Все виды испытаний можно разделить на три основные группы, различающиеся по назначению и, соответственно, по объему и нормам:
- испытания новых изделий на заводе-изготовителе;
- испытания после прокладки или монтажа нового оборудования, испытания после капитального ремонта;
- периодические профилактические испытания.
Требования по испытаниям изоляции кабелей, трансформаторов и высоковольтных вводов излагаются раздельно для этих трех групп испытаний.
1. Кабели
Испытательные напряжения для кабелей устанавливаются в соответствии с ожидаемым уровнем внутренних и грозовых перенапряжений.
На заводах-изготовителях маслонаполненные кабели и кабели с маловязкой пропиткой испытывают повышенным напряжением промышленной частоты (около 2,5 Uном). Кабели с вязкой пропиткой и газовые кабели для предотвращения повреждения изоляции испытывают выпрямленным напряжением порядка (3,5..4) Uном,причем Uном - линейное при рабочих напряжениях 35 кВ и менее и фазной при рабочих напряжениях 110 кВ и более.
Кроме того, измеряют сопротивление изоляции, а при рабочих напряжениях 6 кВ и более измеряют сопротивление изоляции и tg δ (последнее - при напряжениях от 0,5 Uном до 2 Uном).
После прокладки кабеля, после капитального ремонта и во время профилактических испытаний изоляцию кабелей испытывают повышенным выпрямленным напряжением. Время испытаний для кабелей напряжением 3..35 кВ составляет 10 мин для кабеля после прокладки и 5 мин после капитального ремонта и во время профилактических испытаний. Для кабелей напряжением 110 кВ время приложения испытательного напряжения - по 15 мин на фазу. Периодичность профилактических испытаний составляет от двух раз в год до 1 раза в три года для разных кабелей. При испытаниях контролируется ток утечки, значения которого лежат в пределах от 150 до 800 мкА/км для нормальной изоляции. До и после испытаний измеряется сопротивление изоляции.
Как показывает опыт эксплуатации, много недостатков кабелей не определяются при профилактических испытаниях повышенным напряжением постоянного тока.
К таким недостаткам, которые значительно снижают надежность кабелей, относятся: осушение изоляции из-за перемещения или стекания пропиточного состава, электрическое старение изоляции, высыхание изоляции кабелей, работающих в тяжелых тепловых режимах, часто связанное с разложением пропиточного состава (кристаллизация) и т.д.
Не только старение, но и крупные дефекты не всегда выявляются при профилактических испытаниях. Не определяется повреждение в оболочках кабелей, если изоляция не отсырела. Повреждение и местные дефекты в изоляции могут быть обнаружены при испытании лишь в том случае, если оставшийся неповрежденный участок изоляции не превышает 15-20% ее толщины.
В момент аварии кабель часто получает вторичные повреждения (обжигается дугой, деформируется внутренним давлением, поглощает влагу через поврежденное место и т.д.).
Оболочка кабеля является одним из более важных конструктивных элементов силового кабеля. Изоляция кабеля может оставить высокие диэлектрические свойства только в том случае, если отсутствует возможность проникновения у нее воздуха или влаги.
Свинцовая или алюминиевая оболочки являются герметизирующим покровом кабеля.
Длительная допустимая механическая нагрузка для свинца 0,1 кг/мм2, для алюминия 0,8 кг/мм2. В отличие от свинца алюминий является вибростойким материалом, но намного уступает ему в стойкости к действию грунтовой коррозии.
Кроме заводских дефектов, которые приводят к повреждениям кабелей, имеются:
1) механические повреждения, которые были нанесены при прокладке или последующих раскопках и других строительных работах, выполняемых в зоне кабельных трасс;
2) спиралеподобные вспучины (иногда трещины) как результат длительного действия циклов нагрева и охлаждения или значительных перегрузок кабеля более допустимых норм.
3) межкристаллические разрушения свинцовой оболочки под действием сотрясений и вибраций.
4) грунтовая, химическая коррозия под воздействием разнообразных химических реагентов, которые содержатся в почве.
5) разрушение оболочек кабелей блуждающими токами электрифицированного транспорта;
Местные механические повреждения оболочек легко устанавливаются по внешнему виду, так как они сопровождаются повреждением джутовой оплетки и стальной брони. В большинстве случаев оказывается поврежденной и изоляция кабеля.
Механические повреждения носят локальный характер и после устранения поврежденного участка и монтажа вставки кабельная линия может продолжать быть в работе.
Межкристаллическое разрушение свинцовой оболочки – это рекристаллизация свинца, рост кристаллов и потеря связи между кристаллами. По внешнему виду в начальной стадии на оболочке появляется сетка мелких трещин. В последующем трещины все более увеличиваются, и растрескивание оболочки сопровождается выпадением из нее групп кристаллов или даже отдельных кусков оболочки.
Масштаб межкристаллических разрушений (длина поврежденного участка кабеля) зависит от характера влияния, вызывающего сотрясения и вибрацию кабеля.
Чаще всего это вертикальный участок кабеля при переходе кабельной линии в воздушную, где сотрясения образуются проводами воздушной линии. Это могут быть участки кабелей на подходах к вращающимся машинам, создающие значительные вибрации, переходы кабельных линий под железнодорожными путями или шоссе, места прокладки кабелей по мостам, где вибрация и сотрясения создает двигающийся транспорт.
