Срок службы кабелей с бумажной изоляцией

КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ 6–10 КВ С БУМАЖНО-ПРОПИТАННОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Практические аспекты оценки состояния

Алексей Утепов,
Вадим Осотов, к. т. н.
Общественный Совет специалистов по диагностике силового электрооборудования при ИТЦ «УралЭнергоИнжиниринг»,
г. Екатеринбург

Для обеспечения достаточной надежности работы КЛ среднего напряжения с БПИ и большим сроком службы, эксплуатирующим организациям необходимо решить следующие задачи:

• Оценить значение группового (паркового) ресурса силовых кабелей, работающих в примерно одинаковых условиях (стратегическая задача);
• Оценить фактический (индивидуальный) ресурс каждой кабельной линии (тактическая задача);
• Разработать систему диагностирования силовых КЛ, позволяющую получить информацию о фактическом состоянии силовых кабелей, необходимую для решения этих задач.

ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

Решение этих задач не может быть получено только на основании имеющегося опыта эксплуатации и системы диагностирования силовых кабелей, закрепленной в действующей нормативной документации (РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования») по следующим причинам:

• Существующая система диагностирования силовых кабелей с БПИ, разработанная более 50 лет назад, базируется на опыте эксплуатации в пределах расчетного срока службы и не учитывает всех особенностей диагностирования КЛ с большим сроком службы.
  Основной метод диагностирования изоляции КЛ, предусмотренный РД 34.45-51.300-97 (испытание повышенным напряжением постоянного тока, многократно превышающим номинальное напряжение кабеля), дает информацию только о том, что изоляция выдержала приложенное напряжение, но ни о каких прогнозах остаточного ресурса изоляции кабелей в данном случае речи не идет.
• Такой метод диагностирования изоляции КЛ с БПИ, практически безвредный для кабелей в пределах расчетного срока службы, у кабелей с большим сроком службы может привести к зарождению очагов повреждений с последующими пробоями уже под рабочим напряжением в период между плановыми испытаниями.

Можно констатировать, что существующая система диагностирования силовых кабелей с БПИ не только не способствует продлению срока их службы, но может инициировать его существенное сокращение.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ

В настоящее время в отечественной и зарубежной практике используется широкий набор различных методов оценки силовых КЛ, позволяющих существенно расширить объем информации об их состоянии. Перечень традиционных и основных современных методов контроля силовых КЛ приведен в табл. 1.

Таблица 1. Традиционные и современные методы оценки состояния силовых кабельных линий

Традиционные методы контроля	Современные методы контроля
Визуальный осмотр (неразрушающий контроль)	Визуальный осмотр (неразрушающий контроль)
Измерение сопротивления изоляции (неразрушающий контроль)	Измерение сопротивления изоляции (неразрушающий контроль)
Испытание повышенным выпрямленным напряжением (разрушающий контроль)	Измерение частичных разрядов методом OWTS (неразрушающий контроль)
Импульсная рефлектометрия (неразрушающий контроль)
Метод диэлектрической абсорбции (неразрушающий контроль)
Тепловизионный контроль кабелей, концевых и соединительных муфт, контактных соединений (неразрушающий контроль)
Ультрафиолетовый контроль концевых муфт (неразрушающий контроль)
Испытание повышенным напряжением сверхнизкой частоты (щадящий разрушающий контроль)

Как видно из таблицы, большинство известных современных методов (измерение частичных разрядов, импульсная рефлектометрия, тепловизионный и ультрафиолетовый контроль) ориентированы на выявление локальных дефектов, устранение которых позволяет эксплуатировать кабели дальше, если общее старение изоляции ещё не достигло предельного уровня.

Степень старения изоляции можно оценить методом диэлектрической абсорбции [1], разработанным в филиале Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске.

По этой методике реакция диэлектрической системы на внешнее энергетическое воздействие оценивается с помощью изучения характера и вида спектров токов поляризации. Экспериментально измеренный спектр поляризационного тока сопоставляется с некоторым семейством реперных кривых, каждая из которых получена опытным путем и отражает определенное состояние изоляционного промежутка и значение его ресурса. Степень близости анализируемой зависимости к реперным кривым позволяет сформировать представление о состоянии изоляции контролируемого кабеля и значении остаточного ресурса.

