напряжением до 35 кВ. Оптимальное устройство и надёжная герметизация обусловлены способом изготовления. Система состоит из нескольких слоёв в зависимости от исполнения.

В производстве кабельной продукции СПЭ используется радиационный метод, где вулканизация происходит путём воздействия гамма-лучами и химический способ, который, делится на два типа:

  • Силановая сшивка – когда изоляция накладывается на токопроводящую жилу в растворе солей кремниевой кислоты.
  • Пероксидная – это параллельный процесс сшивки и наложения изоляции при помощи перекиси дикумила.

Последний вариант обработки позволяет использовать силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена в подвальных помещениях, где есть насекомые или грызуны. При нарушении изолирующего покрытия появляется острый запах, который отпугивает вредителей.
Наружный диаметр и вес кабелей

Наружный диаметр кабеля из СПЭ зависит от внутреннего сечения жил, их типа и толщины защитного слоя. Для производства кабельной продукции из сшитого полиэтилена используются проводник круглого сечения и сектор. При одинаковом диаметре, изделия с алюминиевыми жилами легче медных. Для расчёта массы используются показатели веса 1 километра изделия.

Кабель из сшитого полиэтилена: варианты прокладки

Прокладка кабеля из сшитого полиэтилена осуществляется в грунтах различного типа, в кабельных объектах, туннелях и галереях, в блоках и трубах, по воздуху, воде и в помещениях. По стенам и кабельным шахтам или стволам. В зависимости от класса, изделия предназначены для использования в умеренном, холодном и тропическом климате, на высоте до 4 тыс. 300 м. над уровнем моря.

Кроме вышеперечисленных моментов, сфера использования включает в себя эстакады, мосты, пожароопасные и взрывоопасные зоны различных категорий. Кабель СПЭ рекомендован к монтажу для снабжения электроустановок и трасс любой конфигурации.

Ёмкость кабеля

Параметры ёмкости у кабелей СПЭ по средним показателям ниже на 17 % чем у изделий бумажно-масляной изоляцией. Например, для одножильного варианта с сечением 50-240 мм, ёмкость равна 0,23-0,41 мкФ/км. Использование продукции со сшитой изоляцией позволяет значительно снизить ёмкостные токи замыкания на землю.

Кабель СПЭ с ПВХ оболочкой

Силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена могут выпускаться с оболочкой из ПВХ. основное назначение этих изделий – транспортировка электричества в установках стационарного типа. Их отличает широкий диапазон эксплуатации. Рабочее напряжение составляет 0.66, 1.0 и 6,0 кВ, частотой 50 Гц. ПВХ защита позволяет эксплуатировать такие изделия во влажном и жарком климате, такие сети устойчивы к появлению и развитию плесени.

Линейка продукции с обозначением «НГ» и «НГ-LS» обладают повышенной пожаробезопасностью при групповой прокладке. Допустимая температура длительного нагрева составляет до +70 С, а возможность эксплуатации в аварийном режиме достигает 8 часов. За весь срок службы (30 лет) экстренные периоды ограничены сроком в 1000 часов.

Марки кабеля более 1 кВ

Кабель из сшитого полиэтилена чаще используется для прокладки магистралей более 1 кВ – на 6,10, 35,110 и более кВ.

Среди популярных марок таких изделий:

  • АПвП, ПвП – для укладки в грунт;
  • АПвПу, ПвПу – с повышенной защитой для трасс со сложной конфигурацией;
  • АПвПг, ПвПг – для монтажа в траншеях с повышенной влажностью;
  • АПвПуг-10 –трёхфазный кабель с усиленной оболочкой и герметизирующим слоем под экраном.

Особенностью кабеля СПЭ более 1 кВ является наличие специальных добавок в токопроводящий слой, защищающий жилу. В числе которых, в качестве полупроводника, используется сажа, которая позволяет выровнять электромагнитное поле и исключить появление частичных разрядов между жилой и изоляцией. Такой слой накладывается и поверх основной изоляции.

Нормы намоток кабелей на барабаны

Для хранения и транспортировки кабеля предназначены специальные барабаны, которые изготавливают из дерева и реже из металла, диаметром 1800, 2200, 2600, 3000 или 3200 мм. Максимальная длина кабеля сечением жилы 800 мм2 составляет 250 метров на деревянном барабане № 18; 500 метров на № 22 и 700 метров на металлической основе № 22. На таблице представлены показатели для барабанов №№ 26, 30 и 32.

Испытания силовых кабелей 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.

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.

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.

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.

Силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена

Первые кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена (с СПЭ-изоляцией) появились в 70-е годы. В 80-е годы были освоены кабельные линии с СПЭ-изоляцией на номинальные напряжения 225 и 275 кВ. В 90-е годы в работу были введены первые кабельные линии напряжением 500 кВ. С 1996 г. международный концерн АББ (Asea Brown Boveri) освоил производство кабелей с СПЭ-изоляцией в России на предприятии «АББ Москабель», где в настоящее время выпускаются кабели напряжением до 220 кВ включительно. Предприятие «Иркутск-кабель» освоило выпуск кабелей с СПЭ-изоляцией напряжением до 35 кВ включительно.
Сшитый полиэтилен идеально подходит для изоляции высоковольтных кабелей. По современной технологии процесс вулканизации (сшивки) полиэтиленовой изоляции производится химическим способом в среде нейтрального газа при давлении 800—900 кПа и температуре 285—400 °С. В результате химической реакции изменяется молекулярная структура полиэтилена и образуются новые межмолекулярные связи, что приводит к изменению электрических и механических свойств вещества. Необходимо подчеркнуть, что изоляция и электропроводящие экраны накладываются в процессе тройной экструзии, после чего происходит одновременная сшивка всех трех слоев. При высокой температуре сшивка происходит равномерно по всей толщине изоляции, что невозможно обеспечить при использовании альтернативной силановой сшивки, которая не предполагает применения высоких температуры и давления.
Преимущества усовершенствованной конструкции и современной технологии производства кабелей с СПЭ-изоляцией обусловили его повсеместное применение в развитых странах и заметное сокращение использования других типов кабеля. Например, среди кабелей среднего напряжения кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена занимают 80—85 % рынка в США и Канаде, 95 % — в Германии и Дании, 100 % — в Японии, Финляндии, Швеции и Франции.

