Испытания силовых кабелей

Испытания силовых кабелей, использующихся в работе – обычная практика, которую в назначенное время должны делать ответственные службы, эксплуатирующие эти силовые кабели.
Главный смысл этих проверок — доказательство соответствия норм кабельных линий всем формальным условиям, т. е. их годность к последующей работе.
Второй вопрос — установление и следующее устранение невидимых повреждений, которые могут обнаружиться при использовании и приведут к повреждению кабельной линии и прекращению работы.
Циклические испытания силовых кабелей в ходе их использовании часто обсуждается на разных форумах и других площадках. Обговариваются способы испытаний силовых кабелей и альтернативные методы, продуктивность испытаний и влияние их на эксплуатационные характеристики кабельных линий. Одна из главных проблем на сегодня – испытания силовых кабелей, которые имеют в своем составе разные комбинации кабелей, различающихся конструктивно и технологией производства, и материалом изоляции.

Раньше в подземных коммуникациях, всегда использовали силовые кабели сетей среднего напряжения (6...35 кВ) с пропитанной бумажной изоляцией (ПБИ). В 2000 годах их производство было не менее 50% от всего объема производимых в России силовых кабелей. Методы производства кабелей с пропитанной бумажной изоляцией были хорошо отработаны. Время их использования составляет не менее 100 лет, и это показывает надежность таких кабелей.
На замену кабелям с пропитанной бумажной изоляцией приходят инновационные, лучшие по техническим параметрам кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Смена осуществляется по надобности, как по плану, так и при невозможности последующей эксплуатации не пригодных кабельных линий. Поменять полностью кабельную линию большой протяженности сложно по экономическим соображениям, поэтому меняются самые не надежные участки, чтобы обеспечить подходящею эксплуатационную надежность. Если при этом процессе появляется возможность применить новый, более надежный кабель, нужно ей воспользоваться. Так возникли комбинированные кабельные линии, в которых применяются различные технологии изготовления кабели, а именно: ПБИ и СПЭ.
Поэтому и появилась проблема:
Неоднозначность в методах осуществления периодических эксплуатационных испытаний силовых кабелей.
Чтобы понять сущность проблемы нужно более развернуто разобрать особенности высоковольтных испытаний кабелей разных типов.

Кабели с пропитанной бумажной изоляцией проходят испытания выпрямленным напряжением, во много раз большее обычное рабочее переменное напряжение. Такой выбор проверен на практике. Проводить испытания силового кабеля обычным переменным напряжением частотой 50 Гц нет смысла, т.к. это типовой рабочий режим, который кабель обязан выдерживать в течение всего срока эксплуатации.
Чтобы провести испытания силового кабеля, кабельную линию нужно отключить от напряжения, время испытаний не должна быть продолжительной. Для реализации быстрых испытаний силового кабеля, нужно применить определенные факторы. В рабочих обстоятельствах этим фактором служит увеличение испытательного напряжения. Выбор уровня испытательного напряжения обязан принимать во внимание возможные в работе коммутационные перенапряжения. В действительности они могут до 2,5 раз превышать обычные напряжения. А также, показатель испытательного напряжения обязан быть необходимым для обнаружения невидимых повреждений, а также не влиять на надежность кабеля.
Для испытания силового кабеля переменным, высоким напряжением промышленной частоты необходимо испытательное оборудование высокой мощности, а такое оборудование обычно бывает габаритным и имеет большую массу. И если кабельная линия длиннее, то тем более высокая мощность должна быть у испытательного оборудования, чтобы была возможность возместить потери, неотвратимые при испытании силовых кабелей переменным напряжением. Поэтому такое оборудование стоит достаточно дорого, мало подвижно, так как является большим по размеру и массе, а сам процесс испытаний является трудоемким.
Проведение испытаний силового кабеля постоянным (выпрямленным) напряжением решает такую задачу. В этом случае от испытательного оборудования не нужна высокая выходная мощность. При этом появляется другой фактор. Электрическая прочность кабелей с пропитанной бумажной изоляцией на постоянном напряжении гораздо выше, чем на переменном, промышленной частоты, т.е. для испытаний силового кабеля нужно оборудование с гораздо большими, по сравнению с установками переменного напряжения, уровнями выпрямленного напряжения. Осуществление такого план не является трудной задачей, так как требуемая выходная мощность не выходит за необходимые уровни. Оборудование является подвижным и небольшим по размеру. В данный момент производится огромное количество видов небольших по мощности испытательных установок постоянного напряжения. Цена оборудования приемлема для потребителей. Размеры и масса оборудования позволяет установку на малотоннажном транспорте, что гарантирует большую подвижность и скорость в использовании данного оборудования.

