130
Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»
КОПЧЕНКОВ Д.М.,
руководитель ИДЦ ПКБ «РЭМ»,
ПЕТРОВ А.В.,
ведущий инженер ГК ИМАГ
КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СПЭ
И С БПИ. КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ И ОЦЕНКА
ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА
С
огласно действующей технической поли-
тике ряда энергокомпаний России при
строительстве новых кабельных линий
(КЛ) и ремонте существующих применяется
кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена
(СПЭ). Основными достоинствами КЛ с изоля-
циев из СПЭ перед КЛ с бумажно-пропитанной
изоляцией (БПИ) считаются:
• большие строительные длины;
• меньшие габариты;
• большая пропускная способность;
• прокладка и монтаж при низких температурах;
• увеличение радиуса изгиба при прокладке;
• отсутствие проблем перетекания масла при
прокладке по наклонной трассе;
• устойчивость к повреждениям.
К сожалению, большинство из перечисленных
достоинств не нашли своего подтверждения
при применении таких кабелей на практике.
Возникает вопрос: почему? На начальном этапе
внедрения данной технологии в нашей стране
кабельные заводы не могли выпускать кабель,
отвечающий техническим условиям, который
бы гарантировал заявленные характеристики
и соответствовал ожиданиям потребителей.
С течением времени большинство заводов были
оснащены специализированным иностранным
оборудованием и смогли наладить выпуск кабеля
по новым технологиям, но рынок кабеля с изоля-
цией из СПЭ, как и его производство в нашей
стране, всё ещё очень сильно зависит от импор-
та. Также до сих пор остаётся открытым вопрос о
технологии сшивки и материалах, используемых
для производства.
Важным является вопрос о режимах работы
нейтрали и токах короткого замыкания в экра-
нах, что в свою очередь тесно связано с вопро-
сами выбора сечения экранов и способах его
заземления. К сожалению, как показывает опыт
эксплуатации КЛ с изоляцией из СПЭ (КЛ СПЭ),
многие проектирующие организации совершен-
но не учитывают этих особенностей, и в конеч-
ном итоге сама идея перехода на КЛ СПЭ в целях
экономии затрат не всегда оправдывает себя.
Настоящей проблемой при внедрении новых
КЛ стало отсутствие достаточного опыта и знаний
у специалистов организаций, занимающихся
прокладкой и пуско-наладочными работами. Ещё
более осложняет положение отсутствие современ-
ной нормативно-технической базы, регламенти-
рующей эксплуатацию и обслуживание КЛ СПЭ.
В сложившейся ситуации перед энергокомпа-
ниями стоит непростая задача обслуживания,
поддержания и оценки рабочего состояния как
КЛ с БПИ, так и КЛ СПЭ.
На протяжении последних 10 лет специали-
сты лаборатории ООО ПКБ «РЭМ» занимались
вопросами испытания, поиска повреждений
и оценкой остаточного ресурса КЛ СПЭ, КЛ с
БПИ и смогли сформировать ряд рекомендаций
для эксплуатирующих организаций, способных
помочь им в работе.
Как показала практика, при условии, что
технологический процесс производства кабе-
ля не был нарушен, говорить о внутренних
дефектах изоляции, приводящих к пробо-
ям, не приходится. Для КЛ СПЭ, проклады-
ваемых в России, характерны механические
131
6–8 февраля 2013 г. Ханты-Мансийск
повреждения, вызванные в основном небреж-
ностью и нарушением технологий и рекоменда-
ций заводов при прокладке кабеля и монтаже
муфт. Огромное отрицательное воздействие
оказывает влияние электромагнитных процес-
сов, возникающих при испытаниях основной
изоляции напряжением постоянного тока.
В процессе работы со многими эксплуати-
рующими организациями были выявлены факты
ошибок заземления экранов, допущенных на
этапе проектирования. Можно с уверенностью
констатировать, что для КЛ СПЭ напряжением
до 10 кВ характерны повреждения целостности
защитной оболочки по длине, а для КЛ СПЭ 35,
110, 220 кВ также преобладают повреждения в
муфтах.
