Испытание кабеля из сшитого полиэтилена (СПЭ)

Фото испытания кабеля Электролаборатория «Макс-энерго» выполняет работы по испытанию кабеля из сшитого полиэтилена (СПЭ) сверхнизкой частотой 0,1 (Гц). На данный момент в регионе не так много аттестованных лабораторий, способных провести высоковольтные испытания кабеля из сшитого полиэтилена (СПЭ) ввиду отсутствия необходимого оборудования. Все они продолжают по старинке испытывать кабель из СПЭ постоянным напряжением (как обычный высоковольтный кабель). У нас есть новейшее оборудование и специалисты, способные в кратчайшие сроки провести данный вид испытаний.

Утвержден ГОСТ на испытание кабеля из сшитого полиэтилена, который фиксирует требования к проведению процедуры испытаний. «Макс-энерго» гарантирует профессиональное выполнение испытаний в соответствии с ГОСТом. Кроме того, Федеральной службой по аккредитации нам выданы разрешительные документы, которые дают право компании проводить испытания кабеля из сшитого полиэтилена 6 и 10 кВ и выдавать протоколы установленного образца на результаты испытаний.

На смену кабелям для высокого напряжения, имеющим пластмассовую или поливинилхлоридную изоляцию, приходит кабель СПЭ. Изоляция такого продукта изготовлена из сшитого полиэтилена (СПЭ).

Отечественный рынок кабельной продукции отмечает высокую востребованность изделий с изоляцией из сшитого полиэтилена. По российскому стандарту товары данного вида обозначаются аббревиатурой СПЭ, в международном учете используются обозначения VPE, PEX.

Высоковольтные испытания кабеля из сшитого полиэтилена проводятся перед вводом кабельных линий в эксплуатацию, после ремонтных работ по восстановлению поврежденной изоляции кабелей (кроме ремонта оболочек), после перекладки концевых муфт, периодические испытания по графику.

Кабели из сшитого полиэтилена обладают рядом преимуществ:

  • отсутствие масла, что исключает возможность его вытекания при прокладке кабеля на разных перепадах высот («выдавленное» масло, или вязкий изоляционный пропиточный состав высушит разделку, что в итоге может привести к короткому замыканию — примеры с такими авариями как раз приведены в статье про последствия при коротком замыкании);
  • высокие изоляционные характеристики при низких диэлектрических потерях;
  • повышенная нагрузочная способность по сравнению с кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией (например, ААШв);
  • значительный срок службы (не менее 40 лет), что на 10 лет больше, чем у того же кабеля ААШв; • гибкость кабеля позволяет прокладывать его в труднодоступных местах;
  • возможность прокладки при отрицательных температурах, вплоть до -15°С;
  • небольшой вес по сравнению с кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией.

В процессе испытания кабеля  Мы проводим испытания оболочки кабеля из сшитого полиэтилена 10 кВ повышенным напряжением. Подобная процедура помогает определить его состояние и своевременно организовать ремонт или провести замену элемента. В целом это обеспечивает безотказное функционирование КЛ, позволяет избежать аварий и таким образом сэкономит предприятию время и бюджет.

Недостатки:

  • высокая стоимость;
  • необходимость обучаться его монтажу и ремонту;
  • наличие специального инструмента для его монтажа и ремонта;
  • высокая стоимость установки для испытания изоляции кабеля из сшитого полиэтилена.

В результате проведенных исследований было выявлено, что при испытании кабеля СПЭ постоянным (выпрямленным) напряжением в слое изоляции из сшитого полиэтилена и на поверхности проводящих экранов накапливаются локальные объемные заряды, которые в конечном счете могут привести либо к значительному снижению срока службы кабеля, либо к пробою его изоляции. Данному явлению больше всего подвергнуты кабельные муфты, так как они являются наиболее слабыми элементами кабельной линии.

