Новая жизнь традиционного силового кабеля

Известно, что изоляция силового кабеля должна обладать достаточной электрической прочностью, чтобы полностью исключить вероятность электрического пробоя при том напряжении, на которое рассчитан силовой кабель. Для того чтобы не допустить соприкосновения жил, используют изоляцию (бумажную, пластмассовую или резиновую изоляцию).

В настоящее время в России ведутся активные споры о преимуществах и недостатках кабелей с полиэтиленовой изоляцией и кабелей, где в качестве изоляции используется бумага, пропитанная маслом.

Часть 1. Постановка проблемы

Сейчас электрические сети России среднего напряжения 6-35 кВ спроектированы и эксплуатируются в режиме с изолированной (компенсированной) нейтралью и переход на сети с заземленной (резистивной) нейтралью не предвидится. В сетях с изолированной (компенсированной) нейтралью следует применять исключительно трехфазные кабели. Обоснованием этому служит то, что при возникновении замыкания на землю в трехфазном кабеле одна из фаз перекинется на другие фазы того же кабеля и аварийный режим сам себя проявляет и нет необходимости заниматься его поиском, как требуется при использовании однофазных кабелей, особенно, располагающихся на расстоянии друг от друга, а не сомкнутых треугольником (приходится поочередно отключать все кабели сети, снижая надежность и увеличивая риск возникновения еще одного замыкания уже в другом месте сети на изначально неповрежденной фазе).

Кабели с изоляцией из СПЭ предназначены прежде всего для эксплуатации в сетях с заземленной нейтралью (резистивной), а вот в сетях с изолированной нейтралью их применение вызывает трудности в связи с тем, что в данной сети осуществляется длительное воздействие линейного, а не фазного напряжения, а также предъявляются повышенные требования к стойкости изоляции к дуговым и коммутационным перенапряжениям.

Еще совсем недавно обоснованием чудесных свойств полиэтиленовой изоляции служил зарубежный опыт их применения. Сейчас появился и отечественный опыт производства, монтажа и эксплуатации данных кабелей и на основании полученного опыта стало четко ясно, что данный тип изоляции полностью зависит от импорта. В России нет ни одного производителя полиэтилена высокого качества, а также кабельных муфт.

Повреждаемость кабелей 6-500 кВ с изоляцией из СПЭ оказалась выше, что у кабелей с БПИ. Статистика аварий на кабельных линиях с изоляцией из СПЭ значительно превосходит прогнозируемые показатели и превышает уровень аварий на кабельных линиях с БПИ со сроком эксплуатации более 20 лет. По данным ГУП «Московский Метрополитен» уровень пробоев на 1 км кабельной линии для кабелей с БПИ составляет 0,0144, для кабелей с изоляцией из СПЭ – 0,0843, а количество отказов в 5,85 раз больше, чем у кабелей с БПИ.

Если говорить о сетях высокого напряжения 110-500 кВ, то в обозримом будущем альтернативы однофазным кабелям с изоляцией из СПЭ не предвидится, но вот для сетей среднего напряжения с изолированной (компенсированной) нейтралью при трехфазном исполнении кабель с БПИ имеет ряд преимуществ.

Кабели с БПИ являются продукцией, обеспечивающей импортозамещение. Количество отечественных материалов в конструкции кабеля с СПЭ составляет около 50%, а традиционного кабеля с БПИ 99,75%.

В отличие от кабелей с СПЭ производство кабелей с БПИ практически полностью обеспечивается поставками материалов только отечественных производителей, как следствие, цена кабельной продукции с БПИ практически не зависит от роста биржевых валютных курсов (за исключением цен на медь).

Главным достоинством силовых кабелей с БПИ является доказанный годами срок эксплуатации силовых кабелей с БПИ более старых поколений, который составляет более 50 лет, что почти в 2 раза больше, чем любой из аналогов, в том числе с СПЭ.

Опыт применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в России насчитывает несколько лет, и скептики могут сказать, что это слишком малый срок для оценки надежности кабельных изделий по сравнению с традиционно применяемыми кабелями с БПИ-изоляцией, которые используются уже не один десяток лет. 

Кабели с БПИ и изоляцией из СПЭ имеют как достоинства, так и недостатки. Попробуем их перечислить в таблице 2.

Таблица 2

Основным достоинством конструкции кабелей с БПИ является наличие металлической оболочки, которая гарантирует надежную защиту от механических воздействий и агрессивных воздействий окружающей среды, обеспечивая тем самым ресурс эксплуатации более 50 лет. Помимо данного факта, металлическая оболочка обеспечивает вибростойкость конструкции кабеля при эксплуатации в метрополитене. В кабелях с СПЭ изоляцией защита сердечника от внешнего влияния обеспечена значительно слабее, так как элементы конструкции кабеля содержат только полиэтилен, и, как следствие, верхний слой имеет высокую вероятность повреждения. В таком случае, при прокладке кабельных линий требуется специальная переподготовка специалистов и дополнительное время на прокладку, что в 2 раза увеличивает затраты на монтаж кабельных муфт для кабелей с СПЭ.

