Повышение надёжности кабельных линий 6-10 кВ путём электронного выбора даты испытаний

«...Чтобы появилось желание творить, в основе должно лежать
недовольство существующим, то есть надо быть инакомыслящим».
Академик П.Л. Капица

Повреждения в городских сетях кабельных линий (KJI) 6—10 кВ — основная причина отключений целых районов города (по статистике 70—80%). Именно поэтому радикальное снижение аварий в кабельных сетях — это и повышение надёжности, и снижение затрат, и в какой-то мере решение одной из социальных проблем. Конечно, обученный персонал, высокая эксплуатационная культура в проведении ремонтов, монтажа и особенно профилактики имеют превалирующее значение в решении основной задачи.

В данной статье описываются только профилактические мероприятия, обеспечивающие безаварийную работу КЛ 6—10 кВ с изоляцией из пропитанной кабельной бумаги (хотя многое может быть использовано и для изоляции из сшитого полиэтилена).

Кабельную линию вполне можно сравнить с организмом человека — она, со временем подвергаясь различным факторам, стареет, в ней появляются дефекты, которые, если их своевременно не устранить, приведут к авариям и в конце концов к значительным затратам по замене не отслужившей своего срока линии.

Если говорить об организме человека, то профилактика спасает его от скоропостижных инсультов и инфарктов, неизлечимого рака, сердечной недостаточности и т.д. Врач-специалист отличает симптомы, не грозящие катастрофой (царапины, насморк, бородавки и др.), от того, что угрожает жизни.

Примерно то же самое можно сказать и о профилактике кабельных линий, пронизывающих подземное пространство городов и обеспечивающих поставку электричества для быта, промышленности и других нужд.

Кабель съедает коррозия, почвенная влага проникает в изоляцию, вытекает пропитка, а нагрузка иногда такова, что кабельная оболочка из-за внутреннего давления напоминает бамбук. Есть и другие факторы, укорачивающие жизнь кабельных линий. Необходимо их знать и заблаговременно устранять.

В медицине существуют истории болезни, по их показаниям делают операции и дают лекарства, т.е. лечат, а в кабельных линиях такие данные о «здоровье», как токи утечки, сопротивление изоляции, симметрия по фазам и другие записи в паспорте данной КЛ, — это та же история болезни, но кабеля. И, главное, чтобы эти показатели соответствовали истине.

Профилактика может состоять из:

• испытаний повышенным напряжением;
• измерений, не разрушающих кабельную изоляцию;
• внедрения системы с электронными кабельными паспортами и автоматическим выбором даты высоковольтных испытаний с учётом состояния КЛ.

ИСПЫТАНИЯ КЛ ПОВЫШЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

Если приложить к предварительно отключённой КЛ пятикратное постоянное напряжение (или переменное при частоте 0,01—0,1 Гц, 18 кВ для КЛ 10 кВ и 12 кВ для КЛ 6 кВ) в течение 5—10 минут на фазу, то в месте скрытого повреждения, опасного для дальнейшей эксплуатации, произойдёт электрический пробой. После ремонта и испытаний КЛ будет введена в работу.

Некоторые авторы (из Пскова, Полтавы) считают, что повышенное напряжение может развить, но не пробить дефект, это затем произойдёт в работе. Многолетняя практика опровергает эти взгляды: если дефект есть и он не пробит пятикратным краткосрочным напряжением, то он устоит и до следующего высоковольтного испытания, дата которого будет грамотно выбрана с учётом прежних параметров. Известно, что пробой при испытаниях не является аварией, не прерывает нормального электроснабжения и не требует значительных затрат на восстановление.

Главная проблема этого метода — своевременно обнаружить опасный дефект и не допустить аварии. В докторской диссертации сотрудника НИУ «МЭИ» (журнал «КАБЕЛЬ-news», № 9, 2010 г., с. 10) сказано: «...по данным Кемеровской горэлектросети, только 21,26% КЛ 10 кВ пробиваются при испытаниях повышенным напряжением, это указывает на низкую эффективность таких испытаний».

В процессе эксплуатации КЛ постепенно теряют свою электрическую прочность (ниже указаны факторы, влияющие на это).

Вероятно, в Кемеровской сети перечень подлежащих испытаниям КЛ устанавливает технический работник, не понимающий, как это нужно делать. А диссертант при этом делает неверные выводы, противореча ПТЭ и здравому смыслу, допуская лишние затраты на бесцельные испытания КЛ, имеющих надёжную изоляцию, которая и не должна пробиваться.

Ниже приводятся измерения, не разрушающие кабельную изоляцию.

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ tgδ

Этот метод даёт значения tgδ, которые определяют усталостную прочность изоляции (кабельная бумага на излом: N — число двойных перегибов). Этот параметр определяет старение изоляции. В Полтавоблэнерго определили, что у нового кабеля N ≥ 2000, а tgδ — 0,4%; при начальном старении 0,5—0,6%; при старении кабельной бумаги на 75% — 0,7—0,8%; в критическом состоянии — 1,0—1,2.

