Современная кабельная арматура для кабелей с СПЭ-изоляцией

Соединительные и оконечные устройства (кабельная арматура) должны быть выполнены таким образом, чтобы кабели были защищены от проникновения в них из окружающей среды влаги и других вредных веществ вне зависимости от материала изоляции. При этом кабельная арматура должна выдерживать испытательные напряжения, соответствовать техническим параметрам электрических сетей, иметь достаточную термическую и динамическую стойкость и соответствовать требованиям стандартов [1]. Для обеспечения длительной работы указанных элементов электрической сети всегда приходится решать задачи, касающиеся условий их работы и технического обслуживания.
Правильный выбор кабельной арматуры и соблюдение технологии прокладки и монтажа кабелей [2] являются основой безотказной длительной эксплуатации линий электропередачи. Конструкция и тип кабельной арматуры выбираются в зависимости от типа изоляции кабеля, рода тока, номинального напряжения, токов КЗ, числа и сечения токопроводящих жил, условий окружающей среды и прокладки.
Современная сертифицированная кабельная арматура не представляет риска для здоровья персонала и безопасна для окружающей среды. Более того, благодаря исключению пайки, битумного или двухкомпонентного наполнения и работ со свинцом удалось уйти от экологически вредных операций, которые всегда ассоциировались с монтажом кабельной арматуры. После монтажа современной муфты не остаётся никаких вредных и особо грязных остатков, которые потребовали бы специальных и дорогих методов утилизации.

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ КАБЕЛЬНОЙ АРМАТУРЫ
Конструкции соединительных и концевых муфт для кабелей с бумажно-масляной пропитанной изоляцией (БМПИ) до 35 кВ за весь период их применения изменялись только за счёт совершенствования технологии изготовления и применения современных материалов. До настоящего времени используются муфты, заливаемые битумной мастикой марок МБМ или МК. Внутренняя изоляция в них выполняется при помощи неконденсаторной подмотки роликами и рулонами из предварительно пропитанной и проваренной кабельной бумаги.
Для оконцевания кабелей до 10 кВ включительно в помещениях использовались сухие или заливные битумные разделки, в зависимости от влажности и пожароопасности помещений. На открытом воздухе применялись металлические заливные муфты с фарфоровыми изоляторами типа КН, а в местах перехода с воздушной линии на кабельную — так называемые мачтовые муфты типа КМ.
В 60-х годах ХХ века ряд фирм разработал серию новых полимеров для применения в качестве изоляции на напряжение выше 1 кВ. Полученные материалы характеризуются исключительной стойкостью к длительному воздействию электромагнитного поля высокой напряжённости, а также окружающей среды (температуры, влажности, механического воздействия и т.д.). Некоторые из них, кроме указанных свойств, обладают памятью исходной формы, т.е., изменяя под воздействием высокой температуры первоначальную форму, при повторном нагреве возвращаются к исходной, повторяя размеры и профиль любого предмета, обеспечивая при этом достаточно высокий уровень герметизации. Были разработаны так называемые термоусаживаемые трубки (ТУТ) и самоспекающиеся ленты, с использованием которых созданы конструктивно новые концевые и соединительные муфты сначала для кабелей с БМПИ, а затем и с полимерной изоляцией для одно- и многожильных кабелей с круглыми и секторными жилами.

