Глава восьмая
ИСПЫТАНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
8-1. Цель испытаний кабельных линий
Опыт эксплуатации городских электрических кабельных сетей показывает, что из всего комплекса сооружений и оборудования этих сетей наиболее уязвимыми и часто повреждаемыми являются кабельные линии. Более 90% повреждений, возникающих в городских кабельных сетях, приходится на долю подземных кабельных линий.
Высокая повреждаемость кабельных линий, проложенных непосредственно в земле в городах, вызывается приведенными ниже основными причинами.
Первая причина — это механическое повреждение кабеля лопатой, ломом, отбойным молотком или рабочим органом строительного механизма, в результате невыполнения требований правил охраны электрических сетей и ПТЭ персоналом различных строительно-монтажных организаций при выполнении строительных работ, связанных с разрытием земли в охранной зоне кабельных линий. При значительном механическом повреждении изоляции кабеля происходит электрический его пробой и автоматическое отключение кабельной линии от действия защиты или автоматики.
Вторая причина — это также в основном механические повреждения кабеля, допущенные ранее при их прокладке и монтаже, не выявленные при контрольных испытаниях при приемке кабельных линий в эксплуатацию.
Слабое механическое повреждение кабеля может остаться некоторое время, иногда и очень длительное, невыявленным, но в конце концов в этом ослабленном месте также произойдет электрический пробой изоляции от рабочего или испытательного напряжения в результате длительного воздействия электрического и теплового полей. Этот вид повреждений иногда ошибочно относят к случаям электрического пробоя изоляции кабеля, однако такие повреждения кабеля следует относить к случаям предшествующих механических повреждений, если это будет доказано тщательным исследованием поврежденного отрезка кабеля в лаборатории сети.
Третьей причиной является нарушение технологии монтажа соединительных и концевых муфт или заделок либо некачественное исполнение этих работ. Эти монтажные работы в большинстве случаев выполняются в сложных линейных условиях и от исполнителей требуется очень высокая квалификация, что не всегда имеет место. Помимо этого, существующая конструкция некоторых типов кабельных муфт и в особенности концевых заделок ненадежна для их долговременной работы в среде с высокой влажностью, что характерно для неотапливаемых распределительных и трансформаторных подстанций городских электросетей, где в основном и размещаются концевые заделки кабельных линий.
Невысокая надежность работы кабельных муфт и заделок в значительной степени объясняется и тем, что изготовление арматуры и комплектация монтажных материалов до сего времени не осуществляется полностью заводами — поставщиками кабеля. В большинстве случаев эта кабельная арматура и монтажные материалы изготавливаются самостоятельно монтажными или эксплуатирующими организациями, иногда в кустарных условиях.
Статистика показывает, что повреждение кабельных линий до 10 кВ включительно в результате повреждения соединительных и концевых муфт и кабельных заделок при рабочем напряжении и испытании составляет около 40% общего количества всех видов повреждения кабельных линий.
Если характер пробоя кабельной линии 6—10 кВ обусловлен однофазным повреждением кабеля, — пробита изоляция между одной жилой (фазой) и металлической оболочкой кабеля, а нулевая точка системы сети соединена с «землей» через дугогасящую катушку, которая настроена близко к резонансу, то кабельная линия с таким характером повреждения может некоторое время работать, автоматического отключения линии в данном случае не последует.
Однако, согласно ПТЭ, персонал, обслуживающий электросеть, обязан в этом случае в минимально короткое время выявить и отключить поврежденный участок сети.
Если характер пробоя кабельной линии обусловлен двух- или трехфазным повреждением, пробита изоляция между двумя или тремя жилами (фазами) кабеля, то такая кабельная линия автоматически отключится немедленно. В зависимости от построения системы электроснабжения, автоматизации электросети и резервирования каждый случай повреждения кабельной линии при рабочем напряжении влечет за собой прекращение электроснабжения потребителей электроэнергии, или ослабление надежности электроснабжения.
