Силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Характеристики. Применение. Испытания.

11-13 февраля в Московском Институте Энергобезопасности и Энергосбережения (МИЭЭ) прошел очередной семинар, посвященный применению силовых кабелей на среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ).

К семинару был проявлен большой интерес со стороны проектных, монтажных и эксплуатирующих организаций.

Темы докладов, представленных на семинаре, касались в основном вопросов применения кабелей нового поколения в энергосистемах.

Оказалось, что не все так гладко в этой области как выглядит на первый взгляд, и это связано, прежде всего, с отсутствием общероссийских нормативных документов на все виды работ при использовании кабелей с изоляцией из СПЭ. К сожалению, реформа системы стандартизации в России нанесла свой отпечаток и на развитие энергосистемы.

Докладчики обратили внимание присутствующих не только на достоинства новой продукции, но и на те недостатки, которые необходимо учитывать на всех стадиях работ, начиная с проектирования, прокладки, монтажа, испытаний и эксплуатации кабельных линий (КЛ).

Мобильная лаборатория фирмы «Себа Спектрум»

Каждый инженер знает, что у любого устройства есть свои плюсы и свои минусы. Как правило, производители обращают внимание потребителей только на преимущества своей продукции перед другими аналогами, а о недостатках стараются реже говорить и не акцентировать на них внимание. Тоже относится и к электротехническим изделиям, к которым принадлежат и силовые кабели. На практике же получается так, что недостатки вроде бы идеального по своим характеристикам кабельного изделия проявляются в самый не подходящий момент, когда устранить их значительно сложнее.

Отсутствие нормативной базы и недостаток информации об опыте эксплуатации КЛ с использованием силовых кабелей нового типа, вынуждает проектные и эксплуатирующие организации учиться на своих собственных ошибках и увеличивать при этом затраты на их устранение.

Шалыгин Александр Аронович (начальник ИКЦ МИЭЭ) обратил внимание собравшихся на тот факт, что те преимущества кабелей с изоляцией из СПЭ, о которых так много говорят, несколько преувеличены. Дело в том, что кабель — это всего лишь элемент КЛ и его преимущества как отдельного элемента линии не могут существенно улучшить показатели всей линии и должны рассматриваться в комплексе со всей КЛ.

Допустимые токовые нагрузки, указанные в рекламных проспектах на кабельную продукцию, как правило, не соответствуют фактическим значениям при эксплуатации.

Например, тот факт, что длительно допустимая рабочая температура токопроводящих жил кабеля с изоляцией из СПЭ составляет 90°С, является завышенной для реальных условий эксплуатации. Все дело в том, что повышение температуры в кабеле требует отвода выделившегося тепла от кабеля в окружающую среду. Как напомнил Александр Аронович: «Законы теплообмена еще никто не пересматривал, и они также действуют на кабели с изоляцией из СПЭ как и на другие кабели». Некоторые мировые производители силовых кабелей с изоляцией из СПЭ в своих рекомендациях по эксплуатации упоминают о необходимостиснижениядопустимойтемпературы токопроводящей жилы (ТПЖ) при прокладке в земле, чтобы не подвергать изоляцию кабеля ускоренному тепловому старению. Ускоренное тепловое старение изоляции, как известно, обязательно приводит к сокращению срока службы линии.

Очень интересной частью семинара стал доклад к.т.н. Дмитриева Михаила Викторовича (начальника отдела научно-технических исследований ЗАО «Завод энергозащитных устройств» СанктПетербург) о способах заземления КЛ, выполненных из однофазных силовых кабелей. В частности, Михаил Викторович рассказал собравшимся о том, что при эксплуатации однофазных кабелей существенной проблемой является наличие токов в экранах кабелей, которые по своим значениям очень близки к токам, протекающим в ТПЖ.