Испытание СПЭ кабеля сверхнизкой частотой (СНЧ) обусловлено тем, что изменение полярности заряда компенсирует уже накопленные заряды, тем самым разряжая их. Но особенно эффективно происходит испытание кабеля именно сверхнизкой частотой 0,1 (Гц) синусообразной формы.

Испытательное напряжение кабеля из сшитого полиэтилена выбирается из рабочего напряжения кабельной линии.

Фото специалиста компании во время испытаний

Подготовка включает в себя следующие этапы.

  • Проверка на целостность (прозвонка) кабеля. Это позволяет удостовериться в неразрывности жил кабеля и убедиться, что оба конца принадлежат одному кабелю (чтобы не подать повышенное напряжение в неизвестность).
  • Замер сопротивления изоляции кабеля испытывается мегомметром (мегаомметром) на 2500 Вольт.

Испытательное напряжение прикладывается между экраном и «землей» (заземляющим устройством). После испытаний экран кабеля необходимо заземлить на время не менее 1 часа.

ВАЖНО!!! Только высоковольтные испытания (а не замер сопротивления изоляции) дают полное представление о состоянии кабеля из сшитого полиэтилена (СПЭ).

Высоковольтные испытания электрокабеля из сшитого полиэтилена для кабельных линий 6кВ, 10кВ, 20кВ, 35кВ (основная изоляция):

Напряжение кабельной линии, кВ

Испытательное напряжение, кВ

Частота, Гц

Продолжительность, ч

6

10,5

0,1

1

3,5

50

24

7

50

1

10

18

0,1

1

6

50

24

12

50

1

20

36

0,1

1

12

50

24

24

50

1

35

60

0,1

1

20

50

24

40

50

1

Чтобы быть уверенными в качественном проведении испытаний кабелей из сшитого полиэтилена повышенным напряжением, обращайтесь в компании, которые могут гарантировать точность и грамотность проведения работ.

Кабель из сшитого полиэтилена (СПЭ) используется для прокладки КЛ (кабельных линий) 6–35 кВ. Раньше чаще использовался кабель с бумажной изоляцией, но СПЭ-кабель лучше отвечает современным требованиям.
Однако, есть много вопросов о его обслуживании, порядке проверки и периодичности испытаний. 

Несмотря на все преимущества СПЭ кабелей, его надежность зависит не только от имеющихся заводских характеристик, правильности осуществления прокладки и профессиональности выполнения монтажа, но и от уровня технического обслуживания, его своевременного проведения, диагностики при приёмке и в процессе эксплуатации.

Для организаций и предприятий, работающих с данными кабелями, вопрос технического обслуживания всегда актуален.

Кабель из сшитого полиэтилена: нормы испытаний

Уязвимая часть кабеля СПЭ — его наружная оболочка. При ее повреждении кабель не моментально выходит из строя, но его ресурс постепенно уменьшается. Такой вид повреждений встречается чаще всего.

Кабели с бумажной изоляцией испытывают постоянным током, но с СПЭ такой подход недопустим. При испытании постоянным током в изоляции кабеля накапливается статический заряд, это ведет к разрушению изоляции, а далее кабель выходит из строя. 

Поэтому чаще всего СПЭ испытывают переменным током с повышенным напряжением и сверхнизкой частотой.

Нет единых норм испытания. У каждого производителя собственная инструкция по испытанию кабеля из сшитого полиэтилена, утвержденная на производстве. Рассмотрим один из таких примеров.

Испытание кабеля из сшитого полиэтилена

В СССР кабели с СПЭ не производились и не применялись. Поэтому и нормативной базы ГОСТ по ним нет. Исключение — ГОСТ Р 55025—2012, который носит рекомендательный характер. Методики и нормы испытаний кабельных линий основываются на рекомендациях западных фирм — изготовителей. Они начали производство кабелей СПЭ в начале 80-х годов и к настоящему времени пришли к стандартам в этой области. В России по умолчанию действуют европейские стандарты. 

Методы испытания кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена отличаются от испытаний прочих кабельных линий, это отдельный вид работ.