Отсюда понятно требование необходимости периодического испытания изоляции кабельных линий повышенным напряжением с тем, чтобы обеспечить необходимый уровень изоляции и исключить случаи пробоя изоляции кабельных линий в их рабочем состоянии. При этом понимается, конечно, что профилактические испытания будут производиться в такое время, когда отключение линии для производства испытания и ее ремонта, если она будет пробита при испытании, менее всего отразится на снижении надежности электроснабжения.
Наиболее широкое распространение получил метод испытания кабельных линий постоянным током высокого напряжения, который дает возможность во многих случаях довести явно ослабленное место в изоляции кабеля или муфте до пробоя и затем устранить повреждение, предотвратив тем самым аварийный выход из строя кабельной линии.
Обычно кабельные линии напряжением до 1 000 В испытываются мегомметром 2 500 В, кабельные линии напряжением 3 кВ и выше — постоянным током высокого напряжения от выпрямительной установки. Мегомметром рекомендуется также производить испытания кабельных линий высокого напряжения после окончания монтажных работ при новых прокладках, а также после окончания ремонтных работ на линии. Сопротивление изоляции кабельных линий при испытании мегомметром не нормируется. В последнем случае целью испытания мегомметром является выявление грубых нарушений целости изоляции и вполне развившихся местных дефектов (заземление фаз, короткое замыкание между фазами и пр.), однако испытание мегомметром не избавляет от необходимости последующих испытаний этих кабельных линий высоким напряжением от кенотронной установки.
8-2. Периодичность и условия испытаний в эксплуатации
В процессе эксплуатации кабельные линии подвергаются профилактическим испытаниям в плановом порядке а также в вынужденных случаях. Периодичность профилактических испытаний для кабельных линий 3—35 кВ установлена не реже 1 раза в год, а в случаях плохого состояния изоляции или наличия на трассах зоны активной электролитической или химической коррозии — чаще.
Периодичность испытании кабельных линий, проложенных в земле и работающих без электрических пробоев в течение 5 лет и более, а также кабельных линий автоматизированных сетей, где выход из работы кабельной линии в результате ее пробоя при рабочем напряжении не вызывает перерыва электроснабжения, может быть установлена предприятием электросетей с учетом технических и экономических факторов, но не реже 1 раза в 3 года.
Если на трассах линий производились земляные работы или имели место осадки, размывы или сползание грунта, необходимо производить внеочередные, дополнительные их испытания. Внеочередные испытания назначаются также после окончания ремонтных работ на линии или после перекладки кабелей, а также во всех случаях, когда имеются предположения о возможном повреждении кабеля.
Периодичность между испытаниями коротких кабельных линий, проложенных в помещениях подстанций, так называемых перемычек, может быть значительно большая, чем для кабельных линий, проложенных непосредственно в земле, потому что они значительно меньше подвержены всяким случайным механическим повреждениям и их внешнее состояние легче может быть проверено обслуживающим персоналом в любое время. Обычно они испытываются 1 раз в 3—6 лет, одновременно с ремонтом оборудования и последующего испытания изоляции распределительных устройств.
Опыт эксплуатации городских кабельных электросетей показывает, что кабельные перемычки как при рабочем напряжении, так и при испытательном напряжении постоянного тока практически не имеют повреждаемости (пробоев).
При испытаниях концы кабелей отсоединяются от распределительного устройства или аппаратуры разъединителями, поэтому вместе с кабелем испытываются концевые муфты, а также опорные изоляторы.
Так как основным назначением испытаний является выявление слабых мест путем доведения их до пробоя, то в некоторых случаях в целях сокращения времени целесообразно испытывать одновременно по нескольку распределительных кабельных линий, соединенных последовательно в цепочку, с включенными в нее распределительными устройствами трансформаторных подстанций, при этом все силовые трансформаторы и трансформаторы напряжения этих подстанций должны быть отключены.
Особенно удобно производить испытания указанным способом, если распределительная сеть осуществляется по так называемой двухлучевой схеме. В этом случае нагрузка трансформаторов подстанций при отключении одного луча автоматически переключается на трансформаторы, питаемые от второго луча, и для подготовки схемы испытания достаточно только выполнить работу по отключению от шин подстанций освобожденных от нагрузки трансформаторов.
