Испытания находящихся в эксплуатации силовых электрических кабельных линий - стандартная процедура, которую с определенной периодичностью обязаны проводить специализированные службы, обслуживающие эти линии.
Основная цель этих испытаний — подтверждение соответствия характеристик кабелей техническим требованиям, т. е. их пригодности к дальнейшей эксплуатации.
Вторая задача — выявление и последующее устранение скрытых дефектов, способных проявиться при эксплуатации и привести к выходу кабеля из строя.
Тема периодических испытаний силовых электрических кабелей в процессе их эксплуатации практически постоянно присутствует и, иногда довольно бурно, обсуждается на электронных и печатных площадках. Обсуждаются методы испытаний и альтернативы для них, эффективность испытаний и влияние их на эксплуатационные свойства кабелей. Один из вопросов реально насущный сегодня - испытание линий состоящих из комбинаций кабелей отличающихся и конструктивно и технологией изготовления и материалом изоляции.
Как появились комбинированные силовые кабели?
Исторически сложилось, что основу подземных силовых кабельных сетей среднего напряжения (6...35 кВ) составляют кабели с пропитанной бумажной изоляцией (ПБИ). В 2008г. их производство составляло более 50% общего объема выпускаемых в России силовых кабелей. Технология производства ПБИ-кабелей отрабатывалась десятилетиями. Общая история их использования насчитывает более века, и уже это, несомненно, служит для них самой показательной характеристикой. Но, совершенству нет предела.
На смену ПБИ кабелям приходят современные, превосходящие их по техническим характеристикам кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Понятно, что быстро обновить всю огромную, в масштабах страны, силовую кабельную сеть никому не по силам ни экономически ни физически. Замена происходит по мере необходимости, как в плановом порядке, так и при очевидной нецелесообразности дальнейшей эксплуатации физически устаревших кабелей. Полная замена линий большой протяженности тоже бывает неподъемной задачей, и приходится менять самые слабые участки, чтобы хоть как-то обеспечить приемлемую эксплуатационную надежность. Если при этом есть возможность использовать новый, более надежный кабель, почему бы ей не воспользоваться? Так появляются комбинированные кабельные линии, в которых задействованы разные по технологии изготовления кабели, а именно: ПБИ и СПЭ.
Вот здесь и возникает проблема:
неопределенность в методах проведения периодических эксплуатационных испытаний.
Чтобы прояснить суть проблемы надо немного подробнее рассмотреть особенности высоковольтных испытаний кабелей разных типов.
Испытание кабелей с пропитанной бумажной изоляцией
Кабели ПБИ испытываются выпрямленным напряжением, в несколько раз превышающим номинальное рабочее переменное напряжение. Такой выбор продиктован практикой. Испытывать кабель номинальным переменным напряжением частотой 50 Гц не имеет смысла, т.к. это стандартный рабочий режим, который кабель должен выдерживать в течение всего срока эксплуатации.
Поскольку для проведения испытаний кабельная линия должна выводиться из эксплуатации, длительность испытаний не может быть очень продолжительной. Для проведения ускоренных испытаний необходимо использовать некие форсирующие факторы. В эксплуатационных условиях единственным практически применимым фактором может служить повышение испытательного напряжения. Выбор уровня испытательного напряжения должен учитывать возможные в эксплуатации коммутационные перенапряжения. На практике они до 2,5 раз превышают номинальные напряжения. Кроме того, уровень испытательного напряжения должен быть достаточным для выявления скрытых дефектов и, одновременно, не оказывать вредного влияния на надежность кабеля. Выполнение столь противоречивых требований до сих пор является предметом дискуссий. Можно только заметить, что любые ускоряющие (форсирующие) факторы, а в нашем случае это повышенное напряжение, по определению ускоряют процессы, в том числе и снижающие ресурс, т. е. надежность кабеля.
Испытание кабельной линии переменным, повышенным напряжением промышленной частоты требует испытательных установок большой мощности, а значит, и больших габаритов и массы. Причем чем длиннее кабельная линия, тем большую мощность должна иметь испытательная установка, чтобы компенсировать потери, неизбежные при испытании силовых кабелей переменным напряжением. Это определяет высокую стоимость оборудования, малую мобильность, связанную с его массогабаритными характеристиками, и значительную трудоемкость самого процесса испытаний.
