Отечественные кабели среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена для линий электропередачи

Page 1

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

Отечественные кабели среднего
и высокого напряжения
с изоляцией из сшитого
полиэтилена для линий
электропередачи

Развитие экономики в России

в начале 2000-х годов поставило

перед кабельной промышлен-

ностью задачу по обеспечению

электроэнергетики современны-

ми видами силовых кабелей, в

частности кабелями для распре-

делительных сетей среднего (СН)

(10-35 кВ) и высокого напряжения

(ВН) (110-330 кВ).

Кабели с пропитанной бумаж-

ной изоляцией СН и маслонапол-

ненные кабели ВН уже не могли

удовлетворить нужды электро-

энергетики по своим техническим

и эксплуатационным параметрам,

а трудоемкая технология их из-

готовления — по количествен-

ной потребности. Потребовалась

перестройка на инновационные

типы кабелей и, соответственно,

на инновационные технологии

их производства. Кабели с изо-

Образцов Юрий Васильевич,

кандидат технических наук,

заместитель заведующего отделением кабелей и проводов

энергетического назначения ОАО «ВНИИКП» (Москва)

Юрий Васильевич Образцов

Page 2

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

ляцией из сшитого полиэтилена

взамен кабелей с пропитанной

бумажной изоляцией решали дан-

ную задачу. В табл. 1 приведены

сравнительные эксплуатацион-

ные характеристики силовых ка-

белей с пропитанной бумажной и

пластмассовой изоляцией. Срав-

нение этих показателей позволя-

ет сделать определенный вывод

в пользу применения кабелей с

изоляцией из сшитого полиэти-

лена в распределительных сетях

энергосистем.

Кабели отечественного про-

изводства в условиях свободных

рыночных отношений должны

быть конкурентоспособными по

отношению к кабелям передовых

западных производителей, имею-

щих многолетний опыт производ-

ства и достигших высокого уровня

качества в соответствии с требо-

ваниями стандартов ЕЭС (HD-620,

HD-605). Поэтому факторы высо-

кого качества кабелей являются

непременным и главным условием

для их освоения в производстве

на российских заводах.

Монолитная полимерная изо-

ляция кабелей, в отличие от про-

питанной бумажной изоляции,

является более чувствительной

к разного рода посторонним

включениям, пустотам и другим

дефектам, которые повышают

локальную напряженность элек-

трического поля, снижают про-

бивные напряжения и создают

предпосылки для образования

водных триингов при эксплуата-

ции кабелей в условиях влажной

среды.

На рис. 1—3 показаны приме-

ры посторонних включений и ха-

рактерных дефектов в изоляции,

выявленных в процессе электри-

ческих испытаний кабелей и об-

наруженных при последующем

анализе дефектности изоляци-

онной системы, выполненном в

лабораториях ОАО «ВНИИКП».

Этими исследованиями подтверж-

дена зависимость электрической

прочности от размеров включе-

ний и установлена минимальная

расчетная напряженность элек-

трической прочности на уровне



40 кВ/мм (рис.4).

Реально достигнутая пробив-

ная прочность кабелей среднего

напряжения перед постановкой

на производство составила от 54

до 72 кВ/мм благодаря совмест-

ным усилиям ОАО «ВНИИКП» и

заводов производителей по от-

ладке «чистой» технологии из-

готовления, гарантирующей низ-

кую дефектность изоляционной

системы производимых кабелей.

Табл. 1. Сравнительные эксплуатационные характеристики силовых кабелей

с пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией

№

п/п

Наименование характеристик

(параметров)

Кабели

с пропитанной

бумажной изоляцией

Кабели

с изоляцией

из сшитого

полиэтилена

Длительно допустимая рабочая

температура,ºС

Допустимая температура при

перегрузках до 1000 часов на

период эксплуатации, ºС

130

Температура при токах К.З., ºС

200

250

Нагрузочная способность кабелей:

прокладка в земле, %

прокладка в воздухе, %

100

115-125

145-170

Допустимый перепад высот по

трассе КЛ, м

без ограничения

Трудоемкость монтажа и ремонта

высокая

низкая

Надежность в эксплуатации:

удельная повреждаемость (число

отказов на 100 км кабелей в год)

8-15

на один-два

порядка ниже

Волокно, распавшееся на 2 фрагмента
с размерами 30 мкм (1) и 160 мкм (2).