Достоинства кабелей с СПЭ-изоляцией:
• больший, чем у других кабелей, диапазон рабочих температур, допустимая температура кабелей в нормальном режиме составляет 90 °С, в кратковременном режиме (протекание токов короткого замыкания) — 250 °С. Пропускная способность (допустимые токи нагрузки) увеличивается на 20—30 % путем увеличения допустимой температуры на жиле по сравнению с кабелями с бумажной изоляцией. При размещении одножильного кабеля в плоскости его нагрузочная способность возрастает еще на 5—10 %;
• прокладка и монтаж кабелей могут осуществляться при температуре до минус 15—20 °С без предварительного подогрева с радиу3м изгиба до 15 наружных диаметров, при однократном изгибе — до 7,5 наружного диаметра;
• экологическая безопасность. Отсутствие жидких включений обеспечивает 3хранение чистоты окружающей среды, что позволяет прокладывать кабель на любых объектах и эксплуатировать кабельные линии практически без технического обслуживания;
• высокий ток термической стойкости при коротких замыканиях, что особенно важно в случае, когда сечение кабеля выбрано только на основании номинального тока;
• небольшая масса, меньший диаметр и, соответственно, радиус изгиба, легкость прокладки как в кабельных сооружениях, так и в земле на сложных трассах;
• низкая повреждаемость кабеля с СПЭ-изоляцией (по зарубежным данным, процент электрических пробоев кабелей с СПЭ-изоляцией на два-три порядка ниже, чем кабелей с бумажной изоляцией);
• возможность прокладки на местности с большими наклонами, возвышенностями и на пересеченной местности, т. е. на трассах с большой разницей уровней, в вертикальных и наклонных коллекторах;
• отсутствие каких-либо жидких компонентов (масел) для усиления диэлектрических свойств изоляции и, как следствие, упрощение монтажного оборудования, что, таким образом, уменьшает время и снижает стоимость прокладки и монтажа;
• большая строительная длина (до 2000—4000 м) при использовании однофазного кабеля.
Кабели из сшитого полиэтилена выполняются одно- и трехфазными. Однофазные кабели имеют более высокую надежность вследствие:
• большего удаления фазных проводников один от другого, что практически исключает развитие замыкания на землю в междуфазное короткое замыкание;
• исключения трехфазных концевых и соединительных муфт, не отличающихся высокой надежностью и технологичностью;
• большой строительной длины кабелей, что позволяет уменьшить число соединительных муфт;
• более высокой стойкости линии из трех однофазных кабелей к огневым и механическим воздействиям.
К недостаткам следует отнести:
• громоздкое кабельное сооружение (три кабельных места вместо одного);
• невысокую термическую стойкость экрана при междуфазном коротком замыкании;
• необходимость фиксации кабелей по всей трассе.
В определенной степени преодолеть указанные недостатки позволяет прокладка кабелей в сотовых конструкциях. Такая прокладка исключает распространение огня по трассе, не допускает повреждений оболочек смежных фаз при пробое одной из них на экран, облегчает визуальное обнаружение места повреждения кабеля и его ремонт.

Пример обозначения кабеля АПвПг 1 x 240/35-10
Алюминиевая жила СПЭ-изоляция Оболочка из полиэтилена Герметизация экрана Число жил Сечение жил Сечение экрана Номинальное напряжение

Кабель из сшитого полиэтилена 0,4 – 1 кВ

На сайте «СпецЭлектро Групп» покупатели могут найти популярную на данный момент продукцию из сшитого полиэтилена. Есть несколько причин выросшего спроса — отличные характеристики полиэтилена при эксплуатации, низкая стоимость производства.

  • пропуская способность почти в 1,5 раза больше;
  • повышенная термическая стойкость, устойчивость к повреждениям;
  • срок службы около 50 лет;
  • низкая стоимость монтажа, меньшее время проведения работ;
  • СПЭ имеет меньший диаметр, чем БПИ;
  • максимальное напряжение для использования – 1 кВ;
  • возможность использования в широком диапазоне температур без ограничения высот прокладки.

Данный кабель благодаря изоляционному материалу более совершенен и надежен. Процесс обработки полиэтилена на молекулярном уровне проходит в условиях нейтрального газа при высокой температуре и давлении. Это гарантирует отсутствие воздушных включений. Кабель СПЭ производят в разных исполнениях и модификациях.

«СпецЭлектро Групп» готов предложить покупателям выгодные цены, гарантию качества товара. Более подробно можно уточнить, связавшись с консультантами, любым удобным способом. Оплата наличным, безналичным расчётом. Также на сайте вы можете ознакомиться с другими видами услуг, которые мы оказываем. Производство кабеля СПЭ занимает от одной до трех недель. Доставка осуществляется по Москве и Московской области от суток до трёх. Мы рады оказать любую посильную помощь при выборе кабеля и его доставке точно в указанные сроки.

Добавить комментарий