Переход к испытаниям кабелей постоянным (выпрямленным) напряжением решает эту проблему. В этом случае от испытательных установок не требуется большая выходная мощность. Но здесь проявляется второй фактор. Электрическая прочность кабелей ПБИ на постоянном напряжении значительно больше, чем на переменном, промышленной частоты, т.е. для испытаний требуются установки со значительно большими, по сравнению с установками переменного напряжения, уровнями выпрямленного напряжения. Выполнение этого условия не вызывает проблем, поскольку и в этом случае требуемая выходная мощность не выходит за приемлемые пределы. Установка остается компактной и мобильной. Сейчас выпускается большое число моделей маломощных испытательных установок постоянного напряжения. Стоимость их вполне доступна для массового использования. Габариты и масса таковы, что они могут устанавливаться на малотоннажном, и даже легковом, автотранспорте, что обеспечивает высокую мобильность и оперативность в применении.
Испытание кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена
Особенности кабелей СПЭ диктуют иной подход к испытаниям. Известно, в том числе и по данным ВНИИКП, что кабели СПЭ при работе на переменном напряжении имеют значительно большую электрическую прочность по сравнению с ПБИ. Поэтому проблемы при испытаниях СПЭ-кабелей переменным напряжением 50 Гц такие же, и даже большие, чем для ПБИ кабелей. Однако использование для испытаний СПЭ-кабелей повышенного постоянного напряжения не допустимо, поскольку под его воздействием в основной изоляции кабелей зарождаются дефекты, приводящие к его быстрому выходу из строя. Решение этой проблемы оказалось одновременно простым и оригинальным. Выяснилось, что можно использовать переменное напряжение сверхнизкой частоты (СНЧ), порядка 0,05...0,1Гц. Практически это можно интерпретировать как постоянное напряжение, меняющее свою полярность медленно, с периодом в несколько секунд. Использование такого рода испытательного напряжения не приводит к вредным последствиям для СПЭ кабеля. Главное, что дает такой подход – возможность использовать для испытаний маломощные испытательные установки. Причем, чтобы обеспечить испытания СПЭ-кабелей большой протяженности, достаточно просто уменьшить частоту напряжения. Современные испытательные СНЧ установки имеют такую возможность.
Допустимая величина испытательного напряжения СПЭ кабелей существенно меньше, чем для ПБИ. Это объясняется тем, что СПЭ кабели имеют значительно меньшую по сравнению с ПБИ кабелями электропрочность по постоянному напряжению. Предлагаемые сегодня рынком высоковольтные СНЧ установки существенно дороже испытательных установок, используемых для ПБИ кабелей. Во многом стоимость связана с мощностью установок которая, в свою очередь, определяет возможную длину тестируемых линий. При этом импортные модели в разы дороже отечественных.
Из всего вышеизложенного видно, что испытания ПБИ и СПЭ кабелей радикально отличаются как по роду используемого испытательного напряжения (постоянное, переменное), так и по его уровню. Для ПБИ кабелей уровень испытательного напряжения значительно больше.
Как в таком случае испытывать линии состоящие из этих двух видов кабелей?
Проблема испытания комбинированных силовых кабелей
Данная проблема возникает все чаще. На практике специалисты должны находить ее решение незамедлительно, поскольку процедура проведения испытаний кабельных линий, находящихся в эксплуатации, является необходимой.
Нормативных документов, регламентирующих действия в подобном положении нет, и специалисты, эксплуатирующие такие линии, вынуждены принимать решения, руководствуясь собственным опытом, логикой и принципом «не навреди». Исходя из простой логики можно предположить, что для ПБИ кабелей не особенно важно будут происходить испытания при постоянной полярности выпрямленного напряжения или периодически меняющейся. Главное: его величина. Следовательно, СНЧ испытательную установку можно использовать и для ПБИ кабелей. Но вот величина испытательного напряжения, установленная нормативными документами для ПБИ кабелей, недопустимо велика для СПЭ кабелей. Теперь придется руководствоваться принципом «не навреди», т.е. испытывать комбинированную линию по требованиям, установленным к величине испытательного напряжения для СПЭ кабелей. Можно сказать, что ПБИ участок кабельной линии, условно говоря, остается «недоиспытанным». Поскольку явного вреда от этого не прослеживается, приходится идти на такой компромисс. Если учесть, что для «великовозрастных» ПБИ кабелей на многих предприятиях, чисто административными решениями, допускается проводить испытания с напряжением, сниженным до величины, устанавливаемой по усмотрению ответственных лиц, то вовсе все законно и бескомпромиссно.