Волокно хлопка — иденти-
фицировано по харак-
терному сплющенному
каналу, расположенному в
центральной части волокна

Включение термически
деструктированного
полиэтилена размером
350 мкм

Рис. 1. Включение в изоляции

Рис. 3

Рис. 2

Page 3

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

На рис. 5 приведена схема кон-

троля качества при изготовлении

кабелей среднего и высокого на-

пряжений.

В ОАО «ВНИИКП» на протяже-

нии последних лет разработаны и

широко используются оригиналь-

ные методики обнаружения не

только дефектов изоляционной

системе кабелей, но и водных три-

ингов, а также оценки степени ста-

рения полимера внутри триинга и

прогнозирования срока службы

кабеля. Развитые методические

подходы и созданные экспери-

ментальные установки позволяют

оценивать качество изготовления

кабеля, изучать механизмы ста-

рения изоляции, решать задачи

по прогнозированию остаточного

ресурса.

На рис. 6 приведены изобра-

жения водных триингов, развива-

ющихся в процессе длительного

влажного старения полимерной

изоляции при воздействии повы-

шенной напряженности электри-

ческого поля. Рис. 7 демонстри-

рует изменение электрической

прочности полномасштабных об-

разцов кабелей от времени испы-

таний в течении 17500 ч (2 года).

Прочность испытанных кабелей

после одного и двух лет старения

почти вдвое превышает нормиро-

ванный уровень по стандарту HD

620. В объем выполненных испы-

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6. Изображения водных
триингов в фазовом контрасте:

1 — триинг типа «бант» длиной
800 мкм;

2 — триинг типа «веер» длиной
200 мкм

Page 4

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

таний вошли кабели среднего на-

пряжения заводов изготовителей

по позициям 1-6 таблицы 3.

Для кабелей высокого на-

пряжения низкая дефектность

изоляционной системы является

ключевым фактором, т.к. рабочие

напряженности электрического

поля многократно увеличиваются

по сравнению с кабелями сред-

него напряжения. Увеличенная

толщина изоляции из сшитого по-

лиэтилена поставила задачи по

исследованиям дополнительных

факторов, влияющих на электри-

ческую прочность кабелей ВН. К

ним относятся внутренние меха-

нические напряжения и остаточ-

ное газосодержание в полиэтиле-

новой изоляции кабелей.

На рис. 8 показано влияние вну-

тренних механических напряжений

на импульсную прочность; рис. 9

демонстрирует микроскопические

газовые включения, снижающие

электрическую прочность.

Работами ОАО «ВНИИКП» по-

казано, что внутренние механи-

ческие напряжения и остаточное

газосодержание определяются

технологией формирования изо-

ляции (экструзия, сшивка, охлаж-

дение, дегазация). Наличие (от-

сутствие) этих двух факторов в

изготовляемых кабелях может

контролироваться по разработан-

ным методикам ОАО «ВНИИКП».

ОАО «ВНИИКП» разработа-

ло единые для всех российских

заводов-изготовителей техничес-

кие условия на производство

кабелей среднего напряжения

10-35 кВ, высокого напряжения

64/110 кВ и 127/220 кВ. В 2010 г.

предусмотрена разработка на-

циональных стандартов ГОСТ Р

на кабели среднего напряжения

и стандартов Р МЭК прямого при-

менения для кабелей высокого

напряжения 110-500 кВ. Перечень

нормативных документов по кабе-

лям среднего и высокого напря-

жения приведен в табл. 2.

В указанных ТУ предусмотре-

ны кабели с изоляцией из сшито-

го полиэтилена для всех типовых

условий прокладки, в том числе

кабели для пожароопасных зон.

Приоритетной разработкой

последнего времени является

создание нераспространяющих

горение кабелей на напряжение

64/110 кВ, испытание которых

производится в условиях реаль-

ной прокладки кабельной цепи

(размещение кабелей в плоскости

или треугольником встык) в соста-

ве трех фаз с объемом горючей

массы до 20 л/м. Наружные обо-

лочки кабелей выполнены из ма-

териалов пониженной горючести

на основе ПВХ композиций с низ-

ким дымогазовыделением или из

безгалогенных композиций с вы-

соким кислородным индексом. На

фото рис 10 показано испытание

кабеля 110 кВ на нераспростра-

Рис. 8. Распределение импульсной электри-
ческой прочности кабелей, отличающихся
внутренними механическими напряжениями:
1 — сильно нагруженный кабель,
2 — слабо нагруженный кабель,
U