Предотвращение повреждений защитной
оболочки КЛ СПЭ является важнейшим факто-
ром её безаварийной работы. Особенно это
важно для КЛ напряжением до 10 кВ, так как
защитная оболочка таких кабелей более уязвима
по сравнению с КЛ напряжением 35 кВ и выше.
К сожалению, большие объёмы работы и стои-
мость проектов по прокладке таких линий по
сравнению с КЛ большего напряжения зачастую
приводят к упрощённому исполнению таких проек-
тов и отступлению от рекомендаций по вопросам
пуско-наладочных работ заводов-изготовителей.
Поскольку повреждение оболочки может быть
связано с повреждением основной изоляции,
контроль оболочки может сэкономить силы
эксплуатирующей организации, направленные
на поиск повреждения КЛ, а также сохранить
её ресурс. Зачастую при поиске повреждений
основной изоляции прибегают к её прожигу,
что впоследствии приводит к замене участка
КЛ и установке муфт. Локализация поврежде-
ния оболочки иногда позволяет локализовать
повреждения изоляции и обойтись установкой
специальной «манжеты».
После прокладки КЛ необходимо проводить
измерения сопротивления изоляции (СИ) между
каждым проводником КЛ относительно зазем-
лителя. Практика работы показывает, что при
тестовом напряжении в 2,5 кВ значение СИ,
измеренное на 60-й секунде, должно быть не
менее 1 ГОм. При этом измерение СИ позво-
лит выявить дефекты как КЛ СПЭ, так и КЛ с
БПИ.
После прокладки КЛ СПЭ необходимо выпол-
нить испытание внешней защитной оболочки.
Для этого используются источники постоянного
тока с возможностью контроля и измерения тока
утечки. Тестовое напряжение в 10 кВ прикладыва-
ется между защитным экраном кабеля и рабочим
заземлением не более чем на 1 минуту. В процес-
се испытания контролируется ток утечки. Исходя
из опыта отечественных лабораторий, ток утечки
качественно смонтированной линии не превышает
20—40 мкА. В случае если при испытании защит-
ной оболочки ток утечки превышает это значение
или уровень тестового напряжения снижается,
это может быть симптомом наличия различных
дефектов. Из практики работы лаборатории ООО
ПКБ «РЭМ» известны случаи, когда недобро-
совестные монтажные организации, повредив
оболочку при прокладке, герметизировали её
целлофановыми пакетами и изолентой только
для того, чтобы КЛ выдержала испытания, не
задумываясь о последствиях эксплуатации.
Испытание защитной оболочки регла-
ментируется документами заводов-
изготовителей, нормативом DIN VDE 0276,
часть 620,632, ТУ 16.К71-335-2004, а также
ГОСТ Р МЭК 60840-2011, ГОСТ Р МЭК
62067-2011.
Сложностью является отсутствие общей
нормативной рекомендации, регламенти-
рующей работу с КЛ СПЭ в части испытаний
её изоляции. Основной документ, регла-
ментирующий такие испытания, это ПУЭ.
Согласно ПУЭ, при проведении приёмо-
сдаточных испытаний электрооборудования,
132
Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»
не охваченного документом, а КЛ СПЭ к нему
относится, следует руководствоваться инструк-
циями заводов-изготовителей. Однако многие
эксплуатирующие организации, ссылаясь на
ПУЭ, применяют испытание выпрямленным
током.
