Гост испытание кабеля из сшитого полиэтилена

Подписка на рассылку

Кабель из сшитого полиэтилена (СПЭ) широко используется для прокладки КЛ (кабельных линий) 6–35 кВ. Он пришел на смену устаревшему кабелю с бумажной изоляцией, который используется в настоящее время все реже и реже. СПЭ-кабель лучше отвечает современным требованиям и поэтому вполне заслуженно пользуется популярностью. Наряду с ростом интереса к данной продукции у многих возникают вопросы, связанные с ее обслуживанием, в том числе: какова периодичность испытания, каков порядок проверки кабеля СПЭ и т. д.

Наружная оболочка кабеля СПЭ является наиболее уязвимой его частью при прокладке. Причем при ее повреждении кабель не выходит из строя сразу, но это приводит к уменьшению его ресурса. Этот вид повреждения встречается чаще всего. Основная изоляция кабеля (оболочка) выходит из строя очень редко, но если такое происходит, это приводит к быстрому выходу его из строя.

Кабель из сшитого полиэтилена: нормы испытаний

Высоковольтные испытания кабеля из сшитого полиэтилена имеют свои особенности. Если кабели с бумажной изоляцией испытывают постоянным током, то применительно с СПЭ такой подход недопустим. Дело в том, что при испытании постоянным током в изоляции кабеля накапливается статический заряд, что в итоге приводит к разрушению изоляции и выходу кабеля из строя. Самым распространенным методом испытания кабелей СПЭ является испытание переменным током с повышенным напряжением и сверхнизкой частотой.

В связи с отсутствием единых норм испытания у каждого производителя есть собственная инструкция по испытанию кабеля из сшитого полиэтилена, утвержденная техническим директором или главным инженером. Рассмотрим один из таких примеров.

Инструкция по испытанию кабеля из сшитого полиэтилена Кольчугинского завода «Электрокабель»:

В инструкции сказано, что при проведении испытании на каждую жилу попеременно подается напряжение, а две других при этом должны быть заземлены. Испытание проводится по следующей схеме:

1) 3U с пониженной частотой в течение 1 часа;
2) 2U c промышленной частотой в течение 1 часа;
3) U с промышленной частотой в течение 24 часов;
где, U — это фазное напряжение (напряжение между фазой и заземленной нейтралью).

Необходимость разработки национального стандарта России на кабели с пластмассовой изоляцией на среднее напряжение продиктовано ускоренным развитием производства и применения в отечественных электрических сетях кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Выпуск этих кабелей, начиная с 1988 г., осуществлялся по техническим условиям, разработанным на основе требований международного стандарта МЭК 60502. Затем, по мере накопления опыта производства и применения кабелей в энергосистемах, а также с учетом реализации комплекса НИОКР, была обновлена нормативная база для выпуска кабелей среднего напряжения. Были разработаны ТУ 16.К71-335–2004, которые в большей мере базировались на гармонизированных нормах HD 620 S1/А1 европейского комитета CENELEC. Конструкции некоторых типов кабелей, вошедших в ТУ, в частности, кабелей пожаробезопасного исполнения, были защищены патентами РФ на полезные модели.

К началу разработки первой редакции ГОСТ Р в России было создано промышленное производство широкой номенклатуры кабелей для различных секторов экономики – таких, как энергетика, транспорт, жилищное и промышленное строительство. Разработчики стандарта руководствовались не только обновленной международной нормативной базой, но и результатами собственных исследований кабелей, внедренных в производство на предприятиях Ассоциации «Электрокабель».

ГОСТ Р 55025–2012 разработан как общие технические условия на группу кабельной продукции. Производство и поставка кабелей потребителям должны осуществляться по техническим условиям на кабели конкретных марок, разработанным на основе норм стандарта. При этом уровень требований к кабелям в технических условиях должен быть не ниже соответствующих требований ГОСТ Р. Для контроля за соблюдением этих требований стандартом рекомендовано проведение экспертизы технических условий заводов-изготовителей национальным комитетом по стандартизации ТК 46 «Кабельные изделия». Положительное экспертное заключение ТК 46 по существу является формой одобрения технических условий, что может быть указано на титульном листе ТУ.

