Инновации кабельной промышленности в области электроэнергетики

Page 1

Page 2

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2012, www.kabel-news.ru

Производство

ÈÍÍÎÂÀÖÈÈ

Инновации кабельной
промышленности в области
электроэнергетики

Михаил ШУВАЛОВ,

заведующий отделением кабелей

и проводов энергетического назначения

ОАО «ВНИИКП»

САМОНЕСУЩИЕ ИЗОЛИРОВАННЫЕ

ПРОВОДА

Линии электропередачи, оборудованные самоне-

сущими изолированными проводами (СИП), с точки
зрения надёжности и электробезопасности облада-
ют очевидными преимуществами по сравнению с
линиями с традиционными неизолированными про-
водами. Яркий пример тому — поведение проводов
в период «ледяного дождя», обрушившегося на Мо-
сковский регион зимой 2010/2011 года. ЛЭП, обо-
рудованные СИП, оказались значительно надёжнее.
Спрос на эти провода полностью удовлетворялся
отечественными заводами и даже в кризис 2008—
2009 гг., и несмотря на то, что рост производства
этих изделий несколько снизился, спада не наблю-
далось, и уже в 2011 году прирост составил 28%.

Основные типы СИП, производимых в России,

представлены в табл. 1.

К сожалению, сегодня некоторые отечествен-

ные и зарубежные компании стремятся предлагать
на рынке упрощённые и удешевлённые конструк-
ции СИП, которые не прошли весь комплекс ис-

Табл. 1. Основные типы изолированных

и защищённых проводов

Тип провода

Марка СИП

по ГОСТ Р

52373-2005

Изолированные провода на 0,6/1 кВ с не-
изолированной нулевой несущей жилой

СИП-1

Изолированные провода на 0,6/1 кВ с
изолированной нулевой несущей жилой

СИП-2

Изолированные провода на 0,6/1 кВ без
несущего элемента

СИП-4

Защищённые провода для линий электро-
передачи на 10—35 кВ

СИП-3

ИЗ ДОКЛАДА НА КРУГЛОМ СТОЛЕ «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА: БЕЗОПАСНОСТЬ И ИННОВАЦИОННЫЙ

ПОДХОД К РАЗВИТИЮ», ОРГАНИЗОВАННОМ ЖУРНАЛОМ «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. ПЕРЕДАЧА И

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ» И ЗАО «ЭКСПОЦЕНТР» В РАМКАХ ВЫСТАВКИ «ЭЛЕКТРО-2012»

пытаний и исследований, подтверждающий их на-
дёжность. Действующий в России национальный
стандарт предъявляет очень жёсткие требования
к СИП в части обеспечения надёжности и безава-
рийной эксплуатации в течение десятилетий. Если
у компании-поставщика нет протоколов испытаний
проводов, проведённых независимыми испытатель-
ными центрами, то заказчикам следует относиться к
ней очень осторожно.

КАБЕЛИ НА НАПРЯЖЕНИЕ 6—35 КВ С

ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого

полиэтилена (СПЭ) по сравнению с кабелями с бу-
мажной пропитанной изоляцией хорошо известны
(табл. 2).

Page 3

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2012, www.kabel-news.ru

Производство

ÈÍÍÎÂÀÖÈÈ

ность, которая смогла инвестировать средства в
создание новых цехов и технологических линий.

Конструкция кабелей с изоляцией из СПЭ

приведена на рис. 1.

ОАО «ВНИИКП» совместно с отечественны-

ми заводами-производителями проводит боль-
шую работу по обеспечению высокого качества
этих изделий, направленную на минимизацию
дефектности, и в первую очередь изоляционной
системы, которая является наиболее уязвимым
местом кабельной продукции. У большинства ка-
белей отечественного производства электриче-
ская прочность достаточно высока и составляет
65—70 кВ/мм.

На рис. 2 показаны основные и дополни-

тельные меры, которые должны осуществлять
заводы-изготовители по поддержанию высокого
качества кабельной продукции.