Испытание КЛ СПЭ нельзя проводить постоян-
ным напряжением из-за накопления объёмного
заряда в микровключениях изоляции (особенно
для КЛ среднего напряжения, т.к. кабель может
быть выполнен по технологии силанольной
сшивки). Накопленный заряд не удаляется после
испытания, а подача рабочего напряжения приво-
дит к суммированию напряжённостей электропо-
лей. Это в свою очередь приводит к локальному
повышению пределов прочности изоляции и её
разрушению. Ряд зарубежных опытов показал,
что наиболее эффективным и щадящим мето-
дом испытаний является испытание переменным
напряжением, при этом на сверхнизкой частоте
0,1 Гц.
Важно помнить о том, что при выборе обору-
дования для испытания специалисты встречают
системы с различными формами напряжения и
частотой, отличающейся от 0,1 Гц. В чём же отли-
чия? Во-первых, следует определиться с уровнем
испытательного напряжения, оно должно выдер-
живаться на всём протяжении испытания. На
сегодняшний день на рынке предлагаются систе-
мы с синусоидальной формой (СФ) напряжения
и формой напряжения косинус — прямоугольной
(КПФ). При этом для напряжения КПФ действую-
щее и амплитудное значения равны, а вот для
напряжения СФ они отличаются в 1,43 раза.
Это следует помнить при выборе установок, так
как зачастую производители установок с СФ
напряжения в характеристиках систем указы-
вают только амплитудное значение. Во-вторых,
следует помнить о том, что частота испытатель-
ного напряжения должна строго соответствовать
значению 0,1 Гц. Об это следует говорить, так
как на рынке существуют установки с возможно-
стью снижения частоты напряжения до уровней
0,01 Гц и т.д. Дело в том, что к снижению частоты
прибегают только в том случае, если установке
не хватает ёмкости для испытания КЛ, что само
по себе является минусом для универсальности
установок. Задача испытания повышенным
напряжением заключается в том, чтобы за
минимальное время и при оптимальном напря-
жении выявить слабые места в изоляции кабеля.
Согласно исследованиям, этому требованию
наиболее удовлетворяют испытания на часто-
те 0,1 Гц. Выявление слабых мест в изоляции
достигается путём ускоренного развития дефек-
та. При этом процессам разрушения изоляции
предшествует разрушение микроповреждений
вследствие смены полярности испытательного
напряжения с положительной на отрицательную.
Именно опытным путём было доказано, что если
смена полярности происходит с частотой ниже
0,1 Гц, то дефект развивается намного дольше и
фактически испытания проходят неэффективно,
так как кабель приходится подвергать длительно-
му воздействию повышенного напряжения.
Согласно современной зарубежной докумен-
тации, в частности DIN VDE 0276, часть 620,
уровень тестового напряжения для КЛ СПЭ не
должен превышать трёхкратного фазного. Для
КЛ с линейным напряжением 6 кВ рекомендуемое
значение напряжения испытания — 10 кВ, для
КЛ 10 кВ — 18 кВ, для КЛ 20 кВ — 35 кВ. Время
испытания составляет 15 минут. Для линий более
высокого напряжения допускается постановка
КЛ под рабочее напряжение на 24 часа. Для КЛ
СПЭ напряжением 35 кВ и выше на сегодняшний
день можно руководствоваться ГОСТ Р МЭК
60840-2011, ГОСТ Р МЭК 62067-2011.
К сожалению, испытания не могут выявить всех
дефектов, равно как и не позволяют спрогнози-
ровать остаточной ресурс линии. На сегодняшний
день эта задача становится одной из важнейших,
так как она тесно связана со страхованием энер-
гетических объектов, планированием ремонтов,
формированием бюджетов предприятий, безава-
рийной работой энергосистемы.
Для решения этой задачи с наилучшей стороны
себя зарекомендовали следующие методы:
• измерение и локализация частичных разрядов
в изоляции (с отключением линии и под рабо-
чим напряжением);
• измерение тангенса угла диэлектрических
потерь (tg
);
измерение возвратного напряжения (ВН) для
КЛ с БПИ и тока релаксации (ТР) для КЛ СПЭ;
• тепловизионный контроль.
