Испытательные напряжения кабелей

Номинальное напряжение, кВ	Испытательное напряжение промышленной частоты, кВ	Длительность испытания, мин	Импульсное испытатель­ное напряжение полной волной, кВмакс
6	16	10	----
10	25	10	----
35	65	20	----
110	250	15	550
220	550	----	850
500	850	----	1500

2.2.2. Кабели со сшитым полиэтиленом

Особенности конструкции. Полиэтилен широко используют в качестве силовой электрической изоляции в кабелях, в особенности. "сшитый" полиэтилен (СПЭ). (В зарубежной литературе – cross-linked polyethylene). Сшивка – создание пространственной решетки за счет образования продольно-поперечных связей между макромолекулами полимера – увеличивает жесткость изоляции при повышенных температурах. Его получают либо облучением высокоэнергетичными частицами (электронами, фотонами, тяжелыми частицами), либо вулканизацией. При этом образуется пространственная сетка, подобно тому, как это реализуется в резине. Модифицированный материал может эксплуатироваться при температуре до 200 °С, кроме того, он становится более стойким по отношению к агрессивным средам и растворителям, механически более прочным, его удельное сопротивление повышается примерно на два порядка. Другие характеристики: удельное сопротивление 10¹⁴-10¹⁵ Ом×м, удельное поверхностное сопротивление 10¹⁵ Ом, диэлектрическая проницаемость 2.2-2.4, тангенс угла диэлектрических потерь 10^-4, электрическая прочность 45-55 кВ/мм, теплопроводность 0.3-0.4 Вт/(м×К), теплоемкость 2 кДж/(кг×К), плотность 920-960 кг/м³. Класс нагревостойкости Y.

В производстве силовых кабелей с СПЭ-изоляцией получили развитие две технологии: технология пероксидной сшивки на линиях газовой (азотной) вулканизации и технология силанольного сшивки. В процессе старения (деструкции) сшитого полиэтилена его эксплуатационные характеристики снижаются. Основная причина этого – водные триинги – повреждения полимера, развивающиеся на технологических дефектах изоляции при совместном действии электрического поля и влаги, диффундирующей из окружающей среды. Вместе с влагой в изоляцию проникают агрессивные вещества. Они разрушают полимерные цепи, приводя к образованию микрополостей, которые в свою очередь служат резервуарами для накопления влаги. Под воздействием электрического поля полярные молекулы воды образуют древовидные структуры, направленные вдоль силовых линий электрического поля, – водные триинги. Водный триинг (водный дендрит) – образование разветвленной микроструктуры в виде объемной сетки или микрокустов в теле диэлектрика, состоящей преимущественно из воды. Характерен для полиэтиленовой изоляции кабелей, работающих во влажных условиях. Растет от точек входа воды вглубь промежутка под действием напряжения и воды. Диаметр водного дендрита - доли микрон. При разрастании структуры триинга до размеров половины промежутка или более, происходит пробой промежутка. Обычно механизм выхода их строя твердой изоляции под действием напряжения представляется следующим. В порах возникают частичные разряды (ЧР), они постепенно разрушают диэлектрик в прилегающей области, затем их амплитуда растет и, по достижению некоторого значения, скачкообразно происходит образование микродендрита. Затем ЧР происходят уже в дендрите, и после определенных воздействий, дендрит скачкообразно прорастает дальше вглубь промежутка. В конце концов, происходит пробой всего промежутка. Для влажных условий водные дендриты начинают играть превалирующую роль, приводя к пробою при сравнительно низких напряжениях.

Различают два вида триингов: «бант» (зарождаются в объеме изоляции, заполненном водой, или на включениях инородных материалов) и «веер» (развиваются с поверхности электропроводящих экранов). Электрическая прочность изоляции в области триингов существенно снижается, что повышает напряженность на неповрежденной части изоляции и ускоряет процесс роста триинга. В настоящее время существуют две концепции снижения негативного влияния водных триингов на свойства изоляции: согласно первой в полиэтилен вводятся специальные химические добавки, в итоге получается триингостойкий сшитый полиэтилен – ТСПЭ; в соответствии со второй создаются макромолекулы, в состав которых, помимо этилена, входит более 5% других химических соединений, в итоге получается сополимерный сшитый полиэтилен – ССПЭ (механическая смесь полиэтилена низкой плотности, сополимера – этилена и этилакрилата или бутилакрилата и антиоксиданта, снижающего скорость окислительных процессов). Пероксидосшиваемые ТСПЭ и ССПЭ обладают очень схожими электрическими характеристиками и являются отличными изоляционными материалами, стойкими к возникновению и росту водных триингов.

Изоляции из ТСПЭ и ССПЭ демонстрируют более высокую остаточную прочность, чем изоляция, полученная методом силановой сшивки, и гомополимерная изоляция. На срок службы кабеля влияют качество производства и опыт производителя. Сравнение приведенных в табл. 2.2.2 эксплуатационных показателей кабелей среднего напряжения с пропитанной бумажной и пластмассовой изоляцией позволит сделать выбор в пользу кабелей с изоляцией из СПЭ.

Т а б л и ц а 2.2.2