Новые кабельные изделия должны проходить

двухгодичные испытания, направленные на под-
тверждение надёжности согласно действующей
отраслевой документации. ВНИИКП, организуя
такие испытания, ориентировался на европей-

ские требования, которые были дополнены отече-
ственными. Эти требования в настоящее время от-
ражены в проекте государственного стандарта на
кабели среднего напряжения с изоляцией из СПЭ,
который в этом году будет опубликован и начнёт
применяться в кабельной промышленности. Прак-
тически все наши заводы эти испытания проходят
успешно. Однако если посмотреть на динамику ро-

По данным Московской кабельной сети, преиму-

щества кабелей с изоляцией из СПЭ таковы:
• возможность подключения к любому типу совре-

менного оборудования;

• прокладка при низких температурах без предва-

рительного прогрева;

• нечувствительность оболочки к агрессивным сре-

дам;

• нормальная эксплуатация в зонах блуждающих

токов;

• стойкость к вибрации (прокладка в теле мостов);
• неограниченное применение при любых перепа-

дах высот;

• отсутствие проблем «течей» в случае поврежде-

ния оболочки (особенно важно при прокладке в
кабельных сооружениях) и концевых муфт.
Кабели с изоляцией из СПЭ производятся в Рос-

сии сравнительно недавно, с 1998 года, и кабельная
промышленность смогла учесть ошибки, которые
были допущены зарубежными компаниями, являю-
щимися пионерами в этой области, и использовала
в производстве продукции современные технологии
и материалы.

Кабели с пропитанной бумажной изоляцией вы-

пускаются в нашей стране более 100 лет, с дорево-
люционных времён, и многие кабельные линии уже
выработали свой ресурс. Эти кабели работают мно-
гие десятилетия, поэтому интенсивность их отказов
сегодня достаточно высока.

Пока надёжность, которую демонстрируют отече-

ственные кабели с изоляцией из СПЭ, нас удовлет-
воряет. Сегодня почти полностью потребность в этих
изделиях удовлетворяет наша кабельная промышлен-

Табл. 2. Сравнительные эксплуатационные

показатели кабелей среднего напряжения с

пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией

Основные показатели

Вид изоляции

Пропи-

танная

бумажная

СПЭ

Длительно допустимая рабочая
температура,

Температура при перегрузках,

130

Стойкость к токам КЗ,

200

250

Нагрузочная способность, %

• при прокладке в земле
• при прокладке в воздухе

100
100

117
120

Разность уровней при прокладке, м

около 15

без огра-

ничения

Трудоёмкость при монтажах и
ремонтах

высокая

низкая

Показатели надёжности — удельная
повреждаемость, шт./100 км в год

• в свинцовых оболочках
• в алюминиевых оболочках

около 6
около 17

в 10-15 раз

ниже

Рис. 1. Базовая конструкция одножильного

кабеля среднего напряжения с изоляцией из

сшитого полиэтилена

1 — токопроводящая жила; 2, 4 — электропроводящий
экран; 3 — изоляция; 5 — электропроводящая влагонабу-
хающая лента; 6 — металлический экран; 7 — влагонабу-
хающая лента; 8 — наружная оболочка

Page 4

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2012, www.kabel-news.ru

ста производства кабелей,

то среди кабелей сред-

него напряжения доля кабелей с изоляцией из СПЭ
лишь немного превышает четверть.

Такая парадоксальная ситуация обусловлена

тем, что на рынке цены на эти изделия являются
значительно более высокими, чем на кабели сред-
него напряжения с пропитанной бумажной изоля-
цией. Тому есть ряд причин, и можно сказать, что
традиционная одножильная конструкция кабелей с
изоляцией из СПЭ имеет не только плюсы, но и ми-
нусы. Такие кабели достаточно дороги, и техниче-
ским решением, которое позволит хотя бы частично
решить эту проблему, является создание трёхжиль-

ных кабелей (табл. 3). На рис. 3 представлены две
конструкции таких кабелей с круглыми и секторны-
ми токопроводящими жилами.