Для достоверного определения состояния
КЛ, в зависимости от её конструкции, возможна
133
6–8 февраля 2013 г. Ханты-Мансийск
комбинация нескольких диагно-
стических методов.
Измерение частичных разрядов
с отключением линии (табл. 1)
выполняется при снятии напря-
жения и отсоединении линии от
оборудования. Измерения выпол-
нялись при помощи установок,
создающих затухающие пере-
менные колебания (OWTS). Суть
метода заключается в зарядке КЛ
от высоковольтного источника
системы OWTS до напряжения
1,7 U фазного и формирова-
нии переменного затухающего
напряжения частотой 20—300 Гц,
влияющих на появление ЧР и
определение их параметров.
В результате можно получить
информацию об уровнях ЧР, их
плотности и месте возникно-
вения. Установка OWTS также
позволяет измерять tg
.
На сегодняшний день данные
измерения регламентируются
стандартами IEC 60270:2001,
IEEE 400-2001, часть 3, ГОСТ Р
МЭК 60840-2011, ГОСТ Р МЭК
62067-2011.
Для оценки общего состоя-
ния изоляции КЛ применяется
установка CDS. Суть её рабо-
ты заключается в зарядке КЛ
различными напряжениями и
измерении ВН, его анализе. При
измерении ТР оценивается ток
разряда с изоляции и дефектов.
При выборе систем для работы
рассматривалось оборудова-
ние, позволяющее измерять ЧР
при испытании КЛ переменным
напряжением на сверхнизкой
частоте, однако, согласно
информации ряда опытов, в
этом случае нельзя достоверно
судить об уровне возникновения
ЧР из-за его завышения. Так,
к примеру, для одной и той же
линии уровни возникновения ЧР
Табл. 1. Критерии оценки состояния КЛ по уровню ЧР
(с отключением линии )
Местоположение
Тип изоляции
Пороговое
значение, пКл
Изоляция
БПИ
10000
СПЭ
20
Муфта
Маслонаполненная
10000
Резиновая 5000
Силиконовая 1000
Концевая муфта
Маслонаполненная
6000
Сухая
3500
Термоусадочная
250
Табл. 2. Критерии оценки состояния КЛ по уровню ЧР
(под рабочим напряжением)
Для аксессуаров
Пороговое
значение СПЭ
до 45 кВ, пКл
Пороговое
значение
БПИ до 45
кВ, пКл
Заключение
Пороговое
значение
СПЭ
66—400 кВ
500 4000
Разряд в допустимых
пределах
250 пКл
1000 6000
Рекомендуется
контроль
2500 10000
Рекомендуется регулярный
контроль
1000 пКл
> 2500
> 10000
Найдите место частичного
разряда, проведите ремонт
или замену
> 1000 пКл
Для изоляции КЛ
250 2500
Разряд в допустимых
пределах
50
350 5000
Рекомендуется
контроль
200
500 7000
Рекомендуется регулярный
контроль
400
> 500
> 7000
Найдите место частичного
разряда, проведите ремонт
или замену
> 400
134
Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»
при их измерении на частоте 50 Гц и частоте
0,1 Гц отличаются, при этом для случая с 0,1 Гц
напряжение возникновения выше в 2 раза. Такие
системы можно использовать только как индика-
тор наличия ЧР.
Для измерения ЧР под рабочим напряжением
(табл. 2) применялась система Longshot. Система
подключается к КЛ при помощи трансформа-
торов тока и ёмкостных датчиков и позволяет
анализировать и локализовать ЧР под рабочим
напряжением до 750 кВ за выбранное количество
периодов промышленной частоты, при этом ПО
системы позволяет определить источник разряда
и его параметры, а также провести локализацию.
Важно понимать, что общих критериев, по
которым делается вывод о состоянии КЛ,
формально не существует, а есть только
рекомендации CIGRE, KEMA, IEEE, IEC, реко-
мендации производителей диагностического
оборудования, лабораторий, полученные иссле-
довательским путём на основе измерений опре-
делённых объектов в конкретных условиях. На
основе множества публикаций и исследований
можно дать общую таблицу сводных критериев
уровней критичности ЧР.