За последние 20 лет требования к арматуре значительно изменились и регламентируются стандартами: белорусскими СТБ, российскими ГОСТ Р и международными МЭК. Для изготовления термоусаживаемой арматуры, отличающейся низким дымо- и газовыделением, не поддерживающей горение, не содержащей галогенов и отвечающей современным требованиям безопасности, выполнен большой объём конструкторско-технологических и изыскательских работ.
В 90-х годах ХХ века в кабельных сетях крупных городов СНГ произошёл фактически переворот в применении кабельной арматуры — от привычной традиционной заливной к новой технологичной термоусаживаемой полимерной. Практически с 2000 года кабельная арматура на основе термоусаживаемых материалов заменила традиционные заливные битумные муфты. Основными изготовителями такой кабельной арматуры стали Подольский завод электромонтажных изделий (ПЗЭМИ) в России и фирма Raychem в Германии. Эти предприятия поставляют кабельную арматуру, комплектующие и инструмент только собственного производства, прошедшие обязательную проверку и испытания в сертифицированных лабораториях.
Современная кабельная арматура выше 1000 В имеет систему выравнивания напряжённости электрического поля, которая может быть выполнена в виде отдельных элементов набора или уже нанесена на внутреннюю поверхность изоляционных трубок. В концевых муфтах внешние изоляционные трубки обладают поверхностной эрозионной стойкостью и трекингостойкостью и обеспечивают герметизацию кабельных наконечников и наружных покровов кабеля. Область соединения жил закрывается трёхслойными термоусаживаемыми трубками, которые обеспечивают беспустотное поверхностное соединение внутренних изоляционных и внешнего полупроводящего слоёв.
Термоусаживаемые элементы поставляются в растянутом состоянии, что позволяет легко надевать их на разделанные концы кабелей. При нагревании происходит их усадка и плотный водонепроницаемый обхват кабеля, причём термоплавкий клей и наполнитель заполняют все пустоты. Конструкция кабельной арматуры повторяет кабель и может, как и он сам, изгибаться по трассе.
Кабельная арматура сконструирована и полностью испытана в соответствии с фирменными стандартами, которые соответствуют национальным и международным. В распоряжении ведущих производителей кабельной арматуры имеются протоколы испытаний, выполненных в различных независимых институтах и лабораториях, на длительное воздействие электрических нагрузок и окружающей среды, продолжительной работы в нормальных и аварийных режимах.
ВНИИКП совместно с ведущими заводами, изготавливающими кабельную арматуру, разработаны оригинальные конструкции кабельной арматуры, не имеющие мировых аналогов. В их число входит запатентованная конструкция соединительной кабельной муфты для кабелей с БМПИ и СПЭ-изоляцией напряжением 10 кВ. Эта конструкция предусматривает наличие межфазного заполнителя и элемента в виде листов, вставленных в трубу восстановления оболочки, изготовленных из термоплавкого композиционного материала, подшивающегося после монтажа. При усадке трубы межфазная распорка и листовой заполнитель расплавляются, но не стекают, а наполняют равномерно межфазное пространство и обеспечивают монолитное заполнение без присутствия воздуха [4, 5].
Созданный ЗАО «ПЗЭМИ» полиолефиновый термоусаживаемый безгалогенный материал марки Н-1 пониженной пожароопасности, радиационносшиваемый, перерабатываемый методами экструзии и литья под давлением и подобранный силиконовый самослипающийся противопожарный герметик марки CP601S фирмы Hilti дали движение в развитии арматуры и материалов, не поддерживающих горение.

Разработаны и сертифицированы муфты, предназначенные для применения на АЭС вне гермозоны в системах классов 3, 4 по классификации ОПБ 88/97, а также общепромышленного использования. При поставках на рынок СНГ и на экспорт выпускаются муфты марок 3,4Стпнг; Стпнг-10; 3,4КВтпнг; КВтпнг-10.
Применение современных технологичных материалов, новой технологии позволило значительно снизить влияние человеческого фактора на технологический процесс. Результат использования новой технологии привёл к значительному снижению повреждаемости в кабельных сетях 6—10 кВ России и Республики Беларусь, так как основной причиной повреждений кабельных линий являются повреждения концевых и соединительных муфт.
Законченная система универсальных муфт стала распространяться в 90-х годах. Сюда вошли переходные муфты для соединения кабелей с пластмассовой изоляцией с кабелями с бумажной изоляцией, переходные муфты для соединения кабелей, разных по сечению, с различной конструкцией и материалом жил.
Муфты монтировались и эксплуатировались в экстремальных климатических и погодных условиях, на практике подтверждая верность самой концепции универсальной муфты, отвечающей новым тенденциям в технологии монтажа и эксплуатации, соответствие требованиям к данному виду кабельной арматуры и надёжность конструкции, показанную в ходе интенсивных многолетних испытаний.

ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА НА ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЕЙ
В это же время в России, Республике Беларусь и Польше появился ряд предприятий, выпускающих аналогичную продукцию. Качество изолирующих и «выравнивающих» трубок, подмоточного материала для выравнивания электромагнитного поля и клеевых составов не имеет сертификата происхождения. Протоколы сертификационных испытаний вызывают сомнения в их достоверности. Ярким примером тому является ситуация, возникшая в Ленинградских Кабельных Сетях в 1999—2000 годах, когда при протекании сквозных трёхфазных токов КЗ повреждались 2, 3, а иногда и более концевых и соединительных муфт, смонтированных в разное время на одном кабеле и на транзитной цепочке кабельных линий.

Заявления ряда поставщиков об изготовлении части комплектующих кабельной арматуры на местах не выдерживают никакой критики, так как внешние признаки и отсутствие сертификатов происхождения материалов демонстрируют низкое качество изделий. У всех местных изготовителей отсутствует производственная база по полимерным комплектующим, соединители и наконечники изготавливаются из отходов алюминия. Термоусаживаемые трубки (ТУТ), подмоточные и клеевые ленты не имеют сертификатов происхождения, не маркированы, не имеют отличий у кабельной арматуры до 1 и 10 кВ, не пластичны, требуют дополнительного подогрева при монтаже, коэффициент усадки ТУТ едва превышает 2, когда для гарантированной герметизации требуется не менее 4.

Монтаж концевых и соединительных муфт при строительстве кабельных линий — наиболее сложная операция в кабельных работах. При этом они выполняются чаще всего в полевых условиях и при различной погоде. Организация рабочего места, разделка кабеля, монтаж концевых и соединительных муфт должны производиться специально подготовленным персоналом, имеющим представление о технологиях изготовления кабеля и досконально знающим процесс монтажа кабельной арматуры. Так как технология монтажа у разных типов муфт может отличаться, электромонтёр-кабельщик должен быть обучен под каждый тип кабельной арматуры [7]. Заводы-изготовители кабельной арматуры организуют обучение кабельщиков с выдачей сертификата на право монтажа кабельной арматуры собственного производства, как платное, так и бесплатное. Кабельная арматура разных заводов имеет некоторые особенности и отличия, поэтому наличие сертификата одного завода не даёт права проводить монтаж муфт другого предприятия. При нарушении этого правила чаще всего и происходят нарушения технологии монтажа кабельной арматуры, которые приводят к повреждениям кабеля.
Во времена Минэнерго СССР электромонтёр-кабельщик допускался к самостоятельной работе в лучшем случае через год работы на кабелях при наличии специального образования (ПТУ), практического опыта работы по прокладке кабеля и монтажу кабельной арматуры и после сдачи квалификационного теоретического и практического экзамена [3, 4]. Эти требования были обязательны как для персонала предприятий электросетей, так и для персонала СМО, который выполнял работы по строительству новых кабельных линий.
Заказчики для снижения стоимости СМР в нарушение СНиП 3.05.06-85 для строительства кабельных линий привлекают организации, не имеющие практического опыта монтажа кабеля, у персонала которых нет достаточного опыта работы и сертификатов на монтаж кабельной арматуры [6]. Данные статистического анализа повреждений кабелей и кабельной арматуры говорят о том, что основными причинами повреждений являются:
• нарушение технологии монтажа (40%);
• внешние механические воздействия при монтаже и эксплуатации (30%);
• применение кабельной арматуры, не соответствующей параметрам сетей (15%);
• нарушение технологии испытаний (10%);
• дефекты кабеля (5%).

