Так кто же должен обновлять ПУЭ?

В последние годы резко выросло использование высоковольтного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Российские заводы прочно освоили производство кабелей до 110 кВ, многие выпускают, пока ещё не в массовом порядке, кабель напряжением 220 и даже 300 кВ. Отечественные заводы производят или, во всяком случае, работают над выпуском соединительных муфт. В обозримо близком будущем использование кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена существенно увеличится — это веление времени. У многих уже вызывают удивление высоковольтные воздушные линии в городах, требующие соблюдения зон отчуждения, «съедающие» дорогую городскую землю.

Но вместе с широким использованием современных кабелей появились и новые типы аварий на них. Основными причинами аварий на современных кабельных линиях привычно считают дефекты в кабелях, муфтах, ошибки и небрежность в прокладке кабелей, механические повреждения в процессе эксплуатации и т.д. В это время учёные обеспокоены глубоким незнанием технического персонала, зачастую высокого ранга, тех электрических, магнитных, тепловых процессов, которые объективно происходят в кабелях и при их высоковольтных испытаниях и эксплуатации. Отсюда — необоснованные претензии к изготовителям кабельной продукции (которые тоже не знают этих процессов!) и взаимные обвинения при аварийных ситуациях.

— Фирудин Халилович, Вы — один из крупнейших учёных в энергетике, ученик и соратник академика Николая Николаевича Тиходеева, знаток электрических, магнитных и других процессов, происходящих в сетях, проводах, кабелях. Скажите, что Вас беспокоит сейчас в эксплуатации кабелей?

— Есть вещи, которые грозят катастрофами. А начало этих катастроф — в нашем пренебрежении довольно простыми вещами. Порядком в документах и регламентах! Всем известно, что ПУЭ — основной наш документ. А многие ли знают, что ПУЭ седьмой редакции, которые вышли частично кусками в 2003, 2004, 2005 годах, общая редакция вышла в 2005 или 2006 году, — это вчерашний день? Я свою часть, как один из составителей ПУЭ, написал в 1986 году, а вышли они в 2006 году, значит, двадцатилетней давности. За это время коренным образом изменилась энергетика, в основном элементная база, а это всё абсолютно не отразилось в редакции новых ПУЭ. Например, кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена. Это современные кабели, всюду с ними работают, организации приобретают, монтируют. Но как с ними работать, как уложить, как эксплуатировать, какие у них плюсы и минусы? Об этом многие не знают, потому что в ПУЭ вообще ничего не написано о кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена! В ПУЭ ещё старые кабели: маслонаполненные, резиновые, бумажно-масляные, в общем, что угодно есть, но о кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена — ни слова!

— Не может быть!

— Я впервые столкнулся с этим лет 15 назад, когда принимал участие в проектировании системы электроснабжения морского терминала в Усть-Луге. Учитывая наши не очень устойчивые отношения с белорусскими коллегами и литовцами, этот терминал снабжает жидкими и сухими грузами и военной техникой Калининградскую область.

— Но в перспективе это будет основной терминал?

— Уже стал, терминал построен. Пятнадцать лет назад мы впервые столкнулись с этими кабелями и решили ряд сложных и основополагающих для дальнейшей эксплуатации проблем. Результаты решения этих проблем, к сожалению, никуда не вошли, нигде не отражены. Я имею в виду ПУЭ новой редакции. Только сейчас у меня выйдет книга в «Энергоатомиздате», написанная совместно с профессором В. Гольдштейном из Самарского технического университета. Это всё там отразилось, правда, до класса напряжения 110 киловольт. А вот более высокие классы, хотя мы решали эти проблемы тоже, ждут научного изучения и регламентирования, размещения в ПУЭ!

Это — веление времени. Я верю, что в нашем прекрасном Санкт-Петербурге уберут воздушные линии, перейдут на кабельное исполнение. Конечно, это не дело, когда, например, рядом с моим домом проходят две двухцепные линии 330 кВ. И зона отчуждения 400 метров. Это в нашем городе, где даже для парков нет места. Сейчас я принимаю участие в работах «Роспроекта», который убирает воздушные линии и переходит к кабельным. В этом проекте мы тоже решаем ряд проблем.