Ключевое преимущество СПЭ изоляции — высокая диэлектрическая прочность и длительное сохранение характеристик. СПЭ долговечно, мало зависит от температуры 

Накопление объемного заряда в изоляции из сшитого полиэтилена

СПЭ изоляция в своем объеме содержит молекул воды. При  подаче напряжения на кабель эти молекулы склонны к поляризации. 

Наличие микровключений воды — следствие принципов технологии производства и исключить этого нельзя (масло с 0% жирности перестает быть маслом.)

Поляризация молекул приводит к образованию «микроконденсаторов» в массиве изоляции. Когда внешнее электрическое поле исчезает (убрали напряжение с кабеля), поляризация сохраняется.

На кабели из сшитого полиэтилена, которые работают на переменном токе промышленной частоты (чистая синусоида, 50 Гц), этот эффект не влияет. За время полупериода степень поляризации не успеет достигнуть существенных значений, а постоянная смена направления вектора электрического поля (полярности приложенного к кабелю напряжения) препятствует накоплению объемного заряда.

Испытания кабелей из сшитого полиэтилена повышенным напряжением

Если испытывать кабель СПЭ способом традиционным для кабелей с бумажной изоляцией, то это приведет к росту поляризации микровключений и образованию  древовидных структур в объеме изоляции в кабеле. Это начальная стадия пробоя  кабеля. Подача выпрямленного напряжения на кабель из сшитого полиэтилена ведет к необратимым изменениям в изоляции и выходу его из строя.

Амплитуда и частота испытательного напряжения для СПЭ кабелей

Для испытания кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена необходимо переменное напряжение, строго симметричной формы.

Производители кабелей нормируют амплитуду, частоту и длительность испытательного напряжения, применяемого к кабелю. Для оценки состояния изоляции кабеля важны параметры dU/dT и количество изменений направления вектора электрического поля, которые только косвенно отражаются через значение частоты напряжения и длительности испытания кабеля.

Понятно, что чем выше частота испытательного напряжения, тем больше требуемая выходная мощность испытательной установки (при той же длине кабеля). А чем ниже частота, тем больше времени потребуется на испытание кабеля (для обеспечения требуемого количества переходов через «0»).

Наилучшим вариантом было бы испытание на частоте 50 Гц, но стоимость (да и габариты) требуемых установок достаточно высокая.

Принятые нормы испытания кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена

К началу 90-х годов общепринятые нормы и правила эксплуатации кабелей из сшитого полиэтилена устоялись. Элементная база испытательного оборудования, которая появилась к тому моменту,  позволила установить баланс между стоимостью, массой и габаритами испытательных установок. Вместе с тем единого стандарта ни в Европе, ни, соответственно, в России до сих пор нет. Опыт европейских коллег очень ценный, он дает возможность структурировать информацию, касающуюся вопросов прокладки, диагностики и обслуживания кабельных линий.

Виды повреждений кабелей, имеющих СПЭ-изоляцию

Выделяются четыре типа повреждений кабеля:

  • внешние повреждения изоляции, которые возникают в результате нарушения технологии прокладки. Такие повреждения составляют 70% общего количества регистрируемых повреждений кабеля;
  • внутренние повреждения изоляции, как результат несоблюдения правил эксплуатации (испытанием постоянным напряжением) и естественного устаревания;
  • повреждения защитного экрана кабеля;
  • разнотипные повреждения кабельных жил.

Повреждения кабеля из сшитого полиэтилена

Испытания силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена напряжением постоянного тока приводит к образованию объемного заряда на микровключениях молекул воды.  Разрядка данного заряда при снятии с кабеля остаточного заряда путем заземления не происходит, потому что снизу и сверху данного «конденсатора» находится сшитый полиэтилен (диэлектрик).

Дальнейшая подача рабочего напряжения приводит к суммированию напряженностей электрополей и может вызвать локальное превышение предела прочности изоляции. Образуются  электрические «древовидные» структуры (водные триинги). Изоляция повреждается, а наличие частичных разрядов в слабых местах изоляции приводит к развитию триингов.

