2.4.2.2. Испытание кабельных линий с бумажно-масляной изоляцией Проверка целости и фазировки жил кабеля

До начала и после испытания с помощью мегомметра проверяют исправность жил и правильность присоединения одноименных фаз с обоих концов кабельной линии всех напряжений.

Измерение сопротивления изоляции

Измерение проводят мегомметром напряжением 2,5 кВ в течение 60 сек. Для силовых кабелей до 1 кВ сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Для силовых кабелей свыше 1 кВ не менее 300 МОм. Измерение следует производить до и после испытания. Схема измерения приведена на рис.1.

Рисунок 1– Схема измерения сопротивления фазной и межфазной изоляции и внешний вид мегаомметра

Испытание повышенным напряжением кабельных линий с бумажно-масляной изоляцией

Некоторые теоретические сведения по испытанию изоляции

Электрическая прочность изоляции определяется величиной напряженности электрического поля E_пр, при которой наступает пробой изоляции:

E_пр = U_пр/ d_из кВ/мм.

Напряженность электрического поля по элементам слоистой изоляции при переменном напряжении распределяется обратно пропорционально их диэлектрическим проницаемостям, а при постоянном – обратно пропорционально их проводимостям.

ε_б > ε_м. γ_б < γ_м.

При постоянном напряжении объемные заряды успевают накапливаться в изоляции и в ней протекает ток сквозной проводимости:

i = γ E = - γ dU_пр / d_из

Переменное напряжение будет нагружать масло, постоянное – бумагу. Различные значения величин напряженности электрического поля в элементах слоистой изоляции и изоляции, имеющей воздушные и другие включения, снижает пробивное напряжение всего диэлектрика в целом. Наличие дефектных мест в изоляции, главным образом, сказывается на снижение ее электрической прочности, так как возрастает напряженность поля в этих местах.

Создавшаяся неоднородность структур в локальных областях изоляции и связанная с ней неоднородность электрического поля обуславливает резкое возрастание плотности тока и может привести к пробою. Таким образом, условием снижения электрической прочности изоляции является рост проводимости и напряженности электрического поля в локальных областях диэлектрика.

Нормы испытаний электрооборудования приведены в нормативных документах, таких как ПУЭ, ПТЭЭП и соответствующих руководящих документах.

Испытательное напряжение прикладывается поочередно к каждой жиле кабеля, при этом две другие жилы кабеля и его металлическая оболочка (экран) должны быть заземлены. Испытательное напряжение поднимается плавно со скоростью 1…2 кВ/c до требуемого значения и поддерживается неизменным в течение времени, указанного в ПУЭ, ПТЭЭП [ ]. При проведении испытаний повышенным напряжением измеряются токи утечки и их ассимметрия по фазам.

Для этого используются электролаборатории, смонтированные на автомашинах и малогабаритные переносные установки. Схема испытания кабеля приведена на рис. 5. В табл. Приведены характеристики некоторых испытательных установок. Ток утечки контролируется с помощью микроамперметра, один полюс которого заземлен, а второй соединен с началом вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 2. В цепь высоковольтного трансформатора и выпрямителя включен последовательно резистор R, ограничивающий ток в случае пробоя кабеля. Для питания выпрямителя используется трансформатор 1, подключаемый к сети 220 В.

Рисунок 5 –  Схема высоковольтной установки для испытания кабеля и

контроля тока утечки

Таблица 2

Испытательные установки

Тип параметр	АИД-70Ц	HPG50-H	HPG70-K	HPG50-D
Uисп, кВ	70	50	70	100
I, mA	10/20	14	13	15
Трансфор- матор	0,22/70 масляный	HTR35-1 сухой	HVT70-K сухой	HTR35-1 сухой

Нормируемые величины испытательного напряжения приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Величины испытательных напряжений выпрямленного тока

кабелей напряжением 3—10 кВ

Uном кабельной линии, кВ	UИСП, кВ		Продолжительность приложения испытательного напряжения, мин
	после прокладки	при эксплуатации	после прокладки	при эксплуатации
3	18	15	10	5
6	36	30
10	60	50

 Кабельные линии напряжением 6, 10,20, 35 кВ испытываются:

• вновь проложенные и после перекладки, перед засыпкой и включением;

• находящиеся в эксплуатации: по графику (плановые испытания), после ремонта, длительного отключения и т.п. (внеплановые испытания).

