СистеК. Кабельные системы – точные рекомендации.

Современная кабельная изоляция

Представляемые нами компании: Demirer Kablo, Suedkabel GmbH, ILJIN ELECTRIC CO LTD - идут в ногу со временем и используют в производстве кабелей только лучшие материалы ведущих мировых производителей. В своей работе компании уделяют много внимания развитию и совершенствованию технологий, которые обеспечивают высокое качество выпускаемых изделий. Именно поэтому для изоляции кабелей среднего, высокого и сверхвысокого напряжений используются лишь перокси-досшиваемые полиэтилены - триинго-стойкий (ТСПЭ) и сополимерный (ССПЭ), что гарантирует отличные эксплуатационные характеристики продукции.Технология создания кабельной изоляции из сшитого полиэтилена появилась в 70-х годах 20 века. Сшивка - создание пространственной решетки за счет образования продольно-поперечных связей между макромолекулами полимера - увеличивает жесткость изоляции при повышенных температурах.

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 [1].

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. С этим явлением в 70-е годы были связаны многократные отказы кабелей с изоляцией из высокомолекулярного термопластичного полиэтилена и СПЭ [2, 3, 4]. Лабораторные испытания прояснили механизм его образования и развития в изоляционных материалах [5], что позволило подобрать новые добавки, обеспечивающие высокую устойчивость сшитых полиэтиленов к образованию водных триингов.

СОВРЕМЕННЫЕ ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

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

  • согласно первой в полиэтилен вводятся специальные химические добавки, в итоге получается триингостойкий сшитый полиэтилен - ТСПЭ;
  • 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 ан-тиоксиданта, снижающего скорость окислительных процессов)[6].

ТСПЭ применяется с 1983 года. В течение 23 лет лабораторные испытания подтверждают его устойчивость к электрическому старению в присутствии влаги. В частности, длина триингов в ТСПЭ почти в 2 раза ниже, а степень их разветвленности значительно меньше, чем в гомополимере.
Так, в рамках испытательной программы [7] на наружную поверхность кабелей с защитной оболочкой воздействие оказывала вода при температурном режиме, сопоставимом с реальными условиями их эксплуатации. В течение пятилетнего старения кабеля с изоляцией из пероксидосшиваемо-го ТСПЭ не было зарегистрировано ни одного отказа [4], у СПЭ-кабелей наблюдалось около 10% отказов, а у кабелей с изоляцией из этиленпропиленовой резины (ЭПР) зафиксировано около 55% отказов.
В ходе ускоренных испытаний на стойкость к развитию триингов, проведенных в Северной Америке по методике Ассоциации осветительных компаний имени Эдисона, ТСПЭ подтвердил свои характеристики [8].

Главное преимущество изоляции из ТСПЭ - это незначительное по сравнению с изоляцией СПЭ снижение электрических характеристик во времени. Электрическая прочность изоляции из СПЭ за год испытаний на старение снижается на 60%, а изоляции из пероксидосшиваемо-го ТСПЭ за год старения снижается только на 30% [7].

За последние годы были проведены два исследования, в которых кабели, выведенные из эксплуатации, использовались для получения информации об их электрических характеристиках [9, 10, 11]. Несмотря на то, что условия прокладки несколько отличались, результаты подтверждают высокую стабильность материалов в процессе эксплуатации (табл.1).

В 2004 году в материалах выставки «Wire. China» («Проволока. Китай») были опубликованы результаты испытания кабелей на старение, подтверждающие устойчивое сохранение электрической прочности и меньшее количество триингов типа «бант» у ТСПЭ-изоляции в сравнении со СПЭ-изоляцией (рис. 1). Причем на срок службы кабеля влияют качество производства и опыт производителя (рис.2) [12].

ССПЭ также проходит испытания на стойкость к водным триингам. Например, в 1983 году для оценки скорости роста триингов использовались короткие образцы кабеля на напряжение 15 кВ, которые были подвергнуты старению при напряженности 5 кВ/мм в течение 3000 ч [13]. В жилу кабеля подавалась водопроводная вода, и ежедневно в течение 8 ч поддерживалась температура 90°С. После этого измерялось распределение триингов типа «бант» по длинам.

