Кабельно-проводниковая продукция и аксессуары

Кабели среднего напряжения: сшитый полиэтилен или бумага?

В настоящее время в России возрос интерес потребителей к новым кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ, XLPE), которые в недалёком будущем заменят кабели с бумажно-пропитанной (БПИ) и поливинилхлоридной (ПВХ) изоляцией. Предприятия, имеющие такие кабельные линии, высоко оценили эксплуатационные преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Многие российские производители уже модернизировали свои технологии и наладили производство подобных кабелей для отечественных потребителей.

Это объясняется такими важными преимуществами кабелей с изоляцией из СПЭ, как:

  • существенно меньшая повреждаемость при прокладке, что в настоящее время является основной причиной отказов кабельных линий (КЛ);
  • большая пропускная способность кабеля, достигнутая за счёт увеличения допустимой температуры жилы (в зависимости от условий прокладки допустимые нагрузочные токи на 15—25% выше, чем у кабелей с бумажной изоляцией):
    • длительная нагрузка — 90 вместо 70°С;
    • при перегрузке — 130 вместо 90°С;
  • при коротком замыкании обеспечивается больший ток термической устойчивости (250 вместо 200°С);
  • высокая устойчивость к влаге, при этом отпадает необходимость в металлической оболочке;
  • изоляционные электрические характеристики выше, а диэлектрические потери ниже (коэффициент диэлектрических потерь равен 0,001 вместо 0,008);
  • меньше допустимый радиус изгиба кабеля;
  • поскольку для изоляции и оболочки применяются полимерные материалы, то для прокладки кабелей при температуре -20°С его предварительный подогрев не требуется (допустимая температура прокладки кабеля -20°С вместо 0°С);
  • неограниченные возможности по прокладке кабелей на трассах с любой разностью уровней;
  • кабель с изоляцией из СПЭ имеет меньшие габариты и массу — в результате его прокладка, как в кабельных сооружениях, так и в грунте на сложных трассах, становится легче;
  • более экологичный монтаж и эксплуатация (отсутствие свинца, масла, битума);
  • более дешёвая эксплуатация кабеля (ниже затраты на персонал, обслуживающий сеть).

Кабели с бумажно-пропитанной изоляцией, несмотря на достаточно высокие и стабильные электрические характеристики, имеют ряд недостатков:

  • технология изготовления кабеля сложна и трудоёмка;
  • кабель имеет ограничения при вертикальной прокладке, так как наблюдается стекание пропиточного состава;
  • конструкция кабеля довольно тяжёлая, так как её обязательным элементом является металлическая оболочка, которая защищает пропитанную бумагу, теряющую изоляционные свойства при попадании влаги;
  • в случае использования алюминиевой оболочки присутствует проблема её коррозии, что в дальнейшем приводит к отказу кабеля.

Проблема с вытеканием масла из-под оболочки и концевой заделки остаётся актуальной на протяжении всего существования кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией. Именно сложностью её устранения во многом обусловлен переход на использование кабелей со сплошной экструдированной изоляцией, например, из сшитого полиэтилена. Тем не менее именно кабели с БПИ применяются сейчас наиболее широко, по крайней мере, в сетях среднего напряжения. Течь масла приводит к резкому обеднению изоляции, падению как диэлектрических характеристик, так и способности к теплоотводу. В конечном счёте образование течи приводит к отказу в работе кабельной линии.

Все вышеперечисленные недостатки не присущи кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Как показывает практика, использование кабелей с изоляцией из СПЭ на напряжение 10-35 кВ позволяет повысить надёжность электроснабжения потребителей путём оптимизации и реконструкции схем электрических сетей. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена призваны заменить морально устаревшие кабели с пропитанной бумажной изоляцией. Этот процесс в промышленно развитых странах начался в 60-х годах прошлого века. В настоящее время многие страны практически полностью перешли на использование силовых кабелей среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена и имеют положительный опыт их эксплуатации. Так, в США и Канаде они занимают 85% всего рынка силовых кабелей, в Германии и Дании — 95%, а в Японии, Франции, Финляндии и Швеции — 100%, тогда как в России только 25%.

В частности, в Германии было проведено обширное исследование по сбору статистики отказов для оценки эксплуатационных показателей распределительных кабельных систем (РКС). На графике показано количество отказов по причине пробоя изоляции кабелей, находящихся в эксплуатации, в зависимости от года их установки [1]. Начиная с середины 80-х годов прошлого века Германия перешла на применение триингостойкой изоляции из СПЭ, модифицированной сополимерами акрилата.

Статистика отказов кабелей, находящихся в эксплуатации в Германии, в зависимости от года установки

Полученные данные свидетельствуют о повышении надёжности, которая обеспечивается главным образом использованием данного типа изоляции. Как видно на графике, количество отказов в РКС для кабелей с изоляцией из триингостойкого СПЭ в среднем составляет 0,005-0,01 случая на каждые 100 км кабеля в год. Для сравнения: при применении кабелей с БПИ данный показатель на порядок или два выше.

Например, по данным на 2010 год, для Москвы количество отказов всех кабельных линий 6-20 кВ находилось на уровне 11,7 случая на 100 км кабеля в год. Конечно, нужно отметить общий значительный износ кабельных линий, что, естественно, влияет на данные показатели [2].