Бесспорным преимуществом большинства современных методов контроля КЛ является ориентация на неразрушающие методы, что позволяет не только получить полную информацию о состоянии изоляции КЛ, не повреждая ее, но и рационально, технически и экономически обоснованно планировать сроки проведения ремонтов или замены кабелей, выработавших отведенный ресурс. Алгоритм принятия таких решений показан на рис. 1.

Рис. 1. Алгоритм принятия решений

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ

В табл. 2 в обобщенной форме приведены результаты оценки состояния трех силовых кабельных линий напряжением 6 кВ (всего 19 кабелей), находящихся в эксплуатации более 52 лет.

Таблица 2. Сравнение результатов традиционной и современной системы диагностирования силовых кабелей

Пробой кабеля № 1

Выход из строя соединительной муфты на кабеле № 5 (с возгоранием)

Характеристика кабельных линий						Традиционная система контроля			Результаты контроля современными методами
Обозначение КЛ	Длина КЛ, м	№ кабеля КЛ	Число муфт на кабеле	Условия прокладки кабеля	Год ввода в эксплуатацию	Дата и результат последнего испытания КЛ	Повреждения в работе		Ультрафиолетовый контроль	Тепловизионный контроль	Контроль ЧР (OWTS)	Метод диэлектрической абсорбции
							дата	причина
«А»	260	1	3	Туннель- галерея	1963	21.05.14 КЛ испытания выдержала	07.05.14	Возгорание оболочек кабелей при повреждении соединительной муфты на соседней КЛ «Б»	Дефекты не выявлены
		2	2
		3	2
		4	2
		5	2
		6	2
		7	2
«Б»	260	1	2	Туннель- галерея	1963	15.04.14 КЛ испытания выдержала	Дефекты не выявлены
		2	1
		3	2
		4	1
		5	2
		6	1
		7	1
«В»	450	1	*	В земле	1963	03.09.13 КЛ испытания выдержала	27.07.11	Проведение земляных работ	Дефекты не выявлены
		2	*
		3	*
		4	*
		5	*
Комментарии						Все «кошки» серые			«Кошки» оказались разными

Как и следовало ожидать, на основании только традиционных испытаний нельзя сделать обоснованный прогноз дальнейшей работоспособности кабелей.

Результаты контроля современными методами позволяют разбить кабели на несколько групп с различным прогнозом работоспособности:

• Зеленым цветом в таблице обозначены кабели, у которых указанным методом не обнаружены дефекты, ограничивающие работоспособность кабелей;
• Желтый цвет означает наличие тех или иных дефектов, которые не препятствуют дальнейшей эксплуатации, но могут развиться до опасного уровня в ближайшие 3–4 года;
• Красный цвет означает, что возможен отказ кабеля в течение 1 года или ранее.

Например, по результатам контроля методом диэлектрической абсорбции можно констатировать, что состояние бумажно-пропитанной изоляции большинства кабелей, несмотря на заметное старение, еще не достигло предельного уровня и остаточный срок их службы оценивается значением порядка 15–20 лет. Лишь у двух кабелей бумажно-пропитанная изоляция имеет признаки более значительного старения, но и ее остаточный срок службы оценивается сроком не менее 5–10 лет.

Наибольшее количество дефектов, как и следовало ожидать, обнаружено при контроле частичных разрядов методом OWTS. Эти дефекты, как правило, носят достаточно опасный характер и требуют оперативного устранения. Однако они сосредоточены в отдельных местах (муфты, небольшие участки) и после их устранения ресурс работоспособности кабелей в целом не ограничен.

При тепловизионном контроле также обнаружены локальные дефекты (муфты, вертикальные участки с осушенной изоляцией), которые не ограничивают ресурс работоспособности кабелей в целом.

Ультрафиолетовым контролем в данном случае опасные дефекты не выявлены, так как концевые муфты кабелей находятся в работоспособном состоянии.