Михаил Викторович напомнил о том, что: «Высокий уровень напряжения mж кабеля при водит к необходимости использования в конструкции кабеля металлического экрана. Основным назначением металлического экрана является обеспечение равномерности электрического поля, воздействующего на изоляцию кабеля, что достигается только в случае заземления экрана. Способ заземления экрана влияет: На величину тока в экране в нормальных и аварийных режимах и при неправильном заземлении экрана может привести к повреждению кабеля; На электрические потери в кабеле (в металлическом экране), а значит на его тепловой режим и пропускную способность; На величину напряжения на экране в нормальных и аварийных режимах, т.е. на надежность работы кабеля и безопасность его обслуживания; На основные электрические параметры кабеля (активное и индуктивное сопротивления). Если по условиям ограничения напряжения на экране обязательно его заземление в нескольких точках, то для снижения токов в экранах при трехфазной группе однофазных кабелей может быть применена транспозиция экранов».

Дмитриев М.В. рассказал о наиболее распространенных способах заземления металлического экрана силового кабеля по длине КЛ, за счет которых можно в несколько раз уменьшить токи в экране.

Итак, для уменьшения токов в экране, необходимо осуществлять транспозицию экранов. Дмитриев М.В. акцентировал внимание собравшихся на том, что транспозицию необходимо производить именно для экранов, а не для самих кабелей, как это делается на ВЛЭП с неизолированными проводами.

Такого рода транспозиция на кабельных линиях производится с использованием «транспозиционных коробок», при этом положение самих кабелей относительно друг друга не меняется. Использование транспозиции снизит величину тока в экранах. Однако, как отметил Дмитриев М.В., такого рода работы требуют увеличения затрат на сооружение дополнительных колодцев по длине линии для размещения в них «транспозиционных коробок», а так же для возможного доступа к ним обслуживающего персонала, который занимается диагностикой КЛ. Как напомнил Михаил Викторович: «Для кабелей в трехжильном исполнении с общим экраном и симметричным расположением жил относительно друг друга такие дополнения в защите не требуются».

Перед собравшимися также выступили представители Московской городской электросетевой компании (МГЭсК), сообщив аудитории о требованиях, которые предъявляет их организация к силовым кабелям с изоляцией из СПЭ.

Козлов Александр Федорович (начальник службы ремонта КЛ) сообщил о том, что, в настоящее время, в г. Москве эксплуатируется порядка 60 тыс. км КЛ, из них на напряжение 6-10 кВ — 35 тыс. км, на напряжение 20 кВ — 42,5 км линий, а все остальные составляют линии на напряжение 1 кВ.

Для оценкивлиянияразличных технологий сшивки изоляции на эксплуатационные характеристики, проложена кабельная линия на напряжение 10 кВ, производства ОАО «Камкабель» (метод силанольной сшивки). Общая длина линии составляет около 40 км.

В настоящее время, силовые кабели на среднее напряжение с изоляцией из СПЭ, поступающие для прокладки в г. Москве, составляют 80% от общего числа силовых кабелей. Основные сечения жил этих кабелей это: 120, 240, 500 мм².

Все кабели, поступающие от производителя, проходят обязательный контроль. Кабели проходят обязательную проверку на совместимость с муфтами, которые применяет МГЭсК при монтаже КЛ (проверка на монтажные характеристики).

Треков Владимир Александрович (заместитель начальника службы СЭВКЛ МГЭсК) обратил внимание на слабые места в конструкции кабелей с изоляцией из СПЭ. Кабели с полимерной изоляцией, как и кабели с бумажной пропитанной изоляцией (БПИ), способны впитывать влагу через многопроволочную жилу (зафиксированы случаи, когда влага проникала на расстояние до 60 метров по длине кабеля), что не допустимо.

Молоканов М.В., Начальник службы измерений и испытаний МГЭсК

Для исключения проблем в эксплуатации, все кабели с СПЭ, как и кабели с БПИ, проверяются на наличие влаги. В связи с этим, было высказано предложение производителям силовых кабелей о разработке конструкций силовых кабелей с водоблокирующими элементами по жиле. В настоящее время в сетях Москвы не используются силовые кабели с индексом «2г» по герметизации, в конструкциях которых присутствует алюмополимерная лента.