При однолучевой схеме построения распределительной сети производить одновременно испытание нескольких кабелей, последовательно соединенных в цепочку, рискованно, так как в случае одновременного пробоя двух линий ряд трансформаторных подстанций на длительное время потеряет питание. В этом случае трудно подготовить схему для испытания, так как предварительно надо разгрузить все трансформаторы, что выполнить очень сложно, а в некоторых случаях и невозможно.
Правила технической эксплуатации разрешают также производить одновременное испытание параллельно проложенных нескольких кабельных линий, присоединенных к отдельным агрегатам (генератор, трансформатор, связь между электростанциями и подстанциями и пр.). Эти кабели обычно имеют большое сечение жил (150— 240 мм2) и присоединены к кабельной сборке наглухо.
Отсоединение и обратное присоединение их к сборке неизбежно связаны с изгибом фаз и, следовательно, с возможным повреждением изоляции концевых муфт и заделок.
При одновременном испытании нескольких последовательно или параллельно соединенных кабельных линии результаты измерения утечек не характеризуют состояния изоляции каждой линии, однако величины последних не являются отбраковочным признаком и в большинстве случаев по этой причине не возникает необходимости отдельного испытания каждой кабельной линии.
Плохое состояние концевых муфт или заделок часто является причиной повышенных токов утечек при испытании и в некоторых случаях приводит к сильному коронированию или перекрытию по поверхности изоляции. Поэтому в процессе подготовки схемы на отключенной для испытания кабельной линии необходимо произвести тщательный осмотр, и во всех случаях, когда это возможно, привести в исправное и надежное состояние концевые устройства, тщательно протереть от пыли и грязи фарфоровые изоляторы и концевые втулки и проверить состояние заземления корпусов муфт и металлических покровов кабеля. При явно неудовлетворительном состоянии концевых устройств испытания не должны производиться впредь до устранения повреждений.
Кабельные линии, проложенные в помещениях, туннелях, коллекторах, подвалах распределительных устройств можно испытывать в любые месяцы года в сроки, диктуемые местными условиями эксплуатации. Ремонт указанных кабельных линий в случае, если они будут пробиты при испытаниях, в равной степени удобен как в зимнее время, так и летом.
Испытания подводных кабельных линий следует производить по времени с таким расчетом, чтобы ремонт их в случае пробоя мог быть закончен до начала ледостава или ледохода.
Испытания кабельных линий, проложенных в земле, лучше всего проводить в летние месяцы. Это целесообразно, во-первых, потому, что в летнее время значительно дешевле и проще выполнить ремонтные работы, тогда как в зимнее время возникают большие сложности с разработкой мерзлого грунта и необходимостью в некоторых случаях подогрева кабеля. Во вторых, эффективность испытаний в летние месяцы несколько выше,
чем в другие месяцы года. Объясняется это тем, что весной при таянии снега в грунт поступает много влаги.
Если оболочка кабеля в каком-либо месте имеет сквозное отверстие или имеется другой дефект, в результате которого герметичность защитной металлической оболочки нарушена, например трещина в месте спайки муфты с кабелем, то в это отверстие начинает поступать влага, и изоляция кабеля будет постепенно увлажняться. Чтобы изоляция сильно увлажнялась и при испытательном напряжении была пробита, требуется достаточно длительное время, которое зависит от состояния кабеля, степени пропитки его изоляции и условий его работы. Иногда процесс увлажнения изоляции длится несколько месяцев.
Многолетний опыт эксплуатации кабельных линий и изучение результатов их профилактических испытаний показывает, что пробиваемость кабелей, испытание которых производится в летние месяцы (июнь, июль и август), примерно в 1,5 раза выше, чем при испытаниях в другие месяцы года.
Опыт эксплуатации свидетельствует также, что эффективность испытаний кабельных линий повышенным напряжением получается выше в том случае, если кабель испытывается в холодном состоянии. Это объясняется тем, что при остывании всех элементов кабеля после снятия с линии нагрузки и ее отключения от напряжения в кабеле образуется вакуум, в результате чего в местах повреждения оболочки интенсивно всасывается влага, а все пустоты в изоляции кабеля и в муфтах становятся электрически менее прочными.