ВЫВОД

На основе комплекса современных методов контроля может быть разработана рациональная система диагностирования силовых кабельных линий с бумажно-пропитанной изоляцией, позволяющая наряду с выявлением опасных дефектов управлять ресурсом кабелей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чернышев В.А., Зенова Е.В., Григорян В.Р. Определение состояния и остаточного ресурса силового электротехнического оборудования // Электричество. 2011. № 1.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Источник

ГОСТ 18410-73. Стандарт на кабели ААБл, ААШв и АСБ с бумажной изоляцией

Ссылка для скачивания ⇓	Проверка действия (вводите только 5 цифр)
	Беларусь	Российская федерация	Украина
ГОСТ 18410-73 в pdf-формате	действует	действует	отменён*

Сфера распространения стандарта ГОСТ 18410-73

Нормативный документ ГОСТ 18410-73 влияет на производство кабелей с бумажной пропитанной изоляцией (вязкий либо нестекающий состав) с алюминиевыми и медными жилами, в алюминиевой либо свинцовой оболочке, а также без неё, с различными видами защитных покровов.

Описываемые проводники применяют для передачи электроэнергии с напряжениями 1, 6, 10, 20 или 35 кВ с частотой 50 герц по поверхности земли и под землёй.
Изготовление защитных покровов (например, Бл, Шв, Б) нормируется документом ГОСТ 7006-72.

Наиболее распространённые кабели с бумажной изоляцией пропитанной (БПИ) вязким составом:

• ААБл – кабель с 3 алюминиевыми токопроводящими жилами в алюминиевой оболочке с защитным покровом Бл (бронирование двумя стальными лентами, которые накладывают на подушку из полиэтилентерефталатных лент и лент крепированной пропитанной кабельной бумаги на клейкой основе из битума; замыкающий элемент – пропитанная кабельная пряжа на слое битума и покрытие, препятствующее слипанию витков, также на слое битума);
• ААШв – кабель с алюминиевой токопропускающей жилой в алюминиевой оболочке с защитным покровом Шв (на клейкую основу из битума наносят полиэтилентерефталатную ленту, а затем защитный шланг из поливинилхлоридного пластиката);
• АСБ – кабель с жилами из алюминия в свинцовой оболочке, с защитным покровом Б (стальные ленты накладывают на подушку из крепированной пропитанной бумаги, затем заключают в пропитанную кабельную пряжу на клейкой основе из битума, последний элемент – покрытие, не позволяющее виткам слипаться).

• крепированная кабельная пропитанная бумага – бумажные ленты, применяющиеся в кабельной промышленности, со складчатым поверхностным слоем, из-за чего имеют хорошее относительное удлинение;
• полиэтилентерефталатная плёнка – полиэтилен со знакомой аббревиатурой ПЭТ;
• в обозначениях многих защитных покровов могут не присутствовать прямые указания на все элементы (подушку, броню, поверхностное покрытие), однако в таблице 2 на странице 5 документа ГОСТ 7006-72 вводятся прояснения (ссылка на стандарт чуть выше по тексту).

Лучше кабель ААБл или ААШв?

Какой из кабелей ААБл или ААШв лучше?

Прокладка	Дополнительные факторы		ААБл	ААШв
в земле	с коррозионной активностью	низкой	+	+
		средней	+	+
		высокой	—	+ (без блуждающих токов)
	с наличием блуждающих токов (вызывают электрохимическую коррозию)		—	+
	на сложных участках трассы (повороты и переходы в трубах), при опасности механических повреждений		+	— (может нарушиться целостность шланга)
в воздухе	в помещениях, в каналах, в сырых и частично затапливаемых подвалах с любой коррозионной активностью, в пожароопасных местах, по кабельным эстакадам и мостам (без опасности механических повреждений для всех перечисленных мест)		—	+
в шахтах	не опасных по газу и пыли		—	+

Требования к конструкции силовых кабелей АСБ, ААБл, ААШв по ГОСТ 18410-73

Перечисленные ниже требования относят к кабелям марок АСБ, ААБл и ААШв, для других маркировок они могут иметь отличия (обращайтесь к первоисточнику).

Токопроводящие жилы изготавливают из алюминиевой проволоки по ГОСТ 22483-77 (по пункту 2.2.1 на странице 5 описываемого стандарта):

• класса 1 на напряжение 1, 6 и 10 кВ;
• класса 2 на напряжение 20 и 35 кВ.

• многопроволочными либо цельными (из одной проволоки);
• секторной либо круглой формы.