ГОСТ Р 55025–2012 разработан с учетом основных нормативных положений международного стандарта МЭК 60502-2–2005 и гармонизированного документа HD 620 S2-2010. Нужно отметить, что использовать стандарт МЭК 60502-2 для разработки идентичного или модифицированного национального стандарта не представлялось возможным, так как уровень характеристик, определяющих качество кабелей на напряжение 6–35 кВ, установленный в МЭК 60502-2, ниже нормированных в базовых технических условиях ТУ 16.К71-335–2004, по которым в настоящее время осуществляется производство кабелей этого типа. Поэтому ряд норм ГОСТ Р 55025–2012 отличается от норм базового международного стандарта.

Отметим основные отличительные и дополнительные требования ГОСТ Р 55025–2012 по сравнению с требованиями международного стандарта МЭК 60502-2.

1. Прежде всего, это требования, направленные на повышение качества изоляционной системы кабелей. Так, в дополнение к требованиям МЭК стандартом предусмотрены требования, касающиеся ограничения размеров неоднородностей в структуре изоляции. Даны максимально допустимые размеры выступов на внутренних поверхностях электропроводящих слоев по токопроводящей жиле и по изоляции, а также допустимые размеры инородных включений в изоляции. Размеры указанных неоднородностей существенно влияют на уровень электрической прочности изоляции. Стандартом МЭК нормированы лишь показатели, характеризующие эксцентриситет изоляции и его допустимые значения.

2. Стандартом установлены требования к уровню пробивного напряжения изоляции в состоянии поставки, который для кабелей на напряжение 10 кВ должен быть не ниже 25U0 (U0 – номинальное напряжение между жилой и экраном). Введены наиболее жесткие из нормированных гармонизированным документом HD 620 S2 требования по уровню пробивной напряженности у экрана по жиле после двух лет электрохимического старения. Предусмотрено, что после 17 500 ч старения изоляции в воде при напряжении 3U0 уровень пробивной напряженности у экрана по жиле должен быть не менее 23 кВ/мм, при этом размер водного триинга в изоляции должен быть не более 500 мкм. Эти требования установлены для всех типов кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение до 35 кВ. Однако значение пробивной напряженности для кабелей, эксплуатирующихся на воздухе, может быть снижено по сравнению с кабелями для подземной прокладки, что должно быть оговорено в ТУ на кабели конкретных марок.

Таким образом, в национальном стандарте на силовые кабели с пластмассовой изоляцией установлены требования к качеству изоляционной системы на уровне наиболее жестких современных норм.

3. По сравнению с действующей в РФ нормативной документацией на кабели среднего напряжения ГОСТ Р дополнительно устанавливает требования по уровню электрического сопротивления электропроводящих экструдированных экранов, а также устанавливает метод измерения значений электрического сопротивления этих экранов при допустимой температуре нагрева, а также устанавливает максимальное значение электрического сопротивления металлического экрана при 20 °С, что должно являться косвенной проверкой номинального сечения экрана.

4. Структура ГОСТ Р 55025–2012 базируется на нормах Межгосударственного стандарта ГОСТ 1.5–2001, устанавливает Общие требования к построению, изложению, содержанию стандартов. Стандарт содержит классификацию кабелей, основанную на конструктивном исполнении групп однородной продукции. При этом выделены кабели общепромышленного исполнения и кабели, отличающиеся показателями пожарной опасности, в частности, по категории нераспространения горения (категории А и В) и роду наружных оболочек кабелей (исполнений «нг», «нг-LS» и «нг-HF»), а также приведена структура обозначения марок кабелей с учетом их конструктивных особенностей.

Кабели в соответствии с ГОСТ Р 55025–2012 изготавливаются на следующие номинальные напряжения Uo/U (Um): 3,6/6(7,2) кВ; 6/10(12); 8,7/15(17,5) кВ; 12/20(24)кВ; 18/30(36) кВ; 20/35(42) кВ, где

U – номинальное напряжения между жилами, кВ;

Um – максимальное напряжение электрической сети, кВ.