— В чём же проблема? Надеюсь, небольшая лекция нашим читателям не повредит.

— Самое главное преимущество трёхфазного переменного тока состоит в том, что векторная сумма трёх токов и трёх напряжений равна нулю. В трёхфазных кабелях, которые были в одной оболочке, всё в порядке: все три фазы и сумма равна нулю. И магнитное поле равно нулю, и электрическое, тем более что внутри клетки Фарадея оболочка-то металлическая. А кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена в однофазном исполнении. Такая же конструкция была у финнов, французов, шведов, американцев, и, наконец, теперь её выпускают пять-шесть заводов в России, в частности, «Севкабель», «Таткабель», «Камкабель» и другие. Все они производят кабели однофазного исполнения. Это значит, что преимущество трёхфазного переменного тока мы потеряли. Каждый кабель рассматривается как самостоятельная величина. Имеет свою жилу и свою оболочку, то есть они взаимосвязаны могут быть только магнитным путём, а электрическим — нет, потому что каждая фаза имеет свою клетку Фарадея и поля не пересекаются. Это приводит к тому, что ток течёт по жиле к потребителю, а обратно должен вернуться по экрану, но не полностью. Были измерения в Санкт-Петербурге, которые показали, что часть тока замыкается через другие кабели, рельсы, трубопроводы, тросы линий электропередачи. По нашим данным, 70—80% возвращается по экрану, остальные 20—30% — по другим объектам. Любой кабель до перехода на сшитый полиэтилен испытывал тепло от трёх источников: это потери в жиле I2R, диэлектрика изоляции и окружающей среды. Если делать жилу такого же сечения, как и экран, кабель будет нетранспортабельный и очень тяжёлый. Я держал в руках 30 см кабеля 330 кВ. Еле-еле поднял его — он весит около 50 килограммов. Так что экран делают сечением в 6—8 раз меньше, чем жилы. Это значит, что при одинаковом удельном сопротивлении материалов — и там медь, и здесь медь — сопротивление экрана в 6—8 раз больше, чем жилы.

— И соответственно...

— Тепло, выделяемое экраном, больше, чем сумма трёх первоисточников. То есть у этих кабелей появляется четвёртый источник тепла. Если ничего не предпринимать, они должны гореть. Так и бывает. Меня неоднократно приглашали на аварии. Приезжаешь: металл есть, а изоляции нет — все сгорело. Когда по жиле течёт ток, он наводит в экране ЭДС. Поэтому по экрану, если заземлить, как требует ПУЭ (!), с обеих сторон, течёт ток, который будет выделять тепло, нарушит тепловой баланс и приведёт к пробою изоляции. У кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена преимущество состоит в том, что допустимая рабочая температура 90оС, а кратковременно до 3 часов эти кабели могут работать и при 120оС. И получается, что если всё делать по ПУЭ, то все кабели должны сгореть. Виновным является продольный ток в экране. Поэтому понятно: надо каким-то образом убрать этот ток, но как? Простейший способ — разорвать цепь тока. На это не пойдёт Энергонадзор. Если разорвать кабель хотя бы в одной точке, на его экране будет потенциал. Значит, люди, которые входят в кабельный канал либо на кабельный этаж на подстанциях, могут попасть под напряжение. Поэтому Энергонадзор это запрещает. Получается полная неопределённость: с одной стороны, опасность, с другой — кабель горит, если заземлить по ПУЭ. Что делать? Для того чтобы убрать этот продольный ток, рекомендуется независимо от класса напряжения — и это применяется уже многими энергетиками — делать транспозицию не жил, а экранов. То есть экран «фазы А» переходит в экран «фазы B», экран «фазы B» — в экран «фазы C» и потом возвращается «С» к « А». Причём это делается неоднократно в зависимости от длины кабеля.

— Каким образом это делается?

