2.3 Дефекти, що виникають при експлуатації кабельних ліній

Під час експлуатації в кабельних лініях виникають різні аварійні ситуації, кожна з яких має свої специфічні відмітні ознаки.

З усієї розмаїтості причин, що приводять до пошкодження і передчасного виходу кабеля з ладу в процесі експлуатації слід виділити наступні:

механічні пошкодження будівельними машинами й механізмами;

механічні пошкодження кабеля й муфт у результаті усадки ґрунту;

механічні пошкодження, що виникли в процесі виготовлення, транспортування й монтажу силового кабелю;

дефекти в сполучних муфтах і кінцевих заправленнях під час монтажу;

корозійні пошкодження захисних оболонок;

прискорене старіння ізоляції під впливом високих температур при порушенні правил експлуатації.

Досвід експлуатації кабельних ліній на Запорізькій атомній електростанції показує, що розподіл пошкоджень по елементах наступний:

13,5% припадає на сполучні муфти;

16,5% - на кінцеві муфти;

70% - інші місця кабеля.

Характерно, що на електричні пробої ізоляції в кабельній лінії припадає 40% випадків, а на механічні - 60%.

Пошкодження в силових кабелях виникають з різних причин. Умовно весь період експлуатації силового кабеля можна розбити на кілька періодів [4].

На початковому етапі основними причинами виникнення аварійних ситуацій є грубі заводські дефекти або дефекти, що виникли в процесі монтажних робіт. Маючи низьку електричну міцність, вони, як правило, виявляються в перші два-три роки після введення лінії в експлуатацію.

На другому, експлуатаційному періоді роботи аварійні ситуації в основному мають випадковий характер і не пов'язані з процесами старіння виробу.

Серед явних причин, таких як механічні пошкодження будівельними механізмами, варто виділити приховані причини, що є наслідком впливу декількох факторів. Прикладом можуть служити незначні механічні пошкодження захисних оболонок або корозійні процеси, у результаті яких порушується герметичність і волога проникає в ізоляцію. Особливістю даних процесів є їхній імовірнісний характер. Час від моменту виникнення дефекту до моменту пробою може становити від декількох секунд до декількох місяців. Частина таких дефектів виявляється при проведенні випробування кабельних ліній підвищеням напруги.

Слабким місцем є сполучні муфти, в яких під дією механічних розтяжних зусиль у результаті руху ґрунту може відбуватися обрив струмоведучих жил.

При коротких замиканнях можливе перегоряння струмоведучих жил або місць пайки в сполучних гільзах.

Тривалість другого етапу визначається якістю кабельної продукції і умовами її експлуатації. Природно, що основним завданням обслуговуючого персоналу є максимальне продовження цього періоду роботи силового кабеля.

Заключний, третій період характеризується початком інтенсифікації процесів старіння ізоляції та зростанням імовірності виникнення аварійних ситуацій. Актуальним стає питання про економічну доцільність подальшої експлуатації кабельної лінії.

Особливе місце займають порушення умов експлуатації, в результаті яких порушується тепловий режим силового кабеля. Тепловий вплив фактично визначає швидкість старіння ізоляції кабеля і відповідно строк його служби. Одним з недоліків силових кабелів є низька перевантажувальна здатність. Припустимі температури для кабелів визначаються температурою струмопровідних жил і використовуваною ізоляцією. Електричний опір струмопровідної жили кабеля постійному струму, перерахований на 1 мм² номінального перерізу, 1 км довжини й температуру 20⁰С має бути не більше: для одножильних кабелів перерізом до 500 мм² – для мідної жили 17,76, для алюмінієвої - 29,11 Ом. Для одножильних кабелів перерізом 625 мм² і більше, а також багатожильних всіх переризів – для мідної жили 17,93, для алюмінієвої – 29,4 Ом. Електричний опір ізоляції кабелів залежно від напруги, перерахований на 1 км довжини і температуру 20⁰С, не повинен перевищувати значень, наведених у табл. 2.1 [3].

Таблиця 2.1- Електричний опір ізоляції кабелів.

Кабелі силові	Напруга, кВ	Опір ізоляції, перерахований на 1км довжини й температуру 200 С, не менше МОм
З паперовою просочною, збідне­ною і просоченою не стікаючою рідиною	1, 3, 6, 10	100 200
З ізоляцією з полівінілхлориду	1 3 6	7 12 50
З ізоляцією з поліетилену	До 6	150

Довгостроково припустиму температуру нагрівання жил кабеля в процесі експлуатації та максимально припустиму температуру жил при короткому замиканні наведено в табл. 2.2.

Таблиця.2.2 -Припустима температура нагрівання жил кабелю.

Вид ізоляції кабеля	Довгостроково припустима температура нагрівання жил, о С	Максимально припустима тем-пература при струмі КЗ, оС
Просочений папір на напругу, кВ: 1 6 10	80 80 65	200 200 200
Полівінілхлоридний пластикат	70	160
Поліетилен	70	130
Вулканізований поліетилен	90	250

Якщо в процесі експлуатації контролюється температура на поверхні кабеля, то її значення на 15-20^оС повинне бути нижче відповідних значень, наведених у табл. 2.2.

