Мудрые мысли веков

Наука необходима народу. Страна, которая ее не развивает, неизбежно превращается в колонию.
Ф. Жолио-Кюри
Печать

Диагностика кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена

Силовые кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена являются новым типом линий в России. Силовой кабель выпускается для питания одной фазы. То есть линия должна содержать три кабеля такого типа. На сегодняшний день, несмотря на интенсивное внедрение этого кабеля на предприятиях и в энергосистемах, утвержденных на государственном уровне технологий их испытаний и диагностики нет.

Предприятие ООО «ТестСервис» является пионером в России по опыту диагностики таких линий, разработке технологий диагностики и нормативов оценки технического состояния. Предприятием впервые в стране приобретено необходимое для этих целей оборудование и успешно выполняются работы уже около шести лет.

Установлено, что наиболее эффективным и достоверным методом диагностики линий с изоляцией из сшитого полиэтилена является метод частичных разрядов. Метод эффективен как для вновь вводимых в эксплуатацию линий, так и уже эксплуатируемых. Опыт предприятий и энергосистем, имеющих и эксплуатирующих такие линии, показывает, что отсутствие должных испытаний при вводе в эксплуатацию линий часто приводит к их преждевременному и не предсказуемому выходу из строя. В то время как расчетный ресурс безпроблемной эксплуатации линий с этой изоляцией должен быть не менее сорока лет.

Немного об испытаниях линий с изоляцией из сшитого полиэтилена повышенным напряжением пониженной частоты. Метод широко рекламируется в литературе, но эффективно может быть использован только после достаточно длительной эксплуатации линий. Это время, как правило, больше десяти лет. В ряде случаев, при грубых нарушениях технологии монтажа, этот метод также может быть эффективным. Но в большинстве случаев при проверке вновь вводимых в эксплуатацию линий выявить имеющиеся дефекты этим методом не удается.

В процессе длительной эксплуатации кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена в его толще, с выходом на поверхность основной изоляции, образуются микротрещины, так называемые триинги. Причин образования триингов много, это процессы полимеризации, остаточные механические напряжения, механические и тепловые нагрузки и т.п. По каналам триингов из окружающей среды поступает влага, поэтому с их ростом сопротивление изоляции в этом месте падает.

На рис. 4 условно показано образование триинга в изоляции из сшитого полиэтилена. Так как ширина каналов триинга не велика, то напряженность электрического поля в точках на стенках каналов в любом сечении примерно одинаковая (например, участок 1-2-3). Следовательно, и разность электрических потенциалов в этих точках также невелика.  Поэтому возникновение разрядов между стенками каналов маловероятно.

Электрическая прочность изоляции из сшитого полиэтилена существенно больше бумажно-масляной изоляции. Кроме того, сшитый полиэтилен относится к классу не полярных диэлектриков. При производстве испытаний этой изоляции повышенным напряжением пониженной частоты разряды возникают в местах с малой толщиной, например, участок (4-5), рис.4. В этом случае велика вероятность пробоя изоляции. При малой глубине проникновения триингов испытания проходят успешно, в то время как дефекты в изоляции уже имеются. В случаях грубых нарушениях технологии изготовления муфт, либо при механических повреждениях кабеля в процессе монтажа, этот метод может быть эффективным для обнаружения дефектов.

При монтаже кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена часто происходит нарушение оболочки кабеля. В дальнейшем, при эксплуатации таких линий, под воздействием проникающей влаги и наведенной ЭДС происходит окисление и разрушение экрана кабеля. Поэтому при производстве испытаний основной изоляции необходимо также испытание оболочки (экран-земля).

 Пример образования триинга

Рис.4. Пример образования триинга в кабельной линии с изоляцией из сшитого полиэтилена

 

Триинги в сшитом полиэтилене могут быть определены также по току утечки, току релаксации или тангенсу угла диэлектрических потерь.

Имеющаяся в ООО «Тест» аппаратура позволяет выполнять диагностику линий на напряжение до 35кВ. Практический опыт и имеющиеся теоретические разработки позволяют заявить о возможности выполнения диагностики линий на напряжения 110 и выше киловольт. Анализ диагностики линий с изоляцией из сшитого полиэтилена аналогично линиям с бумажно-масляной изоляцией оформляются в виде технического отчета. Отчет начинается с заключения о техническом состоянии линии.