Наличие в продуктах коррозии перекиси (двуокиси) свинца указывает на ее электрическое происхождение от блуждающих токов. Характерным является цвет продуктов коррозии. Двуокись свинца, образуемая при протекании блуждающих токов имеет коричневый цвет (бурый осадок).
Продукты химической коррозии чаще всего имеют белый цвет, иногда с бледно-желтым или бледно-розовым оттенком.
При многократных изгибах кабеля, связанных из разматыванием, прокладкой, протяжкой в трубах и т.д., в местах возникших гофр алюминиевая оболочка дает продольную трещину или подрезается стальной бронелентой.
При установке муфт необходимо обращать внимание на состояние высыхания изоляции, разложения пропиточного материала и выпадения канифоли. У кабелей на напряжение 10 кВ и выше необходимо обращать внимание на электрическое старение изоляции и наличие у нее путей ионизации и частичных разрядов (ветвистые побеги, присутствие воскообразных веществ).
Воздушные включения - наиболее слабый элемент изоляции: в них начинают развиваться опасные ионизационные процессы и частичные разряды. Чем большие воздушные зазоры (особенно в радиальном направлении), тем они опаснее. В связи с этим жестко регламентировано количество допустимых совпадений бумажных лент. При большом количестве совпадений слой изоляции становится неустойчивым к выгибаниям. На бумажных лентах, расположенных под совпадающими зазорами (нижерасположенных лент), образуются продольные складки, которые под воздействием тепловых деформаций (нагревы и охлаждения кабеля) превращаются в продольные трещины, – такой же опасный дефект, как и совпадение бумажных лент.
Продольная складка нередко превращается в сплошную трещину, и при разборке изоляции кабеля вместо одной ленты сматываются две. Наиболее часто это наблюдается при величине перекрытия лент, близких до 50%.
При протекании токов короткого замыкания на очень короткое время (секунды) допускается подъем температуры жил (а, следовательно, и прилегающих слоев изоляции) к 125° или 200° соответственно для кабелей 20-35 кВ и 1-10 кВ.
Это обусловлено тем, что при температурах выше 135-140° в бумажно пропитанной изоляции быстро развиваются процессы необратимого старения бумажной основы изоляции (разрушение волокна целлюлозы, из которых состоит бумага).
Настолько же опасные и длительные аварийные перегрузки кабелей, когда нагрел жил и изоляции существенно превышает длительно допустимые по нормам.
При вскрытии таких кабелей (после аварийного или профилактического пробоя) особенное внимание следует обращать на состояние фазной изоляции и бумажных лент, непосредственно примыкающих к жиле.
Опасные местные перегревы кабелей возможны в местах, где кабели проложены в земле с нарушением основных норм прокладки: с примыканием одного к другому или при выполнении в земле «запасов» в виде колец (запрещено правилами). В этих случаях, как установлено, кабели могут нагреваться к температурам, превышающих 100°.
В кабелях на напряжение 20-35кВ расчетные электрические градиенты приблизительно в два раза выше, чем в кабелях на 6 кВ. Потому уже при незначительном осушении, особенно на вертикальных участках, в них начинается ионизация воздушных включений и начинаются частичные разряды.
Необходимость замены вертикальных участков кабелей должна подтверждаться результатами рассечения, разборки и оглядел образцов кабелей.
Опасная степень электрического старения подтверждается наличием черных ветвистых побегов на бумажных лентах.
При обзорах токопроводящих жил кабеля необходимо обращать внимание на следующих наиболее часто встречающиеся дефекты:
- неправильную форму круглой или секторной жилы (например, один угол сектора острее, чем другой);
- выпирание или западание отдельных проволакиваний, пилообразный профиль жилы;
- наличие заусенцев на жилах.
Эти дефекты приводят к искривлению электрического поля, образованию местных повышенных напряженностей, что особенно опасно для кабелей на напряжение 10 кВ и выше. Жилы с отдельно выпирающими проволакиваниями или из заусенцами опасны в том отношении, что во время изгибов кабеля или при тепловых деформациях может быть смята, продавлена или разрезана примыкающая к жиле бумажная изоляция.
Наличие таких дефектов, значительно снижающих надежность кабеля, недопустимо.
Возможны и более грубые дефекты в жилах. Например, пересечение отдельных проволакиваний. В этом случае жила принимает неправильную форму, а в слое изоляции образуются глубокие складки. Кабели с такими дефектами не пригодны для прокладки.
При рассечении кабелей после аварийных пробоев следует учитывать ряд других изменений, связанных с горением дуги и образованием в кабеле значительных внутренних давлений.
Большим давлением может существенно деформироваться свинцовая оболочка кабеля, могут быть смещены и даже выброшены (вместе с газами) заполнители, смещенные бронеленты.
При профилактических испытаниях и пробоях, из-за малой мощности испытательных установок, такие деформации не возникают (прожигающая и ударная установки не учитываются).
- Литература:
Белоруссов Н. И.,Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник. 5 изд., перераб. и доп., «Энергоатомиздат», 1987
Белоцерковец В. В., Боязный Я. М. Малая механизация электромонтажных работ. Москва, издательство Энергоиздат, 1982.
Минин Г. П. Измерение электроэнергии. Библиотека электромонтера.
Москва, Издательство "Энергия", 1974
Технический справочник: кабели, провода, материалы для кабельной индустрии. НПП НКП "Эллипс", 2006
