Многолетним опытом эксплуатации кабельных линий до 10 кВ установлено, что при профилактических испытаниях повышенным напряжением постоянного тока могут быть выявлены только грубые местные дефекты в изоляции кабеля или в муфтах. Установлено также, что в большинстве случаев кабель при испытании не будет пробит даже в том случае, если в месте дефекта, связанного с механическим повреждением свинцовой оболочки и частичным повреждением изоляции, сохранилось в целости 25—30% толщины бумажной изоляции и эта изоляция не успела еще значительно увлажниться. Поэтому после испытания постоянным током в кабельной линии может остаться целый ряд дефектов, которые со временем от действия электрического поля, температуры, влаги и других влияний могут развиться до состояния пробоя этого ослабленного места при рабочем напряжении линии. Такие виды повреждений кабеля, как высыхание изоляции, электрическое старение ее при испытании напряжением постоянного тока вообще не выявляются, а токи утечки при высыхании изоляции становятся даже меньше.
Многие дефекты в изоляции кабеля, допускаемые иногда заводами-изготовителями, например складки на бумажных лентах, поперечные и продольные порезы и разрывы бумажных лент, зазоры между бумажными лентами в результате их совпадения, некоторые дефекты жил и свинцовых оболочек, в большинстве случаев при испытаниях постоянным током остаются невыявленными. Даже сравнительно грубые дефекты, возникшие в результате механического повреждения кабеля или плохого качества монтажа муфт, но не связанные с полной потерей изоляции, во многих случаях выявляются не при первом, а при последующих испытаниях или приводят к аварийному пробою кабеля в процессе работы при номинальном напряжении переменного тока.
Анализ результатов испытания кабельных линий показывает, что удельная повреждаемость кабельных линий 10 кВ несколько выше, чем для кабельных линий 6 кВ, главным образом из-за несовершенства и меньшей электрической прочности соединительных и концевых муфт. Кабельные линии, проложенные в коллекторах, туннелях, подвалах и в других специальных помещениях, повреждаются и в процессе работы и при испытаниях значительно меньше, чем кабельные линии, проложенные непосредственно в земле.
Для характеристики уровня изоляции кабельных линий имеет значение соотношение повреждаемости различных элементов линий при рабочем и испытательном напряжениях. Так, например, для кабельных линий 6 и 10 кВ в городских условиях, где кабели в основном проложены непосредственно в земле, а концевые заделки в виде воронок установлены в закрытых помещениях, соотношение повреждаемости различных элементов линий характеризуется табл. 8-1.
Таблица 8-1
Соотношение повреждаемости различных элементов кабельных линий
Из анализа результатов повреждаемости элементов кабельных линий при испытательных и рабочих напряжениях можно сделать следующие выводы:
Концевые муфты и заделки на кабелях напряжением до 10 кВ при рабочем напряжении практически не повреждаются, тогда как при испытательном напряжении постоянного тока процент повреждения их составляет 15% общего количества повреждений линий. Повреждаемость концевых устройств на напряжении 10 кВ в 2 раза выше, чем для кабелей 6 кВ- Это показывает, что существующие конструкции заделок на напряжение 10 кВ имеют значительно меньший запас электрической прочности, чем на напряжение 6 кВ, и величина испытательного напряжения 50 кВ, видимо, близко подходит к их электрической прочности.
Концевые воронки на напряжение 6 кВ при всех недостатках их конструкции являются все же достаточно надежными, так как повреждаемость их при рабочем напряжении сети очень незначительна по сравнению с повреждаемостью других элементов линии.
Электрическая прочность соединительных муфт на напряжение 10 кВ существующей конструкции меньше, чем у муфт на напряжение 6 кВ.
Основным видом повреждений непосредственно кабелей, которые выявляются при рабочем и испытательном напряжениях, являются их механические повреждения при транспортировке, неумелом или неосторожном обращении во время прокладки и в условиях эксплуатации. Повреждаемость по этой причине составляет 82% при испытаниях и 75% при рабочем напряжении.
За последние годы в связи с большим ростом различных реконструктивных работ по благоустройству городов и новым жилищным строительством значительно возросло количество механических повреждений кабельных линий. Для предотвращения механических повреждений необходимо строго выполнять требования Правил производства работ и охраны электрических сетей.