, U

— параметры масштаба

распределения Вейбулла

Рис. 7. Зависимость электрической прочности Епр полномасштабных образцов
кабелей на напряжение 10 кВ от времени испытаний на ускоренное электрохими-
ческое старение, выполненных в соответствии с нормами CENELEC

Рис. 9. «Гало» в изоляции,
обусловленное недостаточной
степенью дегазации

Page 5

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

нение горение при групповой про-

кладке в составе 3-х фаз двумя

источниками пламени мощностью

2х74 МДж/час (2х20 кВт). Длина

сгоревшей части кабелей соста-

вила около 0,5 м при предельной

норме 2,5 м.

В короткий исторический про-

межуток времени с 2003 по 2009 г.

в кабельной промышленности

осуществлено техническое пере-

вооружение ведущих заводов

Ассоциации «Электрокабель» на

выпуск инновационных кабелей

среднего и высокого напряже-

ния для нужд электроэнергетики

(табл. 3), что позволяет полностью

обеспечить потребности россий-

ского рынка в кабелях среднего

напряжения и постепенно отка-

заться от импорта кабелей высо-

кого напряжения.

Особенности вновь созданных

производств кабелей с изоляцией

из сшитого полиэтилена:

- применение нового технологи-

ческого оборудования от лучших

мировых производителей с учетом

последних достижений кабельно-

го машиностроения;

- поставлены на производство

кабели нового поколения:

• полностью

герметизирован-

ные конструкции,

• применение

триингостойких

композиций с высоким сроком

службы для кабелей СН и осо-

бо чистых композиций для ка-

белей ВН;

- кабели адаптированы к усло-

виям эксплуатации российских

сетей;

- надежность в эксплуатации

подтверждается длительными ис-

пытаниями кабелей по стандар-

там CENELEC и МЭК 62-067.

Табл. 3. Перечень заводов-производителей кабелей с изоляцией

из сшитого полиэтилена Ассоциации «Электрокабель»

№

п/п

Наименование завода,

число технологических линий

Напряжение выпускаемых

кабелей, кВ

Год начала

выпуска

Технология

ООО «Камский кабель», 3 линии

110—220

2003
2009

силановая

пероксидная

ЗАО «Кавказкабель», 2 линии

10—35

2003
2009

силановая

пероксидная

ОАО «Иркутсккабель», 2 линии

10—35

2004

пероксидная

ОАО «Электрокабель
«Кольчугинский завод», 1 линия

10—110

2005

пероксидная

ОАО «Сарансккабель», 2 линии

10—35

2005

пероксидная

ОАО «Севкабель», 2 линии

110—220

2005
2008

силановая

пероксидная

ЗАО завод «Южкабель», 2 линии

10—110

110—330

2004
2009

пероксидная

ОАО «Кирскабель», 1 линия

10—110

2009

пероксидная

Всего: 15 линий

Табл. 2. Перечень нормативных документов

по кабелям среднего и высокого напряжения

Действующие технические

условия

Разработка в 2010 г национальных стандартов ГОСТ Р и

стандартов Р МЭК прямого применения

по кабелям 10-35 кВ

ТУ 16.К71-335-2004

с дополнением №1 от 2006 г.

ГОСТ Р «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на на-

пряжение 6, 10, 20 и 35 кВ. Технические условия»

по кабелям 64/110 кВ

ТУ 16-705-495-2006

с дополнением от 2009 г.

ГОСТ Р МЭК 60-840 «Кабели силовые с экструдированной

изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение

до 150 кВ. Методы испытания и требования к ним»

по кабелям 127/220 кВ

ТУ 3530-405-00217053-2009

ГОСТ Р МЭК 62067 «Кабели силовые с экструдированной

изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение

до 500 кВ. Методы испытания и требования к ним»

Рис. 10. Испытания кабеля АПвПнг(А)-HF 110 кВ на нераспространение
горения в составе 3х фаз сечением 1000 мм

Оригинал статьи: Отечественные кабели среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена для линий электропередачи

Читать онлайн

Развитие экономики в России в начале 2000-х годов поставило перед кабельной промышленностью задачу по обеспечению электроэнергетики современными видами силовых кабелей, в частности кабелями для распределительных сетей среднего (СН) (10-35 кВ) и высокого напряжения (ВН) (110-330 кВ).