Заключение

по диагностическому обследованию изоляции силовой кабельной линии методом частичных разрядов

Предприятие:_ хххххххххххххххх _____________________________________

Объект:         _ хххххххххххххххх__________________________________________

Длина КЛ:           1080           м.    Марко-размер:                  АПвВнг 1х630              

Год прокладки:    2006             Номинальное напряжение:          35                      кВ

 

Предыдущее обследование OWTS:                      не проводилось

Предыдущее обследование CDS:                          не проводилось

 

По результатам обследования КЛ аппаратурой OWTS в изоляции всех фаз при номинальном фазном напряжении, зафиксированы места с локальными проявлениями частичных разрядов. Техническое состояние изоляции фазы А на отрезке 10-25 м от п/ст. «Электросталь» в области риска. Техническое состояние изоляции фазы В на отрезке 0-21 м и фазы С на отрезке 570-584 от п/ст. «Электросталь» в предельной области риска. При напряжениях, превышающих номинальное фазное напряжение, интенсивность частичных разрядов на указанных отметках увеличивается.

По результатам обследования КЛ аппаратурой CDS методом тока релаксации признаков, свидетельствующих о сниженном ресурсе изоляции фазы А, не зафиксировано. В изоляции фазы В отмечены признаки сниженного ресурса изоляции. В изоляции фазы С зафиксированы признаки неудовлетворительного состояния изоляции.

Наиболее вероятное место ослабления изоляции фазы В на отрезке 0-21 м, а фазы С на отрезке 570-584 м от п/ст. «Электросталь». Рекомендуется ремонт фазы А на отметках 0-25 м от п/ст. «Электросталь» в течение года. Необходим срочный ремонт фазы В на отрезке 0-21 м, а фазы С на отрезке 570-584 м от п/ст. «Электросталь». После выполнения ремонтов рекомендуется диагностика в целях проверки качества монтажа.

 

Приложения:

Протокол OWTS № 232-08;

Протокол CDS № 234-08CD

 

Далее в отчете приводятся протокол обследования КЛ методом частичных разрядов, осциллограммы разрядов и гистограммы их суммарного количества в проблемных местах линии.

 

Протокол № 232-08

обследования КЛ методом ЧР (аппаратура OWTS, модуль М710)

Дата: ____04.10.2008                                         

Предприятие: _ хххххххххххххххх _____________________________________

Объект:           _ хххххххххххххххх_________________________________________

Длина КЛ:        1080    м.        Марко-размер:           АПвВнг 1х630                 

Год прокладки:    2006             Номинальное напряжение:          35          кВ

 

Результаты обследования

Нормируемые параметры

Фаза А

(L1)

Фаза В

(L2)

Фаза С

(L3)

Напряжение возникновения ЧР

(Um), кВ

25

20

13

Максимальный уровень ЧР

(при Uз=37 кВ), пКл

3723

2604

13541

Максимальная интенсивность ЧР за один цикл измерения* в локальном месте, шт.

2,25

5,6

7,21

 * Интенсивность – это сумма ЧР в локальном месте, деленная на число циклов измерения, приведенная к секунде. На гистограммах показана сумма ЧР в локальных местах. Этот параметр приводится в таблице нормируемых параметров для локального места КЛ с максимальным количеством ЧР по всем трем фазам. 

Не нормируемые параметры

Фаза А

(L1)

Фаза В

(L2)

Фаза С

(L3)

Максимальный уровень ЧР

 (при Um), кВ

1500

700

2000

Напряжение гашения ЧР

(при Uз=37 кВ), кВ

23

23

23

tan? Х 10-3

0,781

0,737

0,824

Скорость распространения импульса,  м/мкс

160,36

160,36

160,45

Количество циклов измерения

16

20

28

Емкость фазы, мкФ

0,372

0,369

0,369

 

Напряжение гашения разрядов определено при напряжении заряда линии равном амплитуде номинального напряжения. Это условие не соблюдается для линий на номинальное напряжение равное 35кВ. Для этих линий максимальное напряжение заряда должно быть равным приблизительно 50кВ, но имеющееся в распоряжении ООО «Тест» оборудование OWTS рассчитано на напряжение до 37кВ. Поэтому здесь может быть реализовано испытание только с напряжением чуть большим амплитуды фазного напряжения. Учитывая то, что линии с таким напряжением подключаются, как правило, к симметричной нагрузке, и короткие однофазные замыкания в них маловероятны, то такая диагностика может считаться допустимой.

Измерение тангенса угла диэлектрических потерь реализуется в OWTS с помощью встроенного алгоритма. Скорость распространения импульса разряда определяется при калибровке и известной длине линии. Если длина линии не известна, то скорость устанавливается постоянной исходя из имеющегося опыта. В обоих случаях эта величина приблизительная, соответствующая средней скорости, и потому является основным фактором в ошибках при локализации проблемных мест (в среднем 1% от длины линии).