Их разрастанию также способствует действие электрополя, имеющаяся вода, механические дефекты. Все эти факторы вместе с возникшими водяными деревьями приводят к пробою, который возникает в месте основного скопления данных водяных деревьев.

Водные триинги в изоляции СПЭ кабелей

Постоянно изменяющаяся полярность заряда компенсирует накапливающиеся заряды  и происходит их разрядка. Эффективно испытание СПЭ кабелей установкой СНЧ (напряжением сверхнизкой частоты) — можно достичь максимальной скорости развития пробоя и выявить имеющиеся дефекты в течение испытания. Форма выходного напряжения должна быть симметричной – это важно.

В цикле есть положительная и отрицательная половина, они не идентичны, так как вида сигнала зависит от величины нагрузки. Именно из-за этого и накапливается постоянная составляющая, что приводит к образованию объемного заряда. Этого не произойдет, если форма синусоиды испытательного напряжения является полностью симметричной.

Какие типы испытаний СПЭ обязательны

Испытания кабеля СПЭ проводить напряжением СНЧ (синусоидальным напряжением), которые комбинируются с диагностикой ЧР (частичный разряд). 

Силовой кабель из сшитого полиэтилена испытывается с помощью проведения следующих процедур:

  1. Контроль оболочки;
  2. Проверка прочностных характеристик кабеля с выполнением СНЧ испытаний на частоте 0,1 Гц при напряжении 3кВ;
  3. Диагностика ЧР при затухающем переменном напряжении (DAC).

Кабельные линии 6 – 35 кВ из сшитого полиэтилена обязательно подвергают следующим типам испытаний:

  • Перед включением в работу;
  • После окончания ремонтных работ;
  • Периодическое плановое испытание 1 раз в течение 5 лет.

Оболочки кабеля СПЭ, который пролегает в земле, испытывают:

  • Перед использованием кабельной линии;
  • После выполнения ремонтных работ основной (внешней) изоляции кабельной линии.

Электрические испытания после прокладки кабеля

Этот период испытаний кабеля СПЭ является обязательным действием перед началом эксплуатации кабельной линии. Цель испытания – определить правильность прокладки кабеля и проверить надежность кабельной арматуры. Выполнение испытаний производится до засыпки кабеля землей.

После осмотра кабельной трассы и сооружений, совершают электрические испытания кабеля для устранения обнаруженных дефектов:

  • Испытание переменным напряжением частотой до 400 Гц время проведения – 15 мин;
  • Разрешено испытывать кабель переменным напряжением промышленной частотой 50 Гц в течение 1 суток;
  • Или постоянным напряжением (длится 15 мин).

Временные нормы испытания кабелей из сшитого полиэтилена при частоте 0,1 Гц:

  • Для испытания кабеля из сшитого полиэтилена 6 кВ прикладывается напряжение 17,5 кВ в течение 15 мин.
  • Для испытания кабеля из сшитого полиэтилена 10 кВ берут напряжение 30 кВ.
  • Для испытания кабеля из сшитого полиэтилена 35 кВ справедливо использование напряжения 100 кВ в течение 15 мин.

На кабели 10, 20, 35 кВ подается соответствующее, троекратно превышающее значение напряжение.

Напряжение прикладывается между фазной жилой и ее экраном по отдельности. Обязательно во время этого испытания заземлить все необрабатываемые жилы. Разрешено проводить испытание всех трех фаз. После выполнения испытания постоянным напряжением требуется заземлить или закоротить токопроводящую жилу с экраном из меди, на время около часа.

Пластмассовая оболочка кабеля, которая пролегает в земле, испытывается при отделении экрана от «земли» и проверяется между экраном и «землей» напряжением 5кВ для кабеля с оболочкой ПЭ. 3 кВ – кабель ПВХ. Отсутствие толчков тока утечки и отсутствие его нарастания после ставшего стабильным значением говорят о том, что оболочка кабеля прошла испытания.