Первая конструкция уже освоена некоторыми

отечественными заводами, а вторая представляет
собой перспективную разработку. Она значительно
менее материалоёмкая и более дешёвая, однако,
чтобы довести её до потребителя, необходимо прове-
сти полный цикл НИОКР и освоить производство как
кабелей, так и арматуры. Если потребители заинте-
ресуются в этих более экономичных изделиях, то мы
будем

готовы внедрять их в эксплуатацию в опытном

режиме совместно с энергосистемами (табл.4).

Производство

ÈÍÍÎÂÀÖÈÈ

Табл. 3. Динамика объёмов производства кабелей среднего напряжения (6—35 кВ) на предприятиях

Ассоциации «Электрокабель» (в трёхжильном исчислении)

Тип кабеля

Объёмы производства, тыс. км

Изменение к предыдущему году, %

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2006

2007

2008

2009

2010

Кабели с бумажной пропитан-
ной изоляцией

20,9

21,6 25,2

22,7

11,3

17,7

3,3

16,7

-9,9

-51,5

56,6

Кабели с изоляцией из СПЭ*

2,5

4,3

6,8

6,5

3,9

6,2

58,1

-4,4

-40

58,9

Доля кабелей с изоляцией из
СПЭ от общего объёма,%

10,7

16,6

21,3

22,3

25,6

25,9

55,1

28,3

4,7

14,8

1,2

* Количество заводов, выпускающих кабели с изоляцией из СПЭ, — 12. Количество линий газовой вулканизации —

19, в том числе на напряжение до 35 кВ — 15. Мощности по производству кабелей — 20 тыс. км.

Рис. 2. Схема контроля качества при изготовлении XLPE-кабелей среднего напряжения

Page 5

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2012, www.kabel-news.ru

КАБЕЛИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СПЭ

В последние годы ряд отечественных предприя-

тий — ООО «Камский кабель», ОАО «Севкабель»,
ОАО «Кирскабель», ОАО «Электрокабель «Кольчу-
гинский завод», ОАО «Таткабель» освоили выпуск
кабелей на напряжение 110—220 кВ, на момент под-
готовки данного доклада два из перечисленных заво-
дов располагают оборудованием для производства
кабелей на напряжение 330 кВ (табл. 5). Эта продук-

Производство

ÈÍÍÎÂÀÖÈÈ

Табл. 4. Сравнение материалоёмкости кабелей с секторными и круглыми жилами.

Кабель марки АПВВ 3х240/50-6/10 кВ

Элементы

конструкции

Соотношение масс, %

Однопрово-

лочные сек-

торные жилы

Многопроволоч-

ные секторные

жилы

Многопрово-

лочные круглые

жилы

Однопроволоч-

ные секторные

жилы

Многопроволоч-

ные секторные

жилы

Изоляция, кг/км

782

828

728

107

114

Электропроводные
экраны, кг/км

334

361

323

103

112

Внутренняя
оболочка, кг/км

324

347

1578

Наружная
оболочка, кг/км

629

720

864

Общая масса, кг/км

4535

4773

6065

Наружный диаметр, мм

55,9

59,7

1 — токопроводящая жила;
2, 4 — электропроводящий экран;
3 — изоляция;
5 — электропроводящая бумага;
6 — металлический экран;
7 — внутренняя оболочка;
8 — наружная оболочка;
9 — стальная броня;
10 — межфазные заполнения;
11 — медная проволока

Рис. 3. Конструкции трёхжильных кабелей

среднего напряжения

а) кабели с секторными жилами с общим
металлическим экраном;
б) кабели с круглыми жилами и индивидуальными
экранами поверх жил

а)

б)

Табл. 5. Испытания, выполненные в области

кабелей высокого напряжения

Заводы-

производители

Виды испытаний

Типовые

испытания

Преквалификационные

(годичные) испытания

ООО «Камский
кабель»

110 и 220 кВ —

выполнены

во ВНИИКП

110 кВ — закончены в

2011 г. во ВНИИКП

220 кВ — закончены в

2011 г.

