Производители
 

Кабель из сшитого полиэтилена – общие вопросы диагностики

Жизнь современного мегаполиса неразделима с его энергосистемой. Стабильность работы энергоснабжающей инфраструктуры во многом определяется надежностью силовых кабельных линий. Основным функциональным звеном в системах электроснабжения являются кабельные линии среднего класса напряжения.
По некоторым оценкам в настоящее время в отечественной электроэнергетике физический износ кабельного парка находится на уровне 60-70%, а удельная повреждаемость кабельных линий (КЛ) в среднем составляет от 4.5 до 7 случаев на 100 км/год. Это приводит к тому, что зачастую вместо проведения плановых испытаний и современной диагностики технического состояния кабельных линий эксплуатационные организации вынуждены направлять ресурсы на трудоемкие аварийно-восстановительные работы по ликвидации повреждений.

Последние десятилетия энергохозяйства России осуществляют переход с кабелей с бумажной пропитанной изоляцией на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). К основным преимуществам кабелей нового поколения можно прежде всего отнести:
•    Значительные строительные длины, что сокращает количество соединительных муфт;
•    Повышается пропускная способность за счет увеличения сечения токопроводящей жилы до 20% токовой нагрузки;
•    Высокая скорость монтажа и ремонтопригодность кабелей;
•    Возможность прокладки на трассах  с неограниченной разностью уровней и более экологический монтаж и эксплуатация (за счет отсутствия свинца, масла, битума)

Необходимо понимать, что на электрическую прочность изоляции влияет огромное количество факторов. Такие как соблюдение технологии изготовления, электрические, термические и механические факторы. Полимерная изоляция является более чувствительной к разного рода посторонним микровключениям, пустотам и другим дефектам, которые создают предпосылки для образования триингов. Триинги - это проводящие каналы в сшитом полиэтилене, которые в силу природы их образования можно разделить на водные и электрические.


Пробой изоляции

Своевременное выявление ослабленных мест кабельных линий – это актуальная задача для специалистов-энергетиков. В настоящий момент нет нормативно-регламентных документов, описывающих порядок и периодичность диагностики кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Многие организации в данном вопросе руководствуются рекомендациями заводов-изготовителей, изложенных в сопроводительной документации к оборудованию, и международными стандартами (МЭК 60502-2). Согласно этим данным, после полного монтажа кабельных линий необходимо провести испытание кабеля, напряжением 3U0 частотой 0.1 Гц в течение 15 минут, или постоянным напряжением 4U0 в течение 15 минут, или переменным номинальным напряжением U0 в течение 24 часов (где U0 номинальное напряжение КЛ).

Отечественные руководящие документы,  предписывают испытывать выпрямленным напряжение 6U0 в течение 10 минут. В известной мере данное испытание только усугубляет состояние изоляции за счет образования в ней объемных зарядов, которые способствуют развитию таких дефектов как триинги. Особенно опасны такие испытания для кабельных линий с длительными сроками эксплуатации или с сильно состаренной изоляцией. Таким образом, неправомерно переносить нормы испытаний КЛ постоянным напряжением для кабелей с пропитанной бумажкой изоляцией на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Испытание КЛ

Испытание сверхнизкой частотой это основной вид испытаний КЛ. Его преимущество заключается в подаче синусоидального напряжения частотой 0.1 Гц.

Почему используется данный вид испытания?
Во-первых, синусоидальный сигнал не приводит к образованию объемных зарядов.
Во-вторых, с уменьшением частоты, уменьшается мощность, но развитие дефекта (при его наличии) идет быстрее: следовательно, уменьшаем габариты установки.
В-третьих, данную частоту рекомендуют западные стандарты(IEEE 400 & IEEE400:2, IEC 60060-3, CENELEC HD 620 & 621.)

Нормы дли испытания кабелей стандарта HD 620

Тип изоляции кабеля Частота испытания Напряжение испытания Время испытания
PILC (Бумажно-пропитанная
изоляция)
Пост. напряжение 5.6-8×U0 15-30 минут
PVC 45-65 Гц 2×U0 30 минут
(ПВХ изоляция) 0.1 Гц 3×U0 30 минут
XLPE/PE
(Сшитый полиэтилен)
0.1 Гц 3×U0 60 минут

 

 

Испытательное напряжение для кабелей с изоляцией из СПЭ

Класс напряжения КЛ Кратность Напряжение испытания Установка HVA
110 кВ 2×U0 127.1 кВ HVA200
35 кВ 3×U0 60.7 кВ HVA90
10 кВ 3×U0 17.3 кВ HVA28
6 кВ 3×U0 10.4 кВ HVA30

 

процент выявленного дефекта о твремени

Как показывает практика, 90% дефектов в изоляции проявляются в первые 30 минут испытаний.

Диагностика КЛ

Со временем кабель с изоляцией из СПЭ необходимо диагностировать. Для чего это нужно? Именно диагностика способна выдать эксплуатационному персоналу большое количество информации, а именно:
- максимально достоверный прогноз остаточного ресурса кабеля,
- сроки проведения последующего диагностического обследования,
- какие в будущем должны быть профилактические испытания кабеля.


При каждом повреждении изоляции кабеля возникает аварийный режим эксплуатации и необходимость монтажа соединительной муфты. Поэтому для кабеля с изоляцией из СПЭ особенно важно отслеживать динамику деградации изоляции и своевременно предупреждать о выходе из строя.