 Кабельные линии напряжением до 1 кВ испытываются:

• вновь проложенные - перед включением;

• после ремонта, запаривания, заливания и т.п. (внеплановые испытания).

 Кабельные линии 6, 10, 20 и 35 кВ с бумажной изоляцией, включая кабельные вставки и выкидки на воздушных линиях, испытываются:

а) 1 раз в год - для КЛЭП, питающих особо ответственных потребителей и объекты жизнеобеспечения города;

б) 1 раз в 3 года - для остальных КЛЭП;

в) 1 раз в 5 лет все остальные распределительные КЛЭП.

 В период испытания каждой фазы КЛЭП с бумажно-масляной изоляцией, периодически и на последней минуте испытания, производится отсчет тока утечки по показанию микроамперметра. У кабелей с бумажной изоляцией на напряжение до 10 кВ ток утечки составляет около 300 мкА, а для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена – 200 мкА. При удовлетворительном состоянии кабеля в случае подъема напряжения да счет зарядки его емкости ток утечки резко возрастает, затем быстро снижается до 10 - 20% максимального.

При испытаниях не должны наблюдаться скользящие разряды, толчки токов утечки, нарастание установившегося значения тока утечки. Сопротивление изоляции кабеля, измеренное мегомметром до и после испытаний должно быть одинаковым.

Изоляция кабеля считается удовлетворительной, если не произошло ее пробоя, а токи утечки и коэффициент несимметрии этих токов по фазам не превысили значений, приведенных в ПУЭ и ПТЭЭП.

Место пробоя кабельной линии должно быть обследовано и должна быть выяснена причина повреждения. Результаты вскрытий и разборок и заключение о причине повреждения оформляются протоколом. При наличии в кабеле заводского дефекта должна быть предъявлена рекламация изготовителю.

Результаты испытаний кабельных линий, причины их повреждения и выполненные мероприятия по ремонтам должны заноситься в паспорт кабельной линии.

2.4.3. Испытание кабельных линий с изоляцией из сшитого

полиэтилена

2.4.3.1. Требования к испытаниям кабельных линий с изоляцией из

сшитого полиэтилена. Общие теоретические положения.

Для обеспечения надежной работы силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена применяется система планово-профилактических испытаний.

Кабельные линии 10(6)кВ с изоляцией из СПЭ должны испытываться в соответствии с требованиями ПУЭ, ПТЭЭП, РД34.45-51.300-97 и ТУ16.К71-335-2004 (ТУ16.К71-359-2005).

Кабельные линии 10, 20 и 35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена, включая кабельные вставки, испытываются:

• перед включением КЛЭП в эксплуатацию,

• после ремонтов КЛЭП.

 Испытания защитных пластмассовых оболочек кабелей 10-20 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена осуществляются:

• перед включением КЛЭП в эксплуатацию;

• после ремонтов основной изоляции КЛЭП,

• в случаях проведения раскопок в охранной зоне КЛЭП и связанного с этим возможного нарушения целостности оболочек;

• периодически - через 2,5 года после включения в эксплуатацию затем 1 раз в 5 лет.

Распределение постоянного напряжения по толщине электрической изоляции кабелей из сшитого полиэтилена и пропитанной бумаги принципиально разное. За счет образования объемных зарядов у электродов на внутренней и наружной поверхностях изоляции из сшитого полиэтилена образуется локальная концентрация электрического поля, которая может привести к разрушениям в виде скользящих разрядов и пробою. Это неоднократно наблюдались при испытаниях КЛЭП на номинальное напряжение 10 – 35 кВ постоянным (выпрямленным) напряжением по нормам, предусмотренным в ПУЭ для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией, где величина испытательного напряжения составляет 10,3 U0.

Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена необходим щадящий метод испытаний напряжением сверхнизкой частоты 0,1...0,05 Гц. Испытания при очень низких частотах сменой полярности позволяют выявлять дефекты в изоляции без формирования объемных зарядов в структуре полиэтиленовой изоляции.

В качестве источника испытательного напряжения необходимо применять установки сверхнизкой частоты (СНЧ). Установка СНЧ подает в кабель постоянное напряжение частотой 0,1...0,05  Гц.