Усталостная характеристика — это один из многих факторов, определяющих надёжность, но мало влияющих на его сегодняшнюю аварийность (кроме кризисного состояния, которое без данных tgδ можно определить визуально по состоянию пропитки, влажности, ионизационного старения и т.д.).

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ (ЧР) В ИЗОЛЯЦИИ

ЧР появляются в виде газовых включений, которые со временем шунтируются и постепенно вызывают снижение электрической прочности изоляции и её пробой. Измерение ЧР и их интерполяция затруднены и не дают ответа на необходимость конкретных мер по повышению надёжности (кроме решения о замене КЛ, что бывает очень редко). Особое значение в появлении ЧР имеют дефекты в концевых разделках, соединительных муфтах и ошибки в прокладке и монтаже.

МЕТОД РЕФЛЕКТОМЕТРИИ

В каждую фазу отключённого кабеля подаётся импульс напряжением 100 В. После этого рефлектометром РЕЙС-105Р, если в КЛ есть повреждение, оно определяется, причём часто ошибочно. Для этого метода нужны дорогие приборы и сложные вычисления.

Метод измерения возвратного напряжения

После зарядки КЛ постоянным напряжением и его разрядки получают параметры старения изоляции и её влажности. Эти данные весьма относительные и частично могут быть получены за счёт измерения сопротивления изоляции мегометром 2,5 кВ.

В литературе приводятся и другие методы измерений, не разрушающие кабельную изоляцию, но все они не устраняют дефектов, приводящих КЛ к аварии, а используемые приборы стоят дорого (один из приведённых выше — 935 тыс. руб.).

ФАКТОРЫ, СНИЖАЮЩИЕ НАДЁЖНОСТЬ КЛ (С УЧЁТОМ СРАВНЕНИЯ С ПРЕЖНИМИ ДАННЫМИ)

1. Снижение надёжности изоляции между фазами или фазами и поясной изоляцией более чем на 20% или ниже, чем 200 мОм на километр длины КЛ.
2. Рост токов утечки в любой из фаз более чем на 20% при сухой погоде.
3. Асимметрия токов утечки и сопротивления изоляции в фазах более чем на 20%.
4. tgδ при напряжении замера 10 кВ на длине 1 км не должен превышать 0,6%.
5. Заметное вытекание пропитки из нижнего конца КЛ за летний период.
6. Обнаруженное при вскрытии сквозное повреждение герметизирующей оболочки.
7. Заплывающий пробой при 30 кВ.
8. Пробой при 50 кВ заплывает и держит.
9. «Бамбуковость» в алюминиевой или свинцовой герметичной оболочке.
10. Замеченные при обходе цвета побежалости на наконечниках и корона на концевой разделке.
11. Прокладка и заходы КЛ при наружной t<0°C без предварительного подогрева.
12. Коррозионная обстановка в траншее — ph ниже 5,8 или выше 6,8; токи электротранспорта.
13. Проводившиеся ранее земляные работы глубиной >30 см в охранной зоне КЛ.
14. КЛ 6,10 кВ, проложенные более 30 лет назад.
15. КЛ, переложенные по новой трассе.

Сроки испытания КЛ 6—10 кВ (в соответствии с приведёнными выше факторами) — один раз в месяц факторы 1, 2, 3, 10 (грозят скорым аварийным повреждением, поэтому его следует предотвратить).

Один раз в год — факторы 4, 5, 8, 9 (факторы 6, 7, 11, 12, 13, 14, 15 войдут в факторы 1, 2, 3).

Все остальные КЛ должны, при необходимости, один раз в год испытываться мегометром 2,5 кВ. При снижении параметров они должны переводиться в соответствующие сроки. Если параметры не снижены — испытания повышенным напряжением производятся по мере необходимости — после земляных работ в охранной зоне, слива коррозионных жидкостей на трассу, форс-мажорных перенапряжений и нагрузок.

ЭЛЕКТРОННЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ ПАСПОРТА И ЭЛЕКТРОННО-ДЕФЕКТНЫЕ АКТЫ

Электронные кабельные паспорта имеют ту же форму, что и существующие с добавлением граф — факторы, снижающие надёжность КЛ при данных испытаниях:

• сопротивление изоляции по фазам, измеренное мегометром 2,5 кВ при 20°С;
• ответственный за внесение данных испытаний;
• главный инженер, визирующий записи.

Все записи в электронный кабельный паспорт должны заноситься лицами, производящими испытания. Эти данные проверяются главным инженером подразделения (или лицом, его заменяющим). Затем эти сведения переносятся на сервер и там хранятся 50 лет.

Планирование следующих сроков испытаний ведётся под руководством главного инженера городского РЭС.

Всю организационную работу по переносу сведений из существующих паспортов в новые электронные паспорта организует вышестоящая служба.

После внедрения электронной программы паспортов и дефектных актов КЛ в комплекс TOPO SAP R3 даты необходимости высоковольтных испытаний КЛ будут получены автоматически из данных сервера.

Основная цель этой работы: за счёт электронной автоматики и грамотной оценки фактов старения КЛ 10 кВ планировать сроки высоковольтных испытаний и на этой основе повысить надёжность, снизить затраты и социальную напряжённость абонентов из-за перебоев в электроснабжении.