Наиболее актуальными методами диагностики являются измерение угла диэлектрических потерь(tanδ  или TD)  и измерение уровня Частичных Разрядов (PD или ЧР).
Измерение тангенса угла диэлектрических потерь показывает состояние изоляции в целом. Данный тип диагностики хорошо подходит для определения наличия водных триингов. Влага попадает в изоляцию в кабеле через муфты, в свою очередь снижает сопротивление изоляции. Появление водных триингов связанно с долгой эксплуатацией КЛ.
 

графикиспытательная установка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью измерения TD можно иметь общее представление о системе в целом.
Второй тип диагностики это измерение частичных разрядов.  Это актуально, потому что не всегда достаточно иметь общее представление. Чаще всего необходимо не просто обнаружить дефект, а локализовать его. В этом случае очень хорошо работает метод измерения частичных разрядов. Пользуясь данным методом, можно локализовать место вероятной аварии и принять меры по ее ликвидации.

Оборудование для диагностики и испытании КЛ

На рынке присутствуют совсем не много производителей установок, для испытания кабелей с СПЭ изоляцией. Одним из лидеров является b2 HV Diagnostics. Продукция данной компании соответствует требованиям, предъявляемым к испытаниям СПЭ-кабеля, как за рубежом, так и на отечественном рынке.

Портативные СНЧ-установки серии HVA могут проводить следующие виды испытаний и диагностики:
•    Испытание синусоидальным напряжением частоты 0.1 Гц с возможностью уменьшения частоты
•    Испытание постоянным напряжением обеих полярностей
•    Измерение тангенса угла диэлектрических потерь
•    Измерение уровня частичных разрядов
•    Начальный прожиг дефектной изоляции
•    Тестирование оболочки кабеля
•    Тестирование вакуумных камер высоковольтных выключателей

 

 
Синусоидальное напряжение:
0 − 20 кВ
0 − 20 кВ
0 − 24 кВ
0 − 24 кВ
Прямоугольное напряжение:
28 кВ
28 кВ
30 кВ
30 кВ
Постоянное напряжение:
±0-28 кВ
±28 кВ
±30 кВ
±30 кВ
Выходной ток
0-20 мА
0-20 мА
0 − 15 мА
0 − 85 мА
Частота выходного сигнала
0.01 Гц − 0.1 Гц
0.01 Гц − 0.1 Гц
0.01 Гц − 0.1 Гц
0.01 Гц − 0.1 Гц
Выходная нагрузка
0.5 мкФ @ 0.1 Гц @ 20kВ (Прим 1500 м)
0.5 мкФ @ 0.1 Гц @ 20kВ (Прим 1500 м)*
0.5 мкФ @ 0.1 Гц @ 24kВ (Прим 1700 м)*
3.4 мкФ @ 0.1 Гц @ 24kВ (Прим 11 км)*
5.0 мкФ @ 0.01 Гц @ 20kВ (Прим 15км )*
5.0 мкФ @ 0.01 Гц @ 20kВ (Прим 15км )*
1.0 мкФ @ 0.05 Гц @ 24kВ (Прим 3.3км )*
10.0 мкФ @ 0.05 Гц @ 19kВ (Прим 33км)*
10.0 мкФ
10.0 мкФ
12.0 мкФ

15.0 мкФ @ 0.02 Гц @ 19kВ
Диапазон сопротивления
0.1 MОм - 5 ГОм
0.1 MОм - 5 ГОм
0.1 MОм - 5 ГОм
0.1 MОм - 5 ГОм
Размеры:
430x240x340мм
430x240x340мм
430x250x360мм
450x340x520мм
Масса:
14 кг
14 кг
19,5 кг
45кг

 

 
Синусоидальное напряжение:
0 − 44 кВ
0 − 64 кВ
0 − 85 кВ
0 − 138 кВ
Прямоугольное напряжение:
60 кВ
90 кВ
120 кВ
200 кВ
Постоянное напряжение:
±60 кВ
±90 кВ
±120 кВ
±200 кВ
Выходной ток
0 − 40 мА
0 − 60 мА
0 − 60 мА
0 − 200 мА
Частота выходного сигнала
0.01 Гц − 0.1 Гц
0.01 Гц − 0.1 Гц
0.01 Гц − 0.1 Гц
0.01 Гц − 0.1 Гц
Выходная нагрузка
1 мкФ @ 0.1 Гц @ 44kВ (Прим 3000 м)*
1.2 мкФ @ 0.1 Гц @ 57kВ (Прим 3600 м)*
0.5 мкФ @ 0.1 Гц @ 85kВ (1-2 км)*
0.6 мкФ @ 0.1 Гц
2.0 мкФ @ 0.05 Гц @ 44kВ (Прим 6км )*
10.0 мкФ @ 0.01 Гц @ 64kВ (Прим 33км )*
5.0 мкФ @ 0.02 Гц @ 44kВ (Прим 15.5 км)*
10.0 мкФ
11.0 мкФ
Диапазон сопротивления
0.1 MОм - 5 ГОм
0.1 MОм - 5 ГОм
0.1 MОм - 5 ГОм
 
Размеры:
450x340x520мм
545x445x610мм
790x445x740мм
 
Масса:
57 кг
127 кг
181кг
850 кг