Неправомерно переносить нормы испытаний КЛЭП постоянным напряжением для кабелей с пропитанной бумажкой изоляцией, на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Для последних воздействие испытательного постоянного напряжения величиной до 10 Uo является разрушающим.

Испытание наружной оболочки кабельной линии с СПЭ изоляцией проводится напряжением постоянного тока 5кВ в течение 10 минут перед включением кабельной линии в эксплуатацию с периодичностью 1 раз в 2,5 года.

В настоящее время рекомендуются следующие нормы испытания кабелей СПЭ. Испытания изоляции кабелей проводят на частоте 0,1 Гц. Для 6 кВ кабелей испытательное напряжение составляет 12 кВ, для 10 кВ кабелей –18 кВ, для 35 кВ кабелей — 60 кВ. Каждая фаза испытывается в течение 30 минут. Оболочка кабеля испытывается постоянным напряжением 5 кВ в течении 5 минут. Диагностика оболочки кабеля проводится перед подключением, затем через 3 года после подключения, а дальше через каждые 4 года эксплуатации.

Система для проведения испытаний на сверхнизких частотах (0,1 Гц) должна удовлетворять следующим требованиям:

• частота повторения должна быть такой низкой, чтобы мощность, высвобождаемая в любом частичном разряде была настолько мала, чтобы не вызывать дальнейшей эрозии и, как следствие, не приводить к росту давления газа;

• смена полярности с одной стороны должна происходить достаточно медленно, чтобы исключить любые переходные процессы, вызываемые бегущими волнами, с другой стороны, она должна быть достаточно быстрой, чтобы сохранить любой пространственный заряд в частичном разряде, откуда он нарастает в направлении противоположного электрода.

Система, удовлетворяющая этим требованиям, должна генерировать колебания частотой 0,1 Гц со сменой полярности в течении полуволны 50 Гц. Испытание производится напряжением, равным 3Uо. С помощью применения напряжения косинусно-прямоугольной формы дефектные места в кабелях с ПЭ, ПВХ изоляцией быстро приводятся в состояние пробоя, без ненужной дополнительной нагрузки на кабельную изоляцию.

Основной причиной увеличения уровня частичных разрядов при эксплуатации кабелей с изоляцией из СПЭ является рост водных «триингов» в изоляции. 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».

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».

Исследования электрической прочности показали. Электрическая прочность пероксидносшитой изоляции кабелей после старения снизилась практически в два раза, а кабелей силаносшитых - лишь на 12%. В пероксидносшитой изоляции после старения зафиксированы «триинги» типа «бант» и «дельта», (рис. ).

Рисунок 8 – Водные «триинги» в изоляции кабелей СПЭ

В силаносшиваемой изоляции «триинги» не обнаружены. Эксперименты показывают, что длина водных «триингов» в образцах с силаносшиваемым полиэтиленом (SXLPE) меньше, чем в образцах пероксидносшиваемого полиэтилена (XLPE), (рис ). Результаты измерений влагосодержания,%: Пероксидная сшивка - 0,118±0,024; Силановая сшивка - 0,043±0,020.

Рисунок 9 – Результаты исследований электрической прочности после

старения во влажной среде

Рисунок 10 – Длина водных «триингов»

На рис.11 показаны результаты развития дефекта и момент пробоя при испытании СПЭ–кабеля переменным напряжением на установке VLF-60.

Рисунок 11 – Развитие дефекта и момент пробоя при испытании СПЭ–кабеля переменным напряжением: а,б) частотой 50 Гц; в,г) частотой 0,1 Гц

В настоящее время существуют две концепции снижения негативного влияния водных «триингов» на свойства изоляции:

1. Согласно первой в полиэтилен вводятся специальные химические добавки, в итоге получается триингостойкий сшитый полиэтилен – ТСПЭ;

2. 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).

Доказано, что испытания высоким постоянным напряжением уменьшают срок эксплуатации кабелей и значительно увеличивают рост водных триингов.

 Для проведения испытаний оболочки КЛЭП с изоляцией из сшитого полиэтилена используются испытательные установки с максимальным выходным напряжением до 5 кВ.  На рис.12 показаны схемы испытания напряжением СНЧ на различных типах кабеля.