НОВЫЕ КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ КАБЕЛЬНОЙ АРМАТУРЫ
Многие компании при разработке и изготовлении кабельной арматуры среднего класса напряжения всё чаще применяют различные типы силиконовой резины, несмотря на её более высокую цену по сравнению с другими полимерными материалами. В чём причина такого предпочтения?

Арматура для определённого сечения кабеля состоит из изоляционных материалов и контактных зажимов разного диаметра. Именно поэтому уже сорок лет в кабельной арматуре применяются эластичные изоляционные материалы. При этом резиновая изоляция конструируется таким образом, чтобы в установленном состоянии она всегда оказывала радиальное давление на слой изоляции кабеля. А термоусаживаемая изоляция (трубки, капы, юбки, перчатки) под воздействием тепла должна усаживаться на концевые и соединительные кабельные разделки, принимая их форму.
Изготовленные на заводе изоляторы и стресс-конусы предназначены для выравнивания электрического поля и снижения напряжённости поля на срезе экструдированного электропроводящего экрана по изоляции кабеля.
Изолятор или стресс-конус для каждого класса напряжения — одна деталь, представляющая собой полностью полимерную сухую изоляционную систему.
Особое внимание при разработке специальных силиконовых компаундов уделялось стойкости к воздействию загрязнения в сочетании с влажностью, а также с ультрафиолетовой радиацией. Превосходная стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения обусловлена высокой энергией межатомных связей силиконовых компаундов.
Результатом эрозии, вызванной солнечной радиацией, являются микротрещины на поверхности, в которых может скапливаться грязь, что ухудшает электрические свойства изоляции. Наиболее опасными для поверхности изоляции являются трекинги — углеродные дорожки, образование которых главным образом вызвано частичными разрядами при протекании по поверхности токов утечки. В силиконовых материалах не образовывается углерод при разложении. Весь свободный углерод выходит в газообразных соединениях. Вот почему эрозионные дорожки образуются без электропроводных углеродов.
Интенсивность поверхностных разрядов так или иначе зависит от токов утечки. Именно поэтому очень важно такое свойство силиконовых материалов, как гидрофобность, то есть способность отталкивать от себя влагу. Капли воды на поверхности силикона дискретны по форме и не создают дорожек проводимости. Кроме того, силикон обладает бесконечным числом коротких лёгких молекулярных цепей. Миграция этих молекул к поверхности восстанавливает гидрофобные свойства силикона. Таким образом, гидрофобность силикона сохраняется в течение длительного срока эксплуатации в условиях открытой окружающей среды.
Конструкция муфты с силиконовым изолятором позволяет вывести и соединить экраны трёх фаз для снижения и выравнивания в них уравнительных токов.

ВЫВОДЫ
1. Прокладку и монтаж кабельных линий необходимо проводить в соответствии с действующими нормативно-техническими документами.
2. Строительно-монтажные работы должны выполнять организации, имеющие практический опыт и квалифицированных специалистов.
3. Применение новейших технологий производства кабеля и кабельной арматуры обеспечивает надёжное электроснабжение потребителей — это основная задача энергосистемы.

ЛИТЕРАТУРА
1. Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. — М.: Энергоатомиздат, 1996.
2. Пантелеев Е.Г. Монтаж и ремонт кабельных линий. 2-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 288 с.
3. Кабели силовые для стационарной прокладки. Общие технические условия. ГОСТ 24183-80.
4. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20, 35 кВ. Технические условия. ТУ 16.К71-335-2004. — М., ОАО «ВНИИКП».
5. Муфты на основе термоусаживаемых изделий для силовых кабелей на напряжение до 35 кВ включительно. Общие технические условия СТО 00081866.001-2009. — М., ОАО «ВНИИКП».
6. Бородянский Ю.М. Повреждения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена // Кабель-news. — 2009. — № 9. — С. 60—61.
7. Инструкция по прокладке кабелей силовых с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6—35 кВ. — Витебск, ПО «Энергокомплект», 2010. — 47 с.