Также необходимо повысить требования к оболочке силовых кабелей, так как наличие дефектов в оболочке и повышенная кислотность почвы г. Москвы приводят к разрушению кабеля. Необходимо усиление оболочки ребрами жесткости не только на конструкциях на напряжение 110 кВ, но и на кабелях среднего напряжения. Для обеспечения механической прочности оболочки при прокладке предъявляются повышенные требования и к полимерной композиции, твердость которой должна быть не ниже 55 единиц по Шору Д.

Молоканов Михаил Васильевич (начальник службы измерений и испытаний МГЭсК) дополнил доклады выступающих информацией об испытаниях КЛ. Он сообщил о том, что заземление экранов КЛ осуществляется способом объединения и заземления экранов около питающих центров. Однако, такой способ заземления не позволяет проводить диагностику каждого кабеля в отдельности, что, в свою очередь, затрудняет процесс диагностики КЛ в целом.

Испытания изоляции кабелей проводят на частоте 0,1 Гц. Для 6 кВ кабелей испытательное напряжение составляет 12 кВ, для 10 кВ кабелей –18 кВ, для 20 кВ кабелей — 36 кВ. Каждая фаза испытывается в течение 30 минут. Если КЛ короткая, то допускается испытание сразу всех жил относительно металлического экрана. Оболочка кабеля испытывается постоянным напряжением 5 кВ в течении 5 минут.

Диагностика оболочки кабеля проводится перед подключением, затем через 3 года после подключения, а дальше через каждые 4 года эксплуатации.

Гуреев Юрий Александрович (ЗАО «ПЗЭМИ» г. Подольск) сделал доклад о продукции своего завода, который занимается выпуском арматуры для силовых кабелей. Средний объем выпуска завода составляет 20-22 тыс. комплектов кабельной арматуры в месяц. Также завод активно занимается разработкой изоляционных термоусаживаемых материалов для собственного производства арматуры как самостоятельно, так и совместно с другими организациями. Завод участвовал в поставке кабельной арматуры для строящейся АЭС в г. Бушер (Иран).

Юрий Александрович обратил внимание на то, что к монтажу кабелей с изоляцией из СПЭ предъявляются очень жесткие требования. В процессе монтажа на изоляции кабеля не должны присутствовать элементы полупроводящего экрана. Наличие таких включений в муфте обязательно приведет через некоторое время к выходу КЛ из строя.

Все элементы кабельной муфты проходят испытания повышенным напряжением. В частности, полупроводящие термоусаживаемые трубки испытываются переменным напряжением: 40 кВ для 10 кВ муфт; 80 кВ для 20 кВ муфт и 115 кВ для 35 кВ муфт. В настоящее время надежность муфт при их правильном монтаже выше, чем надежность самого кабеля, при этом надежность муфт можно увеличить. Как правило, пробои в муфтах происходят из-за неграмотно проведенного монтажа, о чем так же говорили и другие докладчики.

Юрий Александрович также сообщил, что применение муфт для трехжильных кабелей с секторными жилами в настоящее время имеет ряд трудностей, одна из которых, это сложность снятия полупроводящих экранов с секторных жил.

На семинаре со стороны кабельных заводов выступил представитель ЗАО «Севкабель», который сообщил о развитии на заводе направления по производству силовых кабелей с изоляцией из СПЭ на напряжения до 110 кВ. Рассказал о повышенных требованиях к чистоте и культуре производства силовых кабелей, а также об особенностях наложения изоляции силового кабеля на напряжение 110 кВ на наклонной линии газовой вулканизации, на которой одинаковая толщина изоляции обеспечивается, помимо стандартных систем контроля, еще и за счет подкручивания жилы в вулканизационной трубе.

Силовые кабели на высокое напряжение на ЗАО «Севкабель» производятся по ТУ 16-705-495-2006, а на среднее напряжение по ТУ К71.335-2004.