 

Рисунок 12 – Схемы испытания напряжением сверхнизкой частоты на различных типах кабеля.

При испытании КЛЭП с изоляцией из сшитого полиэтилена контроль токов утечки может не проводиться. Кабельная линия напряжением 6 – 35 кВ, считается пригодной к эксплуатации, если она выдержала испытательное напряжение в течение времени, указанного в нормах. Для кабельной линии, выполненной из 3-х одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, дополнительно учитываются результаты испытания защитной оболочки, которая должна выдерживать испытание постоянным выпрямленным напряжением в соответствии с нормами.

При испытании оболочки одножильных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, испытательное напряжение прикладывается между экранами КЛЭП и землей. Для этого экраны каждой из жил кабельной линии, во избежание взаимного электрического контакта между собой и контуром заземления, отсоединяются от контура заземления с двух сторон линии и разводятся в разные стороны. Для экранов кабельной линии 6-10 кВ, если они объединены на строительных длинах (экраны кабелей 20 кВ и выше не объединяются), достаточно обеспечить на обоих концах КЛЭП только отсутствие контакта с контуром заземления. Рабочее заземление испытательной установки подключается к контуру заземления в ячейке РУ или, при работах из котлована, к заземлению созданному из металлических кольев.

Защитные оболочки каждой фазы КЛЭП с изоляцией из сшитого полиэтилена должны выдерживать испытание постоянным выпрямленным напряжением отрицательной полярности величиной 5 кВ в течении 5 минут. Ток утечки не должен превышать значение 200 мкА.

В другом варианте испытаний защитная оболочка кабелей СПЭ должна быть испытана напряжением 10 кВ постоянного тока, приложенным между металлическим экраном и заземлителем в течение 1 минуты. Оболочка кабеля считается выдержавшей испытание, если во время испытаний не произошло пробоя и, не было толчков тока утечки и его нарастания после установки значения испытательного напряжения. При заметном нарастании тока утечки или появлении толчков тока следует увеличить продолжительность испытания от 2 до 3 минут, и, если при этом не происходит пробоя оболочки, кабель может быть включен в работу. Через шесть месяцев с момента включения в работу кабеля должны быть проведены повторные испытания оболочки.

В случае, если оболочка кабеля испытание не выдержала, необходимо определить место повреждения, произвести ремонт оболочки с использованием термоусаживаемых манжет или специальных лент. После ремонта оболочки необходимо засыпать кабель песком с толщиной слоя не менее 100 мм и провести повторные испытания оболочки кабеля напряжением 10 кВ постоянного тока в течение 1 мин.

Примечание: Разница в нормах испытания оболочек зависит от завода – изготовителя кабеля, применяющих различный исходный материал для оболочек.

Для повышения надежности электроснабжения гораздо более предпочтительным является применение неразрушающих методов диагностики силовых КЛЭП. Использование неразрушающих методов диагностики позволяет не только получать информацию о текущем состоянии изоляции КЛЭП, не травмируя ее, но и рационально и обоснованно планировать сроки проведения ремонтов КЛЭП или замены кабелей с выработанным ресурсом изоляции.

Из разработанных методов можно выделить следующие неразрушающие методы диагностики силовых кабелей напряжением до 35 кВ, которые широко используются за рубежом:

• метод измерения и локации частичных разрядов в силовых КЛ (с использованием диагностической системы OWTS);

• метод измерения и анализа возвратного напряжения в изоляции силовых кабелей (с использованием диагностических систем CD 31 и CDS);

• метод измерения тока релаксации в изоляции СПЭ-кабелей (с использованием диагностических систем CDS);

• метод измерения диэлектрических характеристик изоляции кабелей (с использованием диагностических систем OWTS и др.);

• метод импульсной рефлектометрии для предварительной локализации низкоомных повреждений в силовых КЛЭП (с использованием рефлектометров Teleflex, Рейс 205 и др.)

• метод импульсной рефлектометрии для предварительной локализации высокоомных повреждений в КЛЭП (с использованием рефлектометров и устройств стабилизации дуги);

• метод контроля целостности оболочки силовых кабелей и определения мест неисправности в оболочках (с использованием приборов MFM 5-1, MVG 5).