в Чези (Германия)

ОАО
«Севкабель»

110 кВ —

выполнены во

ВНИИКП

220 кВ — выполнены

в НИИПТ, г. Санкт-

Петербург

ОАО
«Кирскабель»

110 кВ —

выполнены во

ВНИИКП

110 кВ — закончены в

2012 г. во ВНИИКП

ОАО
«Электрокабель
«Кольчугинский
завод»

110 кВ —

выполнены во

ВНИИКП

110 кВ — закончены в

2011 г. во ВНИИКП

ОАО
«Таткабель»
г. Казань

выполняются в НИИПТ

Page 6

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2012, www.kabel-news.ru

Производство

ÈÍÍÎÂÀÖÈÈ

ция должна проходить испытания, предусмотренные
нормами МЭК и требованиями ФСК ЕЭС, а именно
типовые и так называемые преквалификационные
испытания продолжительностью 1 год, подтвержда-
ющие ресурс кабелей. Предприятия, выпускающие
эти изделия, в большинстве своём уже прошли необ-
ходимые испытания, но сегодня ситуация такова, что
на российском рынке доминируют кабели высокого
напряжения импортного производства.

ВНИИКП проводит следующие мероприятия по

контролю качества кабелей высокого и сверхвысо-
кого напряжения отечественного производства:
• разработка единых технических условий «Кабе-

ли силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена
на напряжение 64/110 кВ» ТУ 16-705-495-2006 и
«Кабели силовые с изоляцией из сшитого поли-
этилена на напряжение 127/220 кВ» ТУ 3530-405-
00217053-2009;

• аудит

производства;

• определение импульсной прочности кабеля;
• углублённые лабораторные исследования каче-

ства изоляционной системы с использованием
РД16.К00-006-2000 «Комплексный анализ каче-
ства полимерной изоляции кабелей высокого на-
пряжения»;

• pазработка расширенной программы обеспече-

ния высокого качества высоковольтных кабелей,

А) Нарушение конструкции: отсутствие медной скрепляю-
щей ленты. В результате произошло дополнительное по-
вреждение проволочного экрана при пробое кабеля.
Б) Дефект медной проволоки экрана кабеля размером
около 2,1 мм.
В) Частицы меди в толще водоблокирующих лент. Размер
дефекта около 3 мм.
Г) Глубина надреза электропроводящего полимерного
экрана около 0,4 мм.
Д) Включение инородного материала в изоляции разме-
ром около 0,9 мм. Обнаружено в кабеле 110 кВ после про-
боя при приёмо-сдаточных испытаниях.
Е) Выступ на внутреннем электропроводящем экране вы-
сотой 100±5 мкм. Обнаружен в кабеле 220 кВ в результате
обследования места пробоя.

Рис. 4. Грубые дефекты, обнаруженные в кабелях импортного производства

при обследовании в ОАО «ВНИИКП»

производимых предприятиями — членами Ассо-
циации «Электрокабель».
Поступающая сегодня на российские рынки им-

портная кабельная продукция далеко не безупреч-
на. Энергетические компании в последнее время
привлекают ВНИИКП для рассмотрения аварий, ко-
торые происходят на кабельных линиях, оборудован-
ных зарубежными изделиями, а также для входного
контроля при поставках продукции. Часто при этом
выявляются грубые технологические и конструктив-
ные дефекты.

Различные дефекты, обнаруживаемые в импорт-

ных кабелях высокого напряжения, представлены
на рис. 4. Пример грубого конструктивного дефек-
та — отсутствие скрепляющей медной ленты поверх
медного проволочного экрана, приводящее в случае
отказа кабеля к распределённому повреждению
проволочного экрана на довольно большой длине.