Следующей по степени важности причиной повреждаемости кабелей является коррозия металлической оболочки. Повреждения по этой причине имеют главным образом кабели давних лет прокладки. Коррозия металлической оболочки вызывается блуждающими токами или агрессивным состоянием грунта.
В настоящее время возможность повреждения оболочек кабелей новых прокладок электрической или химической коррозией уменьшается благодаря улучшению состояния электрического городского транспорта, являющегося источником блуждающих токов; при изыскании кабельных трасс производятся анализы агрессивности грунта и при прокладке кабелей осуществляются мероприятия по предотвращению химической коррозии.
Необходимо указать, что за последние годы для прокладки в земле применяются в основном силовые кабели различной конструкции ие со свинцовыми, а с алюминиевыми оболочками. В условиях эксплуатации имели место отдельные случаи коррозионного повреждения таких кабелей от несовершенства антикоррозионной защиты, допущенной заводом-изготовителем. Алюминий по сравнению со свинцом значительно менее устойчив против коррозии, поэтому при применении кабелей с алюминиевыми оболочками должны строго выполняться требования правил, касающиеся области их использования и защиты от коррозии.
Остальные причины повреждений кабелей составляют незначительный процент общего количества повреждений.
Основной причиной повреждений соединительных муфт являются дефекты монтажа: 72,7% при испытательном напряжении и 91% при рабочем напряжении. Как показывает анализ, повреждения муфт как при рабочем, так и при испытательном напряжениях происходят вследствие:
дефектной пайки шейки (горловины) муфты или плохой пайки заливочных отверстий, в результате чего герметичность муфты нарушается;
крутого изгиба фаз кабеля главным образом в корешке разделки кабеля, в результате чего бумажная изоляция разрывается, и муфта теряет электрическую прочность;
неправильного или недостаточного заполнения муфты заливочной массой;
плохой пропайки соединительных гильз, повреждения поясной изоляции у ее обреза, плохой припайки проводника заземления и ряда других причин.
В значительном количестве соединительные муфты повреждаются по причине вытяжки жил кабеля из гильз. Эти повреждения происходят только в кабельных линиях, проложенных в земле, где компенсация растягивающих усилий не всегда выполняется (см. § 7-1).
Вытяжка жил из гильз в соединительных муфтах происходит главным образом вследствие осадки грунта, оползней и других деформаций грунта, что в городских условиях, где производится очень много различных земляных работ, часто имеет место.
Необходимо отметить, что принятая глубина заложения кабеля до 35 кВ как раз находится для средней полосы на уровне промерзания грунта, в результате чего имеют место выпучивание его при оттаивании и возникновение усилий, растягивающих кабельную линию. Для предотвращения осадки грунта и перемещения кабеля и муфт очень важно, чтобы при всех разрытиях на трассах кабельных линий или вблизи них правильно осуществлялись засыпка и уплотнение грунта, в особенности в зимнее время, когда мерзлый грунт часто засыпается комьями, что в последующем при таянии может привести к смещению муфт и вытягиванию жил из гильз.
Опыт эксплуатации кабельных линий показывает, что вытяжка жил из гильз происходит главным образом в кабелях с медными жилами. Это объясняется тем, что для пайки медных жил применяется более легкоплавкий припой ПОССу-35-2, в результате чего механическая прочность соединений кабелей с медными жилами получается меньшей, чем у соединений кабелей с алюминиевыми жилами, для которых применяется более тугоплавкий припой (ЦА-15).
Специально проведенные опыты на разрыв образцов медных жил кабеля, спаянных в гильзах нормальной конструкции припоем марки ПОССу-35-2, показали, что жилы начинают вытягиваться из гильзы через 10—15 дней после приложения нагрузки, равной 25% разрывного усилия для жилы. Следует предполагать, что при меньших растягивающих усилиях, но при более длительном воздействии жилы также будут вытягиваться из гильзы во всех случаях, когда будет превзойден предел упругости для припоя.
Во многих случаях вытяжка жил из гильз сопровождается разрывом или образованием трещин в шейках муфты и, следовательно, нарушением герметичности свинцовой муфты·
Начавшийся процесс вытяжки жил из гильз невозможно выявить профилактическими испытаниями и имеющимися методами измерении повреждений, поэтому в большинстве случаев этот вид повреждения приводит к аварийному выходу кабельной линии.