Стандарт ПАО «РОССЕТИ» по испытаниям комбинированных кабельных линий
Два года назад ПАО «РОССЕТИ» утвердило новый стандарт организации (СТО 34.01-23.1-001-2017) по испытаниям электрооборудования. Один из разделов документа посвящен испытаниям электрических силовых кабелей. В нем, возможно впервые, сделана попытка единообразного подхода к эксплуатационным испытаниям ПБИ и СПЭ кабелей.
Эксплуатационные испытания силовых кабельных линий в этом разделе СТО разнесены в два пункта.
- Первый пункт устанавливает правила эксплуатационных испытаний переменным СНЧ напряжением или переменным напряжением 50Гц и распространяется на кабели с пластмассовой изоляцией, ПБИ и кабели ПБИ со вставками кабеля с пластмассовой изоляцией.
- Второй пункт устанавливает правила испытаний ПБИ кабелей выпрямленным напряжением, причем работа по этому пункту допускается в случае невозможности испытаний по правилам первого пункта.
Режимы эксплуатационных испытаний СПЭ и ПБИ типов кабелей в соответствии с ГОСТ на них и СТО приведены в таблице.
Таблица. Режимы эксплуатационных испытаний.
| Тип КЛ | Режим - частота/напряжение/время | ||
|---|---|---|---|
| ГОСТ 18410-73 | ГОСТ 55025-2012 | СТО 34.01-23.1-001-2017 | |
| ПБИ |
Выпрямленное, для кабелей рабочим напряжением: 6-10кВ до 6 Uн/10мин 20-35кВ до 5 Uн/10мин |
-------- |
1) 0,1Гц/3Uн/15мин, или 0,1Гц/2,5 Uн/30мин, или 0,1Гц/1,8 Uн/60мин или 50Гц/2Uо/60мин, или 50Гц/Uо/24час 2) Выпрямленное, для кабелей: 6 — 10кВ 6Uн/5мин 15 — 35кВ 5Uн/5мин |
| СПЭ | ----------- |
50Гц/2Uо/60мин, или 50Гц/Uо/24час, или 0,1Гц/3Uо/60мин |
0,1Гц/3Uн/15мин, или 0,1Гц/2,5 Uн/30мин, или 0,1Гц/1,8 Uн/60мин или 50Гц/2Uо/60мин, или 50Гц/Uо/24час |
| ПБИ+СПЭ | ------------- | ------------- | 0,1Гц/3Uн/15мин, или 0,1Гц/2,5 Uн/30мин, или 0,1Гц/1,8 Uн/60мин или 50Гц/2Uо/60мин, или 50Гц/Uо/24час |
Uо — фазное напряжение, Uн — линейное напряжение
Чем же все-таки руководствоваться специалистам при проведении испытаний: ГОСТ или СТО?
Из приведенной таблицы видно, что СТО однозначно устанавливает использование правил эксплуатационных испытаний изоляции кабельных линий, определенных для СПЭ кабелей, как для комбинированных кабельных линий, так и для ПБИ линий. Надо заметить, что режимы СНЧ испытаний в СТО значительно отличаются от предлагаемых ГОСТ 55025-2012 для СПЭ кабелей. Если это обоснованно, тогда встает вопрос о необходимости корректировки ГОСТа.
В ПАО «РОССЕТИ» проблема единого нормативного подхода к испытаниям ПБИ и СПЭ кабелей решена. Вопрос о «недоиспытанности» ПБИ кабелей оставлен за скобками. Можно дискутировать о применимости режимов испытаний СПЭ кабелей для ПБИ кабелей, однако главное то, что появилась определенность, узаконенность. Специалисты ПАО «РОССЕТИ» теперь могут работать не на свой страх и риск, а опираясь на конкретный нормативный документ, но тогда возникает вопрос:
- Чем руководствоваться множеству других больших и малых предприятий эксплуатирующих комбинированные силовые кабельные линии?
- Ссылаться на то, что ГОСТ является рекомендательным документом и продолжать руководствоваться собственным опытом и здравым смыслом?
- Или пришла пора корректировать ГОСТы под требования времени?
Однозначных официальных ответов на эти вопросы в настоящее время нет.
Статья подготовлена специалистами отдела инноваций © ООО «АНГСТРЕМ»