• для кабелей на напряжение 6 000 вольт – 2 и 0,95 мм соответственно;
• для кабелей на напряжение 10 000 вольт – 2,75 и 1,25 мм соответственно.

Бумажную изоляцию пропитывают вязким составом, не допускают присутствия складок и разрывов. Ленты бумаги не должны совпадать одна с другой, не допускают полное совпадение трёх лент, которые лежат одна на другой.
Секторные жилы скручивают без заполнения пустого пространства между ними. Свободное пространство между круглыми жилами заполняют бумажными жгутами (бумага толщиной не меньше 0,08 мм по пункту 2.2.9 на странице 7).

Для кабелей на напряжение 6 и 10 кВ поверх поясной изоляции накладывают экран из электропроводящей бумаги (по пункту 2.2.8 на странице 7).

Алюминиевые и свинцовые оболочки выпускают в соответствие со стандартом ГОСТ 24641.
Материал оболочки:

• алюминий для ААШв и ААБл;
• свинец для АСБ.

Технические характеристики кабелей ААШв, ААБл и АСБ по ГОСТ 18410

• 200 МОм·км для кабелей на напряжение 6 000 вольт и более включительно,
• 100 МОм·км для проводников на напряжение 1 000 вольт.

Номинальное напряжение переменного тока указано на изделие, при этом допускают эксплуатацию в системах постоянного тока с напряжением в 2,5 раза больше переменного (по пункту 5а.11 на странице 16).

Проводники испытывают напряжением с частотой 50 Hz при поставке:

• в течение 600 секунд (согласно таблице 8 на странице 9):
  • на 1 kV (номинальное) – 4 kV (испытательное);
  • на 6 kV – 17 kV;
  • на 10 kV – 25 kV;
  • на 20 kV – 50 kV;
  • на 35 kV – 88 kV;
• в течение 4 часов (согласно таблице 9 на странице 9):
  • на 6 kV – 24 kV;
  • на 10 kV – 40 kV;
  • на 20 kV – 80 kV;
  • на 35 kV – 115 kV.

• на 6 kV – 36 kV;
• на 10 kV – 60 kV;
• на 20 kV – 100 kV;
• на 35 kV – 175 kV.

Токовые нагрузки, допустимое короткое замыкание и поправочные коэффициенты (согласно приложению 1 на странице 19 и приложению 2 на странице 23).

Условия эксплуатации кабелей по ГОСТ 18410-73

• 25·D (где D – наружный диаметр по алюминиевой оболочке кабелей ААБл и ААШв);
• 15·[D+d] (где D+d – сумма диаметра проводника по свинцовой оболочке и диаметра жилы соответственно для кабеля АСБ)

Работоспособны в температурных условиях окружающего воздуха, которые отвечают неравенству -50 °С ≤ t ≤ +50 °C (по пункту 2.5.1 на странице 10).

Нагрев токопроводящих жил для кабелей с бумажной изоляцией с пропиткой вязким составом:

• 6 кВ:
  • +65 °C при долговременном протекании номинального тока;
  • +90 °C при проведении тока перегрузки;
  • +200 °C при протекании тока замыкания накоротко в течение 4 секунд;
• 10 кВ:
  • +60 °C при продолжительном протекании номинального тока;
  • +80 °C при протекании тока перегрузки;
  • +200 °C при проведении КЗ длительностью не долее 4 секунд.

• 6 000 вольт:
  • не более 20 метров для кабелей в алюминиевой оболочке;
  • не более 15 метров для кабелей в свинцовой оболочке;
• 10 000 вольт и более не превышает 15 метров.

Кабель в поливинилхлоридном шланге марки ААШв не распространяет горение при одиночном расположение (по пункту 2.6 на странице 10).

Срок службы не менее 3 десятилетий (по пункту 2.7 на странице 10), однако реальный срок службы определяют техническим состоянием высоковольтной линии.

Гарантия не менее 4,5 лет (по пункту 6.1 на странице 16).

Применяют несколько видов испытаний: приёмо-сдаточные, периодические и типовые (описаны начиная со страницы 10).
На странице 15 начинается раздел, посвящённый полным указаниям по эксплуатации, в котором представлены:

Источник