Испытания силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена проводятся по-другому. Согласно проведенным исследованиям в том числе и ВНИИКП, кабели с СПЭ при эксплуатации на переменном напряжении имеют гораздо более высокую электрическую прочность чем кабели с ПБИ. Таким образом проблемы при проверках кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена переменным напряжением 50 Гц такие же, и даже большие, чем для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией. Вместе с тем применение для испытаний кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена высокого постоянного напряжения не приемлемо, потому что под его влиянием в основной изоляции кабелей появляются повреждения, которые приводят к скорому выходу из эксплуатации. Как выяснилось решение этой задачи в то же время было простым и не ординарным. Оказалось, что можно применять переменное напряжение сверхнизкой частоты (СНЧ), порядка 0,05...0,1Гц. По сути это можно объяснить, как постоянное напряжение, изменяющее свою полярность медленно, с циклом в несколько секунд. Применение такого типа испытательного напряжения не приведет к пагубным последствиям для кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена. Такой метод дает способность применять для испытаний силовых кабелей не большое по мощности испытательное оборудование. Для того чтобы, чтобы провести испытания силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена большой длины, можно уменьшить частоту напряжения. Современное испытательное СНЧ оборудование имеет такую возможность.
Рабочий параметр испытательного напряжения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена значительно меньше, чем для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией. Потому что кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена имеют гораздо меньшую по соотношению с кабелями с пропитанной бумажной изоляцией электропрочность по постоянному напряжению. Имеющиеся на сейчас высоковольтное СНЧ оборудование значительно дороже испытательного оборудования, используемого для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией. Цена зависит от мощности, оборудования которая, в свою очередь, определяет возможную длину проверяемых кабельных линий. Импортируемое оборудование гораздо дороже отечественных аналогов.
Поэтому очевидно, что испытания силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией и кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена значительно отличаются как по типу применяемого испытательного напряжения (постоянное, переменное), так и по его параметрам. Для кабелей c пропитанной бумажной изоляцией уровень испытательного напряжения гораздо выше.
Как проводить испытания силовых кабельных линий, которые состоят из двух типов кабелей?

Трудности при испытании комбинированных силовых кабелей

Такая задача появляется довольно часто. В текущей работе специалисты обязаны решать эти проблемы быстро и надежно, потому что процесс испытания силовых кабелей, находящихся в работе, является насущной необходимостью.
Документов, которые регламентируют работу в таких случаях, нет, и специалисты, эксплуатирующие такие линии, принимают решения, опираясь на свой опыт, логику, руководствуясь принципом «не сделай хуже». СНЧ испытательное оборудование можно применять и для ПБИ кабелей. Величина испытательного напряжения, установленная нормативными документами для ПБИ кабелей, недопустимо высока для СПЭ кабелей. Проводить испытание комбинированной линию по требованиям, установленным к величине испытательного напряжения для СПЭ кабелей. Поэтому ПБИ участок кабельной линии, условно говоря, остается «недоиспытанным». Так как явного вреда от таких действий не просматривается, придется идти на такой компромисс. Если иметь ввиду, что для старых ПБИ кабелей на многих предприятиях, только административными решениями, допускается проводить испытания силовых кабелей с напряжением, сниженным до величины, устанавливаемой по усмотрению ответственных лиц, то вовсе все законно и бескомпромиссно.

В 2017 году ПАО «РОССЕТИ» приняла новый регламент организации по испытаниям электрооборудования. Одна из частей документа посвящена испытаниям электрических силовых кабелей. Там, возможно впервые, сделана попытка одного подхода к эксплуатационным испытаниям ПБИ и СПЭ кабелей.
Эксплуатационные испытания силовых кабелей 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.

Из данной таблицы видно, что СТО однозначно устанавливает применение правил эксплуатационных испытаний изоляции кабельных линий, определенных для СПЭ кабелей, как для комбинированных кабельных линий, так и для ПБИ линий. Н, 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:

• Какими регламентами пользоваться большому количеству 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