Результаты экспериментов показывают, что в изоляции из ССПЭ водных триингов значительно меньше, чем в изоляции из СПЭ, а их максимальная длина в 2 раза ниже [6]. Пероксидосшиваемый ССПЭ демонстрирует такие же отличные результаты, как и пероксидосшиваемый ТСПЭ.

Испытания на модельных кабелях показали существенное превосходство изоляции из ТСПЭ и ССПЭ [7,14,15], что связано со способностью этих материалов противостоять развитию триингов типа «веер» (табл. 2).

В табл. 3 представлены результаты испытания кабелей с пероксидной и силановой (Visico) изоляцией, проведенные по различным программам, в ходе которых оценивалась остаточная электрическая прочность [7,14,15]. Данные указаны в процентах относительно гомополимерной изоляции.
Результаты различных испытаний несколько отличаются друг от друга, но тем не менее изоляции из ТСПЭ и ССПЭ демонстрируют более высокую остаточную прочность, чем изоляция, полученная методом силановой сшивки, и гомополи-мерная изоляция.

Итак, пероксидосшиваемые ТСПЭ и ССПЭ обладают очень схожими электрическими характеристиками и являются отличными изоляционными материалами, стойкими к возникновению и росту водных триингов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Шувалов М. Ю., Маврин М. А. Теоретическое и экспериментальное исследование водных триингов типа «бант»// Кабели и провода. - 2002. - № 1. - С. 44.
  2. Lawson J., Vahlstrom Jr. Investigation of Insulation Deterioration in 15kV Polyethylene Cables removed from Service, Part II // IEEE Trans. PAS. - Vol. 92. - March/April, 1973. -pp.824-831.
  3. Bander G., Katz C, Lawson J., Vahlstrom Jr. Electrical and Electromechanical Treeing Effects in Polyethylene and Crosslinked Polyethylene Cables // IEEE Trans. PAS. -Vol.93. - May/June 1974. - pp. 977-986.
  4. Eichorn R. Engineering Dielectrics. -Vol. 2A. - 1983. -pp. 355-444.
  5. Ashcraft A. Water Treeing in Polyethylene Dielectrics // Paper ЗА-13 World Electrotechnical Congress. - Moscow, 1977.
  6. Бустром Дж, Кампус А., Хэмптон P., Хейк-кала П., Ягер К., Смедберг А., Валд Д. Сополимерные композиции сшитого полиэтилена (Super Соро) для высоконадежных силовых кабелей среднего напряжения // Кабели и провода.- 2005. -№ 5.-С. 7-12.
  7. Mendelsohn A., Aarts М. Global Experience with TR-XLPE Insulation for Long Life MV
    Utility Cables. Presented at Wire Russia. -Moscow, 2005.
  8. Specifications for A Thermoplastic and Crosslinked Polyethylene Insulated Shielded Power Cables Rated 5 through 35 kV / Association of Edison Illuminating Companies. - 10,h Edition. - New York, 1994.
  9. Katz C, Walker M. IEEE Trans, on Power Delivery, 10(1). - 1995.
  10. Katz C, Walker M. IEEE Trans, on Power Delivery, 13(1). - 1998.
  11. PersonT, ShattuckG., Hartlein R. IEEE/PES/ ICC Meeting. - Fall 2002.
  12. Mendelsohn A. The Importance of Quality Compounds for Long Life Cables, Fall ICC. -Nov. 1, 2005.
  13. Campus A., Matey G. Paper presented at the PRI Conference «Polymers in Cables*. -Manchester, 1983.
  14. Aarts M., Kjellqvist J., Mendelsohn A., Vaterrodt K. The Performance of XLPE Water Tree Resistant Insulation Systems Against The Requirements of DIN VDE 0276-60 5/A3 // 18,n International Conference on electricity Distribution. - Turin, 2005.
  15. Nilsson U. The Use of Model Cables for Evaluation of the Electrical Performance of Polymeric Power Cable Materials // Nordic Insulation Symposium. - Trondheim, 2005.

Статьи

Москва, ул. 2-ая Кабельная, д.2, строение 24
тел / факс: +7 (495) 956 88 00, тел: +7 (495) 956 18 88
E-mail: info@systeccables.ru

Украина, Киев
ул. Большая Житомирская, 20, оф. 505
тел./факс: +38 (044) 537-52-78
E-mail: info@systeccables.ru