Строительная длина на барабане №22 (максимальный барабан для метрополитена) кабелей с БПИ всегда больше на 40%, чем у СПЭ, следовательно, количество соединительной арматуры при использовании кабелей с СПЭ изоляцией увеличивается практически в 2 раза, а надежность кабельной линии становится ниже. Помимо того, что при прокладке кабелей с БПИ необходимо меньшее количество соединительных кабельных муфт, сами муфты для кабелей с БПИ исключительно отечественного производства, а значит, стоимость муфт не зависит от экономических и политических тенденций на рынке.

Часть 2. Новое в традиционном

Одна из важнейших характеристик изоляционных материалов – это допустимая температура нагрева токопроводящих жил – максимальная температура, при которой изоляционный материал не теряет своих свойств в течение длительного времени. Чем выше этот показатель, тем выше допустимые токи нагрузки, которые можно пропускать по кабелю в течение длительного времени. Поскольку СПЭ – термореактивный материал, его длительно допустимая температура нагрева значительно выше, чем у других материалов, применяемых для изоляции силовых кабелей. Имея допустимую температуру 90°C (что на 20°C выше, чем у ПВХ- и БПИ-изоляции), кабели с полимерной изоляцией имеют соответственно допустимые токовые нагрузки на 20% выше. На данный момент именно это является существенным преимуществом данного типа продукции.

С 2016 года группой компаний «Москабельмет» ведется разработка новой конструкция силового кабеля БПИ поколения с повышенной рабочей допустимой температурой нагрева токопроводящих жил. Данная разработка должна обеспечить допустимые токовые нагрузки соизмеримые с теми, что указаны для кабелей с СПЭ. Именно это является преимуществом СПЭ перед БПИ.

Новая конструкция получила название «ТЭВОКС» - термостойкий эволюционный кабель силовой. Данный кабель обеспечивает допустимую рабочую температуру 80оС, соответственно, увеличивает пропускную способность по-сравнению с традиционным кабелем с БПИ.

В соответствии с ГОСТ Р МЭК 60287-2-1-2009 «Кабели электрические. Расчет номинальной токовой нагрузки. Часть 2-1. Тепловое сопротивление. Расчет теплового сопротивления» был произведен расчет токовых нагрузок силовых кабелей с БПИ на напряжение 10 кВ. Целью данного расчеты является определение допустимых токовых нагрузок кабелей при прокладке в земле и в воздухе при номинальной рабочей температуре на токопроводящей жиле 80 ^оС.

Длительно допустимый ток нагрузки Iдоп рассчитывается по формуле:

где ΣТ – сумма тепловых сопротивлений изоляции, подушки, оболочек и внешней среды.

В таблице 1 приведено сравнение технических трехжильных кабелей на напряжение 10 кВ сечением 120 мм², 185 мм² и 240мм² разработки кабеля «ТЭВОКС» ГК «Москабельмет» и кабеля с изоляцией из СПЭ фирмы NEXANS.

Таблица 3

Сравнение технических параметров ТЭВОКС и кабелей с изоляцией из СПЭ фирмы NEXANS

Из приведенных значений в таблице 3 видно, что новая разработка «ТЭВОКС» за счет применения в конструкции термостойкой изоляционной бумаги и современного пропиточного состава с температурой каплепадения обеспечивает ток короткого замыкания до уровня аналогов кабелей с полимерной изоляцией и допустимые токовые нагрузки соизмеримые с теми, что обеспечивают кабели с СПЭ (разница составляет от 2 до 5%) и, а ведь именно это долгое время являлось преимуществом СПЭ перед БПИ.

Эффективность проекта «ТЭВОКС»:

• Длительно-допустимые токовые нагрузки отличаются от аналогов кабелей с изоляцией из сшитого ПЭ всего на 2-5%;
• Токи КЗ полностью соответствуют нормируемым значениям для кабелей с изоляцией из сшитого ПЭ;
• Прокладка без ограничения уровня (вертикальная и горизонтальная).

Заключение

Различные конструкции кабелей имеют свои достоинства и недостатки, обусловленные как их конструкцией, так и материалом, применяемым для изоляции. Поэтому при использовании тех или иных кабелей должны учитываться условия прокладки, эксплуатации, а также требования, предъявляемые к надежности кабельных линий и желания потребителя.

Предлагаемая ГК «Москабельмет» новая разработка «ТЭВОКС» сохраняет в себе старые добрые традиции бумажной пропитанной изоляции и, в то же время, позволяет идти силовому кабелю с БПИ в ногу со временем.

Выбор за Вами…