При этом ряд номинальных напряжений установлен с учетом возможности эксплуатации кабелей в электрических сетях трех категорий (А. В и С в соответствии с МЭК 60038), которые отличаются продолжительностью режимов однофазного короткого замыкания на землю. Таким образом, могут быть реализованы рекомендации МЭК 60502-2 в части выбора кабелей по номинальному напряжению (Uо) для трехфазных систем.

5. На фоне общих требований к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена выделена группа кабелей на напряжение 6 кВ, которые в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55025–2012 могут изготавливаться как с изоляцией из сшитого полиэтилена, так и с изоляцией из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката.

Кабели с изоляцией из ПВХ пластиката по уровню требований полностью базируется на нормах стандарта МЭК 60502-2 и могут изготавливаться в общепромышленном исполнении и не распространяющими горение при групповой прокладке (исполнение «нг»). При этом изоляция кабеля должна быть из ПВХ пластиката с уровнем дельного объемного электрического сопротивления не менее 1014 Ом·см при 20 °С.

6. Стандартом предусмотрена перспективная конструкция трехжильных кабелей с общим металлическим экраном и в общей оболочке. Токопроводящие жилы сечением 95–300 мм2 таких кабелей должны быть секторной формы. Для их производства потребуется реализация дополнительных мероприятий по обеспечению технологических линий специальным рабочим инструментом. Кроме того, следует отметить, что электропроводящий экран поверх изоляции жил должен быть легко снимаемым. Поэтому для этого экрана нормированы минимальное и максимальное усилия отрыва от изоляции и дан метод контроля этого параметра. Трехжильные кабели с секторными жилами обладают рядом существенных преимуществ, главное из которых – снижение тока в экране в нормальном режиме эксплуатации и, соответственно, снижение потерь электроэнергии.

7. Стандартом определен базовый комплекс требований по электробезопасности и пожарной безопасности на основе действующей в РФ нормативной базы. Класс пожарной опасности должен быть установлен в ТУ на кабели конкретных марок.

8. Стандартом установлены нормы испытаний напряжением после прокладки и монтажа кабельной линии. Этот вопрос долгое время носил дискуссионный характер, а требования по испытаниям кабелей напряжением, установленные в ПУЭ и других нормативных документах, достаточно противоречивы.

ГОСТ Р 55025-2012 рекомендует после прокладки кабеля и монтажа арматуры проводить испытание кабельной линии переменным напряжением 2U0 частотой 50 Гц в течение 1 ч или переменным напряжением U0 в течение 24 ч, или переменным напряжением 3U0 частотой 0,1 Гц в течение 60 мин.

Испытания кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена постоянным напряжением не должно применяться. Такой вид испытаний, в соответствии с требованиями стандарта, допускается только для кабелей с изоляцией из ПВХ пластиката.

9. Ряд эксплуатационных параметров кабелей – таких, как допустимые токи, корректирующие коэффициенты для различных условий прокладки и температуры окружающей среды, или учитывающие число совместно проложенных кабелей, в соответствии с требованиями стандарта должно быть указано в ТУ на кабели конкретных марок. Там же должны быть приведены и области применения кабелей конкретных марок.

Принятые при разработке стандарта более жесткие нормы по основным параметрам, характеризующим качество кабелей среднего напряжения, отвечают возросшим требованиям российских потребителей и одновременно исполняют роль «защитного барьера» на рынке отечественной кабельной продукции, что особенно важно в связи с вступлением России в ВТО.

В настоящее время ОАО «ВНИИКП» в порядке подготовки к внедрению ГОСТ 55025–0012 разрабатывает новые версии ТУ 16.К71-335–2004 на кабели 10–35 кВ и ТУ 16.К71-359–2005 – кабели номинальным напряжением 6 кВ. Также подлежат переоформлению и заводские ТУ на марки кабелей на основе ГОСТ 55025–2012.

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,а иногда довольно бурно обсуждается на электронных площадках. Обсуждаются методы испытаний и альтернативы для них, эффективность испытаний и влияние их на эксплуатационные свойства кабелей. Один из вопросов реально насущный сегодня – испытание кабельных 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.

Испытания 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.

Испытания 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.

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.

Хотите получать полезные методические материалы?