Количество циклов измерения соответствует сумме замеров при различных уровнях напряжений заряда линии. Емкость фаз измеряется OWTS.

Приложение 1 к протоколу 232-08

КЛ: п/ст. «Электросталь» РС-1 35 кВ Кл №1 – Фидер ДСП-80 Карта ЧР фаз ABC

Как показывает практика диагностики линий с изоляцией из сшитого полиэтилена, проблемные места в них часто соответствуют расположению концевых и соединительных муфт. Это наглядно иллюстрируется приведенной картой частичных разрядов. Причина заключается в нарушениях технологии монтажа линий из-за отсутствия должного опыта и квалификации специалистов монтажных организаций. Наличие разрядов в кабеле с изоляцией из сшитого полиэтилена наблюдается редко. Нарушение оболочки кабеля в процессе монтажа линий присутствует довольно часто, но этим методом такие дефекты не фиксируются.

К сожалению, нарушение технологий монтажа кабельных муфт при последующем ремонте требует увеличения их числа из-за необходимых кабельных вставок. Дело в том, что нарушение герметичности муфт в линиях с изоляцией из сшитого полиэтилена даже на короткое время приводит к интенсивному насыщению изоляции влагой из окружающей среды. Влага натягивается между жилой и основной изоляцией как насосом. Это обстоятельство также следует иметь в виду как при хранении барабанов с кабелем, так и при монтаже после разделки концов кабеля.

В качестве примера, следует привести несколько случаев на предприятиях Пермского края с нарушениями технологии монтажа и хранения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Так на одном из предприятий была выполнена диагностика вновь вводимой линии на напряжение 35кВ. Измеренный уровень разрядов составил более 25000пК (установленная ООО «ТестСервис» норма 1200пК).

При вскрытии муфт были установлены грубые нарушения технологии монтажа. После выполнения ремонта под наблюдением специалистов «АВВ Москабель», норма разрядов в соединительных муфтах была достигнута. В концевых муфтах уровень разрядов снизился (15000пК), но по-прежнему превышал норму. И только после консультаций со специалистами ООО «ТестСервис» удалось достигнуть относительно удовлетворительного результата, 3500пК. В другом случае, после разделки концов кабеля муфты смонтированы сразу не были. Монтаж был выполнен после истечения нескольких дней. Диагностика показала полную не пригодность линии к эксплуатации. Когда линия была разрезана, из нее буквально потекла вода. Кабель пришлось заменить.

Приложение 2 к протоколу 232-08

КЛ: п/ст. «Электросталь» РС-1 35 кВ Кл №1 – Фидер ДСП-80 

 Гистограмма фазы А

Гистограмма фазы B

Гистограмма фазы C

Приведенные гистограммы разрядов, в данном случае, свидетельствует о высокой степени опасности технического состояния линии. Гистограммы по фазам, показывают о наличие дефектов в концевых муфтах фаз А и В. В соединительной муфте имеется дефект (проблемное место) только в фазе С.

Для уточнения технического состояния линий с изоляцией из сшитого полиэтилена и определения остаточного ресурса применяется метод измерения тока релаксации (возвратного тока). При производстве испытаний этим методом к линии подводится постоянное напряжение одного уровня (1,0кВ) одновременно к трем фазам.

Протокол № 234-08 CD

Диагностика кабельной линии методом тока релаксации

 

Дата: ____04.10.2008                                         

Предприятие: _ хххххххххххххххх_________________________________

Объект:   _ хххххххххххххххх ________________________________________

Длина КЛ:           1080           м.    Марко-размер:                 АПвВнг 1х630              

Год прокладки:    2006             Номинальное напряжение:          35                      кВ

 

Кривые тока релаксации при напряжении заряда линии 1 кВ IRC Фаза AIRC Фаза BIRC Фаза C

 

После истечения 30 минут зарядки линии, для разряда геометрической емкости, производится закорачивание фаз на землю (экран) на время 5 секунд.  После этого выполняется измерение тока релаксации по схеме амперметра. На графиках по оси абсцисс время в секундах, а по оси ординат ток в пикоамперах.

Для анализа результатов измерений используются начальное значение тока, скорость изменения тока, значение тока в конце измерения. Перечисленные параметры нормируются по ряду уровней значений, с целью определения степени опасности, имеющихся проблемных мест в линии. Для определения остаточного ресурса используется номограмма, аналогичная методу возвратного напряжения. Дополнительно анализируется ток заряда линии по фазам. Осциллограммы токов заряда здесь не приведены.