Другим примером грубых дефектов являются

«заусенцы» на проволочном экране, которые при-
водят к повреждению изоляционной системы кабе-
ля, и как следствие — к скорому отказу. Целый ряд
кабелей европейского производства имел подобные
дефекты.

Разумеется, «скрытые» внутренние дефекты изо-

ляционной системы не так заметны. Их можно уви-
деть только при детальном микроскопическом ла-

А)

Д)

Е)

Г)

В)

Б)

Page 7

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2012, www.kabel-news.ru

бораторном исследовании. Размеры этих дефектов
выходят за рамки допустимых по нашей документа-
ции и приводят к образованию электрических триин-
гов — каналов неполного пробоя (рис. 5).

ИННОВАЦИОННЫЕ ТИПЫ

ПРОВОДОВ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

В промышленно развитых странах доля кабель-

ных линий в общем количестве ЛЭП сравнительно
очень мала, например, в США — 1,6%, а в России
ещё ниже. Поэтому, учитывая огромные простран-
ства нашей страны и географическую удалённость
источников электроэнергии от её потребителей,
становится понятно, насколько важны для нас воз-
душные линии электропередачи. Российские энер-
гетические компании в последнее время проявляют
значительный интерес к инновационным типам про-
водов, применяемых за рубежом. Примером может
служить провод АЕRО-Z, который имеет
ряд технических преимуществ, в частности,
он обладает меньшей массой, повышенной
электропроводностью и меньшим аэроди-
намическим сопротивлением по сравнению
с проводами традиционной конструкции.

В России есть аналогичные разработки

(рис. 6) с подобными техническими характе-
ристиками, и в настоящее время ВНИИКП
совместно с отечественными предприятия-
ми проводит работу по внедрению их в про-
изводство и затем в эксплуатацию.

Одним из шагов, направленных на по-

вышение конкурентоспособности отече-

Производство

ÈÍÍÎÂÀÖÈÈ

Рис. 5. Электрический триинг,

зародившийся на инородном

включении в изоляции

высоковольтного кабеля

ственных неизолированных проводов, является
применение в качестве проводящего материала не
традиционного алюминия, а алюминий-циркониевого
сплава, который позволяет повысить предел рабо-
чей температуры до 150—160

С и даже до 210

С.

В табл. 6 приводится сравнение этого сплава с

традиционным алюминием.

На рис. 7а приведена конструкция, которую

ВНИИКП разработал совместно с одним из ка-
бельных заводов, из термостойкого алюминиевого
сплава с сердечником из стальной проволоки, пла-
кированной алюминием, позволяющим повысить
коррозионную стойкость конструкции.

Другой пример разрабатываемой сегодня инно-

вационной конструкции — неизолированный ком-
пактный провод из профилированных алюминиевых
проволок или проволок из алюминиевого сплава Al-
Zr с сердечником из стальной оцинкованной прово-
локи (рис. 7б).

Табл. 6. Свойства высокотемпературных проводников на основе

алюминий-циркониевого сплава (Al-Zr) в сравнении

с электротехническим алюминием марки АТ

Свойства

Сплав Al-Zr

Алюминий АТ

Удельное сопротивление при 20°C,
Oм

⋅

28,73x10

-9

28,26x10

-9

Предел прочности на разрыв, МПа

•

при диаметре проволок < 4 мм

• при диаметре проволок > 4 мм

162
159

185—165

160

Предельное удлинение, %

2,0

Сохранение механических свойств при
нагревании до 280

С/ч

• предел прочности, МПа
• относительное удлинение, %

примерно 150

примерно 2,0

70—90
10—25

Плотность, г/см

2,7

Рабочая температура,

до 210

до 90

Максимальная температура при крат-
ковременных пиках нагрузки,

240

100

Рис. 6. Компактные конструкции высокотемпературных

проводов, принятые в разработках ВНИИКП

А) На основе трапецеидальных проволок
(классическая конструкция)

Б) На основе стреловидных проволок
(оригинальная конструкция ВНИИКП)

Page 8

«КАБЕЛЬ-news», № 4, 2012, www.kabel-news.ru

КАБЕЛИ

И ПРОВОДА ПОЖАРОБЕЗОПАСНОГО

ИСПОЛНЕНИЯ

Среди электротехнических изделий, причаст-

ных к возникновению и распространению пожа-
ра, кабели и провода занимают первое место. Это
обусловлено тем, что они изготовлены из органи-
ческих материалов, способных к горению, а также
тем, что они, будучи распределёнными изделия-
ми, способствуют распространению пламени.