— С помощью специальных транспозиционных муфт, которые раньше использовались только немецкого производства, но, слава Богу, наша промышленность развивается, и сейчас мы изготавливаем эти муфты в России. Муфты не очень дороги по сравнению со стоимостью основного кабеля и нужны примерно через каждые полкилометра. Поменяв местами экраны, возвращается основное преимущество трёхфазного переменного тока — три тока суммируются и в итоге дают ноль. Это основной способ — транспозиция экранов кабелей.

Есть и второй возможный путь, но не оптимальный. К экранам однофазных кабелей подключают трансформаторы нулевой последовательности — обыкновенный силовой трансформатор, первичная обмотка которого рассчитывается на напряжение, наведённое на экране, и на ток экрана. Правда, эти трансформаторы должны быть изготовлены по спецзаказу. Так вот, первичная обмотка собирается в звезду и заземляется, а вторичная обмотка образует треугольник. То есть треугольник суммирует все три тока и опять всё равно нулю. Но это обыкновенные силовые трансформаторы, по мощности может быть несколько десятков и даже сотен кВА. Все зависит от класса напряжения. А куда их ставить? Вы их в кабельном лотке не устроите. В городе, на улице, нужно соблюдать при их установке мероприятия по технике безопасности.

— И потом они требуют обслуживания.

— В том-то и дело. А поставить их только по концам — это проблему не решит. Ведь трансформаторы тоже надо устанавливать на определённых расстояниях друг от друга. Поэтому всюду в проектах, в которых я принимал участие, рекомендую в первую очередь транспозицию, а во вторую, если линия не очень большой длины, — установку трансформаторов в концах линии.

— Что дешевле получается?

— Дешевле получается транспозиция.

— Тогда какой смысл заниматься трансформаторами?

— Видите ли, всегда должна быть альтернатива. Есть ещё серьёзная проблема у кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Обыкновенные кабели испытывают постоянным током, постоянным напряжением. А если на кабель с изоляцией из СПЭ подать постоянное напряжение, мы повлияем на структуру сшитого полиэтилена. Это повлечёт за собой снижение электрической прочности изоляции и приведёт к авариям. Например, главный инженер Кубаньэнерго рассказывал: «В Сочи проложили пять кабелей 110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. Пять умножаем на три, получаем 15 кабелей, три фазы. Девять испытали, то есть три кабеля трёхфазных, а два не испытали. Испытанные кабели в течение месяца вышли из строя, а неиспытанные живут и здравствуют до сих пор».

Так чем же их испытывать? Постоянным током нельзя, переменным с частотой 50 Гц — очень сложно. Поэтому коллеги из Германии испытывают частотой 0,1 Гц. Это специальные испытательные установки. Ток и не постоянный и не переменный, это что-то среднее, но зато можно испытать кабели таким напряжением. Раньше мы покупали эти испытательные стенды в Германии. Одна установка — пять миллионов рублей. Конечно, по сравнению со стоимостью кабеля это копейки, но всё-таки, как бы ни было, я сторонник того, что в России должно быть своё электротехническое оборудование. И сегодня наши заводы уже выпускают такие испытательные установки — и «Севкабель», и «Таткабель», и «Москабель». А вот то, что всё это не отразилось в ПУЭ, заводы не знают либо не хотят знать. И не выпускают специальных инструкций, чтобы все знали, о чём идёт речь. Поэтому сплошь и рядом эти кабели горят, если всё делать согласно ПУЭ. А в результате обвиняют производителей в низком качестве кабелей!

— От кого зависит обновление ПУЭ и издание соответствующих требований?

— Раньше за это отвечало РАО ЕЭС, потом ФСК ЕЭС, сейчас ОАО «Россети». Я у себя в Санкт-Петербургском политехническом университете года два тому назад собрал семинар, на котором рассматривались другие вопросы, такие, как молниезащита, защита от коммутационных перенапряжений. Решение этих вопросов устарело, и мы написали письмо в Академию электротехнических наук РФ, членом которой я являюсь...

— Вы связывались с генеральным директором ОАО «Россети» Олегом Бударгиным?

— Нет, мы пытались это всё делать через Академию электротехнических наук РФ.

— Хорошо, давайте будем считать, что этот материал есть ваше официальное обращение к руководству «Россетей».

— Было бы замечательно, если бы там нас выслушали.