Тепловий режим визначається в основному струмовими навантаженнями на силовий кабель. Рекомендовані значення довгостроково припустимих струмових навантажень на кабелі напругою 1, 6, 10 кВ наведені в табл. 2.3, 2.4.

Таблиця 2.3 - Довгостроково припустимі струмові навантаження три - та чотирижильних кабелів на напругу 1 кВ при прокладанні у землі, на повітрі

Номінальний переріз струмопровідної жили, мм2	Струмові навантаження кабеля, А
	З мідною жилою		З алюмінієвою жилою
	у землі	на повітрі	у землі	на повітрі
6	70	50	55	40
10	95	70	75	55
16	120	90	90	70
25	160	125	125	95
35	190	150	145	115
50	235	185	180	140
70	285	235	229	175
95	340	290	260	215
120	390	335	300	250
150	435	385	335	295
185	490	440	380	335
240	570	515	440	395

Таблиця 2.4 - Довгостроково припустимі струмові навантаження кабелів на напругу 6 й 10 кв при прокладанні у землі, на повітрі

Номінальний переріз струмопровідної жили, мм2	Струмові навантаження кабеля, А
	з мідною жилою				з алюмінієвою жилою
	У землі		На повітрі		У землі		На повітрі
	6 кв	10кв	6кв	10кв	6кв	10кв	6кв	10кв
1	2	3	4	5	6	7	8	9
10	85	-	70	-	65	-	55	-
16	115	105	90	80	85	80	70	60
25	145	130	125	110	115	100	95	85
35	175	165	150	135	135	125	115	105
50	220	195	180	165	170	155	140	125
70	270	235	235	210	210	180	175	155
1	2	3	4	5	6	7	8	9
95	325	290	285	255	245	225	215	190
120	375	340	330	295	285	265	250	220
150	430	390	380	335	330	300	285	250
185	480	440	430	385	375	340	325	285
240	560	500	500	455	430	390	385	335

При коротких замиканнях тривалістю 1с припустимі значення струмів, що відповідають максимально припустимим значенням температури не повинні перевищувати значень, наведених у табл. 2.5. Коли тривалість КЗ відрізняється від 1с, припустимі значення струмів КЗ помножуються на коефіцієнт , де - тривалість КЗ.

Таблиця 2.5-Припустимі струми для кабелів з просоченою паперовою ізоляцією

Номінальний переріз струмопровідної жили, мм2	Припустимий струм одного секундного короткого замикання, кА
	1-6 кв		10 кв
	мідні жили	алюмінієві жили	мідні жили	алюмінієві жили
6	0,77	0,55	0,81	0,53
10	1,29	0,85	1,35	0,89
16	2,06	1,36	2,16	1,42
25	3,21	2,12	3,37	2,23
35	4,5	2,97	4,72	3,12
50	6,43	4,25	6,74	4,45
70	9,0	5,94	9,43	6,23
95	12,21	8,06	12,8	8,46
120	15,42	10.19	16.17	10,69
150	19,28	12,73	20,21	13,36
185	23,78	15,71	24,93	16,47
240	30,84	20,4	32,34	21,37

З огляду на значний вплив температури на термін служби кабеля, на практиці залежно від класу застосовуваної ізоляції використовують шести-, восьми-, десяти- і дванадцятиградусне правила. Термін служби ізоляції залежно від температури нагрівання визначають за формулою [4]

,

де A – термін служби ізоляції при = 0 – деяка умовна величина;

- температура перегріву ізоляції;

- коефіцієнт, що характеризує ступінь старіння ізоляції залежно від класу.

Як правило, для ізоляції класу А застосовується восьмиградусне правило, відповідно до якого передбачається, що збільшення температури на вісім градусів скорочує термін служби кабеля у два рази.

Крім теплового впливу на процес старіння ізоляції впливає й електричне поле. Навіть у новому кабелі в ізоляції присутні газові включення у вигляді порожнеч, не заповнених просочувальною речовиною. Нагрівання і охолодження кабеля в процесі експлуатації приводить до утворення нових порожнеч, здатних мігрувати по ізоляції. Під дією електричного поля в газових включеннях можливе виникнення іонізації, що супроводжується ерозією стінок порожнини. Утворення озону при іонізації посилює процес внутрішнього руйнування ізоляції.

Ще одним фактором, що викликає інтенсивне старіння ізоляції, є механічні навантаження, обумовлені електродинамічними процесами при різких змінах струму, наприклад, при наскрізних струмах короткого замикання. Механічні характеристики міцності ізоляції залежать від температури. Межа механічної міцності ізоляції швидко знижується в міру її нагрівання. Значні деформації супроводжуються появою необоротних структурних змін у вигляді тріщин, роз-ривів, розшарувань, які випадково розподілені по об’єму ізоляції. Під впливом змінних теплового потоку й електродинамічних зусиль неоднорідність ізоляції посилюється, тому що мікротріщини, наприклад, можуть поширитися вглиб ізоляції.

Різний характер пошкоджень силових кабелів відповідно викликає різні фізичні процеси, що протікають в ізоляції, причому на швидкість іх розвитку впливають багато факторів, урахувати вплив яких при проектуванні лінії не завжди вдається. Одержати інформацію про наявність у силовому кабелі тих або інших дефектів можна при проведенні профілактичних випробувань.