Сегодня на многих отечественных заводах

выпускаются кабели, не распространяющие
горение. Такие кабели выпускаются на низ-
кое и среднее напряжение с использованием
оболочек из пожаробезопасных материалов и
термических барьеров. Изоляция кабелей низ-
кого напряжения также выполняется из пожа-
робезопасного материала. Сегодня в России
производятся кабели низкого напряжения, ко-
торые обладают свойством огнестойкости, т.е.
в течение некоторого ограниченного времени
они в состоянии передавать электроэнергию

Производство

ÈÍÍÎÂÀÖÈÈ

Рис. 7а. Провод неизолированный из

термостойкого алюминиевого сплава Al-

Zr (алюминий-цирконий) с сердечником

из стальной проволоки, плакированной

алюминием, с рабочей температурой до 150

Рис. 7б. Провод неизолированный компактный

из профильных алюминиевых проволок

(рабочая температура – 90

С) или из проволок

алюминиевого сплава Al-Zr (рабочая

температура – 150

С) с сердечником из стальной

оцинкованной проволоки

в условиях пожара. Это свойство обеспечивается
использованием в качестве изоляции специальных
стеклослюдянитовых лент. В настоящее время не-
которыми отечественными предприятиями освоено
также производство огнестойких кабелей среднего
напряжения 6–10 кВ (рис. 8).

Следующим этапом работ в области разработки

изделий пожаробезопасного исполнения является
создание кабелей низкого напряжения, которые
обладают пониженной токсичностью продуктов
горения. Пониженная токсичность обеспечивается
за счёт применения специального поливинилхло-
ридного пластиката.

В заключение хочу отметить, что кабели высо-

кого напряжения, имеющие большой объём горю-
чей массы, часто прокладываются в коллекторах,
и легко себе представить, какую опасность они
будут представлять, если их прокладывать без
средств огнезащиты. Традиционно применяются
специальные мастики, которые достаточно до-
роги и имеют ограниченный ресурс. Во ВНИИКП
разработаны специальные высоковольтные кабе-
ли, которые обладают свойством нераспростра-
нения горения.

Для испытаний этих кабелей потребовалось

создать специальную методику, которая, с одной
стороны, основана на требованиях МЭК, а с дру-
гой — учитывает чрезвычайно большой объём
горючей массы, содержащейся в высоковольтных
кабелях.

В настоящее время ряд отечественных заводов

приступил к производству нераспространяющих
горение кабелей на напряжение 110 кВ.

1 — токопроводящая жила; 2 — огнестойкий барьер;
3 — экструдированные электропроводящие экраны;
4 — изоляция из сшитого полиэтилена; 5 — электропроводя-
щая бумага; 6 — металлический экран; 7 — кабельная бумага;
8 — внутренняя оболочка/межфазное заполнение из полимер-
ной композиции, не содержащей галогенов;
9 — оболочка из полимерной композиции, не содержащей
галогенов

ПвПнг(А)-FRHF(180) 1х240/25-10

ПвПнг(А)-FRHF(30) 3х120/25-10

Рис. 8. Силовые огнестойкие кабели на напряжение

10 кВ по ТУ 16.К71-343-2004

Оригинал статьи: Инновации кабельной промышленности в области электроэнергетики

Читать онлайн

Из доклада на круглом столе «Электроэнергетика: безопасность и инновационный подход к развитию», организованном журналом «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» и ЗАО «Экспоцентр» в рамках выставки «Электро-2012»