Берман Виталий Ильич (компания «Росэлектромонтаж») начал свой доклад с того, что сравнил кабели с изоляцией из СПЭ и кабели с БПИ с точки зрения чувствительности к монтажу. Виталий Ильич также рассказал присутствующим о повышенных требованиях к монтажу кабеля с изоляцией из СПЭ, который требует высококвалифицированного подхода по сравнению с монтажом кабелей с БПИ. Он также напомнил о том, что, несмотря на активное применение в современных КЛ новых кабелей с изоляцией из СПЭ, кабели с БПИ имеют высокий уровень эксплуатационных параметров. Как отметил Виталий Ильич, кабели с СПЭ более чувствительны к перегрузкам и имеют, по сравнению с кабелями с БПИ, другую физику электрического пробоя. В качестве учебного материала был продемонстрирован фильм по монтажу кабельных муфт.

Представители фирмы «Себа-Спектрум» сообщили о современных методах определения мест повреждения кабелей с использованием беспрожиговой технологии, а также о методах испытаний кабелей с изоляцией из СПЭ сверхнизкой частотой 0,1 Гц. Они рассказали о диагностике электрических кабелей с помощью методов измерениявозвратногонапряжения,токаабсорбции и регистрации частичных разрядов.

Выступающие рассказали о существующих измерительных приборах для КЛ различных длин, уровня напряжения и сложности прокладки.

По сути, в крупных сетевых компаниях, для периодической диагностики КЛ, выполненных из кабелей с изоляцией из СПЭ, и ведения статистики (по ряду параметров) по этим линиям желательно создавать дополнительную службу, вооруженную всем необходимым диагностическим и измерительным оборудованием.

Были продемонстрированы привезенные образцы измерительных приборов, в том числе была проведена небольшая экскурсия по двум мобильным лабораториям, которые докладчики привезли с собой. Эти машины вызвали особый интерес у представителей монтажных и эксплуатационных организаций, присутствующих на семинаре.

Сравнивая этот семинар с семинаром прошлого года, можно сказать о том, что интерес к теме применения кабелей с изоляцией из СПЭ в КЛ несомненно возрастает.

На семинаре звучали призывы к производителям кабельных изделий самостоятельно заняться разработкой документов, которые бы устанавливали правила по прокладке кабелей с изоляцией из СПЭ. Но, откуда же у производителей кабельных изделий есть квалифицированные специалисты, которые способны разработать подобные документы. Получается, что если каждый производитель и сможет разработать комплект документов, необходимый для проектирования, монтажа, испытаний и эксплуатации КЛ, то они обязательно будут отличаться друг от друга и носить чисто рекомендательный характер, что, в свою очередь, только усугубит обстановку вокруг применения кабелей с изоляцией из СПЭ. Необходимы единые документы.

Итак, по итогам семинара можно сделать основные выводы:

Во-первых, необходимо разработать изменение к ПУЭ и включить в него требования к эксплуатации кабелей с изоляцией из СПЭ по всем напряжениям.

Во-вторых, необходимо разработать единый ГОСТ на силовые кабели с изоляцией из СПЭ на напряжение 10-35 кВ и единый ГОСТ на силовые кабели с изоляцией из СПЭ на 110 кВ и выше. Эти ГОСТы узаконят единые требования к качеству и безопасности силовых кабелей с изоляцией из СПЭ.

В-третьих, необходима разработка единых нормативных документов для проектирования, прокладки и монтажа, методов и объемов испытаний после прокладки и в процессе эксплуатации для диагностики КЛ, выполненных из силовых кабелей с изоляцией из СПЭ.

Все выше указанные документы нужны уже сейчас. Их отсутствие бесспорно является тормозом для продвижения кабелей с изоляцией из СПЭ в электрические сети России. Эта задержка может привести к огромным финансовым потерям отечественных производителей и сетевых компаний, которые могут быть значительно выше, чем стоимость разработки нормативных документов.