Впоследствии эти критерии были уточнены
лабораторией ООО ПКБ «РЭМ» совместно с ОАО
«Ленэнерго», что позволило в 2010 году сформи-
ровать первый в России документ «Объёмы и
нормы щадящих и неразрушающих методов испы-
таний и диагностики кабельных линий 6—110 кВ».
После этого, в 2012 году, совместно с ОАО
«ДРСК» был разработан документ «Инструкции
по объёму и периодичности испытаний кабелей
6—110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена».
Диагностика КЛ СПЭ и с БПИ, проведённая в
2012 году, дала следующие результаты (приве-
дены результаты работы только для КЛ напря-
жением не выше 35 кВ, не включены данные по
измерениям частичных разрядов под рабочим
напряжением и данные по КЛ 110 кВ).
Продиагностировано 16 КЛ напряжением
35 кВ.
Из них две были рекомендованы в ремонт,
а четырнадцать нуждались в повторной диагно-
стике. В результате из строя вышли четыре линии,
две рекомендованные в ремонт и две рекомендо-
ванные к повторной диагностике. У семи КЛ ЧР
удалось локализовать, и у двух из четырёх места
локализации ЧР и места повреждения совпали.
Продиагностировано 129 КЛ напряжением
6—10 кВ.
Из них двадцать шесть были рекомен-
дованы в ремонт. В результате из строя вышли
семь линий. У пяти из семи места локализации
ЧР и места повреждения совпали. Уровень ЧР у
всех вышедших из работы КЛ находился в допу-
стимых пределах. Пробой изоляции произошёл
из-за критичных значений напряжения возник-
новения ЧР, степени увлажнения и старения
изоляции КЛ.
На основе полученных результатов можно
сделать следующие выводы.
1. Рекомендации по критериям критичности
нуждаются в уточнении для КЛ, эксплуати-
руемых в России, решающими значениями,
требующими анализа, являются уровень ЧР,
концентрация, напряжение возникновения.
2. Невозможно на 100% спрогнозировать выход
КЛ из строя, но вероятность достаточно высока.
3. Сделать заключение об остаточном ресурсе
КЛ в некоторых случаях можно только на осно-
ве измерения ЧР и оценки общего состояния
методом ВН или ТР.
4. Небольшое количество локализованных мест
предположительно объясняется сильно увлаж-
нённой изоляцией, так как влажная среда не
позволяет развиваться ЧР.
5. При длине КЛ больше 4 км локализовать ЧР
очень сложно. Это связано с большим количе-
ством ЧР и переотражений от всех неоднород-
ностей (старые кабели и большое количество
муфт).
При измерениях ЧР под рабочим напряжением,
проведённых в 2012 году лабораторией ООО
ПКБ «РЭМ» совместно с лабораторией ГК ИМАГ,
сделаны следующие выводы.
1. В случае если при диагностике применяются
методы, исключающие отключение КЛ, возмож-
но сделать заключение только о состоянии КЛ,
без выводов об остаточном ресурсе.
2. Локализация места возникновения ЧР во
многом зависит от конструкции КЛ. Если КЛ
соединяется с воздушной линией электропереда-
чи, определение прямого и отражённого импуль-
сов ЧР, необходимых для локализации, является
трудоёмкой задачей. Зачастую для проведения
локализации требуется одновременная работа с
обоих концов КЛ, в частности установка специ-
ального прибора для отражения импульсов ЧР.
Оригинал статьи: Кабельные линии с изоляцией из СПЭ и с БПИ. Контроль состояния и оценка остаточного ресурса
Согласно действующей технической политике ряда энергокомпаний России при строительстве новых кабельных линий (КЛ) и ремонте существующих применяется кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ).