В настоящее время в российской электроэнергетике физический износ кабельного парка находится на уровне 70-80%, а удельная повреждаемость КЛ в среднем составляет от 4,5 до 12 случаев на 100 км в год [3]. Относительно высокая повреждаемость кабельных линий и значительная протяжённость распределительных кабельных сетей, которая для таких мегаполисов, как Москва, Санкт-Петербург и Новосибирск, составляет соответственно около 57, 44 и 3 тыс. км, заставляют обслуживающий персонал работать в аварийно-восстановительном режиме эксплуатации КЛ. Это практически исключает возможность проведения плановых профилактических работ по своевременному выявлению электрически ослабленных мест в изоляции кабельной системы. Вместо плановых испытаний и своевременной диагностики технического состояния КЛ материальные и людские ресурсы задействуются на трудоёмких аварийно-восстановительных работах (в основном в неудобный зимне-весенний период) по ликвидации повреждений КЛ.

По данным ОАО «Россети», приведённым в «Положении о единой технической политике в электросетевом комплексе», кабельные линии в классах напряжения 0,4-110 (220) кВ в основном повреждаются по следующим причинам:

  • дефекты прокладки — 20%;
  • естественное старение силовых кабелей — 31%;
  • механические повреждения — 30%;
  • заводские дефекты — 10%;
  • коррозия — 9%.

В этой связи небольшая повреждаемость при прокладке, ввиду значительно меньшего веса, а также отсутствие коррозии оболочки кабелей с изоляцией из СПЭ существенно повышают надёжность кабельных линий и снижают затраты на их обслуживание.

ПУТИ СНИЖЕНИЯ СЕБЕСТОИМОСТИ КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СПЭ

Хотя стоимость кабеля и арматуры обычно не превышает 30% от всех затрат на кабельную систему с учётом прокладки, её снижение всегда остаётся актуальным. Для большинства европейских стран вопрос перехода от кабелей с БПИ к кабелям с изоляцией из СПЭ вообще не стоял, поскольку стоимость производства кабелей с БПИ там выше, чем изготовление кабелей с изоляцией из СПЭ. В России же ситуация кардинально отличается: кабели с БПИ дешевле кабелей с изоляцией из СПЭ. Чтобы как-то сократить эту разницу, ведутся поиски путей снижения себестоимости кабелей с изоляцией из СПЭ.

Одним из возможных решений является применение секторной конструкции, аналогичной кабелям с БПИ. Преимущества данной конструкции заключаются в отсутствии необходимости использования заполнения (снижение стоимости и веса кабеля), а также в уменьшении диаметра кабеля (большая длина на барабане). При этом данные кабели обладают существенным недостатком: для монтажа арматуры требуется очень квалифицированный персонал, так как малейшая неточность при сборке приводит к отказу кабельной системы. Именно по этой причине, например, электросетевые компании Германии, а также большинства других европейских стран отказались от применения подобной конструкции, поскольку вероятность отказа кабельной системы в течение короткого срока эксплуатации очень велика.

Другое решение — это использование конструкции с круглыми жилами, но также без заполнения. Эти кабели производит, например, компания Ericsson, кабельное подразделение которой недавно стало частью NKT Cables. В данном случае также снижаются вес и стоимость за счёт неиспользования заполнения, но отсутствуют проблемы, связанные с монтажом. Хотя стоит отметить, что размеры кабеля всё-таки больше по сравнению с кабелем с секторными жилами.

За последние годы в России и странах СНГ кабельными предприятиями было установлено более 15 самых современных линий для производства кабелей с полимерной изоляцией. Данные мощности полностью удовлетворяют потребность в кабелях среднего напряжения. К сожалению, при строительстве новых кабельных линий, замене либо капитальном ремонте старых многие энергетические компании России, за исключением Москвы (с 2004 года) и Санкт-Петербурга, не рассматривают затраты на кабельную систему на весь срок службы, с учётом расходов на её обслуживание, а делают выбор в сторону минимальных единовременных затрат. Тем не менее ввиду существенных преимуществ кабелей с полимерной изоляцией, меньших затрат на их эксплуатацию и растущих потребностей в надёжных и бесперебойных поставках электроэнергии, а также повышающихся требований к экологии переход распределительных сетей России на данный тип кабелей представляется неизбежным и целесообразным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Nigel HAMPTON, NEETRAC, Georgia Tech, USA; Rick HARTLEIN, NEETRAC, Georgia Tech, USA; Hakan LENNARTSSON, Borouge Pty, Hong Kong; Harry ORTON, OCEI, Vancouver, BC, Canada; Ram RAMACHANDRAN, The Dow Chemical Company, NJ, USA. LONG-LIFE XLPE INSULATED POWER CABLE // JiCable, 2007.
2. Свистунов А.С., руководитель проектов ОАО «Газпром промгаз». Схема электроснабжения города Москвы на период до 2020 года (распределительные кабельные сети 6-20 кВ) // Доклад на научно-практическом семинаре в рамках выставки CABEX 2011.
3. Лавров Ю.А., к.т.н, заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений НГТУ. Преимущества и недостатки изоляции из сшитого полиэтилена // ttp://www.newchemistry.ru

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно