Постановка на производство силовых кабелей с изоляцией из силаносшитого полиэтилена на 10 Кв на ОАО "Камкабель"

Введение
На ОАО "Камкабель" с участием ВНИИКП завершен проект по организации производства кабелей среднего напряжения 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. На определяющих операциях технологической цепочки закуплено и введено в эксплуатацию современное технологическое и испытательное оборудование:

• линия трехслойного экструдирования изоляции и экранов фирмы "Maillefer" (Финляндия), оснащенная точными системами дозирования полимерных компонентов, непрерывного измерения геометрии кабеля и компьютерными системами контроля и регулировки технологических параметров линии;
• испытательный комплекс фирмы "Haefeli" (Швейцария) для точного измерения и записи частичных разрядов, обусловленных микродефектами в изоляционной системе, чувствительностью на уровне десятых долей пКл.

В проекте предусмотрена силанольносшиваемая технология, которая не применялась в России при производстве кабелей среднего напряжения. Поэтому в совместном Решении ВНИИКП и МКС "Мосэнерго" об освоении производства и применения силовых кабелей на напряжение 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена от 24.10.2001 г. предусмотрена программа сравнительных испытаний кабелей, изготовленных по технологии силанольной и пероксидной сшивки.

Относительно силанольносшиваемой технологии имеют место необъективные представления о качественных показателях кабелей, распространяемые из конкурентных соображений зарубежными и отечественными производителями кабелей по пероксидносшиваемой технологии. Поэтому перед постановкой на производство новых кабелей совместными усилиями лаборатории ВНИИКП и Камкабель был выполнен достаточно широкий круг испытаний и исследований, подтвердивших высокое качество кабелей.

Результаты испытаний установочной партии  силовых кабелей , а также исследований характеристик изоляции кабелей из силанольносшитого ПЭ в сравнении с пероксидносшитым приведены в основной части данного отчета.

Нормативно-техническая документация на кабели
За основу НТД приняты ТУ 16.К71-025-96 "Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ". Разработчиком и держателем данных ТУ является ОАО "ВНИИКП". ТУ Разработаны и утверждены в установленном порядке в 1996 году для промышленного выпуска кабелей на напряжение 10 кВ, изготовляемых ЗАО "АББ-Москабель" вплоть до 2000 г. (в 2000 г. для "АББ-Москабель" были разработаны ТУ 16.К71-300-2000 на кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20 и 35 кВ).

ТУ 16.К71-025-96 изменением № 2 от 09.11.2002 г. были доработаны в соответствии с требованиями европейских стандартов - введены требования по подтверждению надежности путем 2-х годичных испытаний по методу HD-605, ужесточены нормы приемо-сдаточных испытаний кабелей на строительных длинах, предусмотрено применение силанольносшитых композиций полиэтилена для изоляции и экранов кабелей.

Сравнительные нормы технических требований на кабели 10 кВ с изоляцией из сильносшитого и пероксидносшитого ПЭ  

Дополнительное испытание* каждой строительной длины 40 кВ в течение 5 мин введено для контроля отсутствия в поставляемом кабеле грубых дефектов. Выбор величины и длительности приложения напряжения обоснован опытными данными ВНИИКП по изучению электрической прочности кабелей в зависимости от вида и размеров дефектов.

Остальные технические и эксплуатационные параметры, включая срок службы, допустимые температуры и токи нагрузки, конструктивное исполнение кабелей, области применения и другие показатели у кабелей, изготовляемых по сравниваемым ТУ, одинаковые.

Результаты квалификационных испытаний
Перед постановкой на производство на ОАО "Камкабель" изготовлена установочная партия кабеля марки АПвПг 1х240/35-10 кВ в количестве 1320 м

По результатам квалификационных испытаний установочной партии можно сделать следующие заключения.

1. За счет применения систем дозирования полимерных компонентов и устройств для непрерывного измерения геометрии кабеля, получены минимальные отклонения по эксцентриситету и разностенности электропроводящих экранов и изоляции кабеля.

2. Уровень частичных разрядов, измеренный на строительных длинах и на образцах кабелей после изгиба и после 20 циклов нагрева-охлаждения с запасом удовлетворяет норме по данному параметру (фактические значения от 0,34 до 1,5 пКл при норме <= 5,0 пКл).

3. Изоляция кабеля из силанольносшитого ПЭ имеет низкий уровень диэлектрических потерь при температуре (95-100) °С:

•  по измерениям во ВНИИКП tg d = 0,00005-0,00012;
•  по измерениям в ВВЛ "Камкабеля" tg d = 0,000015-0,00002.

4. Изоляция силового кабеля имеет высокую стойкость к тепловой деформации при 200 °С , что свидетельствует о качестве силанольной сшивки.

5. Кабели отвечают требованиям на продольное проникновение влаги (протокол № 56-2003), стойкость к монтажным изгибам при минус 20 °С, к воздействию окружающей среды при температурах +50 и -60 °С.

Примечание: По рекомендации ВНИИКП и МКС "Мосэнерго" определен запас по показателю стойкости кабелей к монтажным изгибам при отрицательных температурах -30 и -40 °С. Экспериментальная проверка выполнена в испытательном центре "Кавказкабеля". Результаты положительные. Протоколы имеются в МКС "Мосэнерго".

6. Определена электрическая прочность изоляции кабелей при частоте 50 Гц в исходном состоянии на 7 образцах с активной длиной по 10 м (см. п. 5 протокола ВНИИКП). Кабели имеют достаточный запас по прочности: U0,63 = 147,14 кВ, при норме >= 90 кВ и приемлемую норму разброса m = 10,67. Среднеквадратичное отклонение б = ± 13,31кВ. Испытание электрической прочности выполнено на первой строительной длине, изготовленной в апреле 2003 г. при пуске технологической линии Maillefer, поэтому результаты этих испытаний, следует считать предварительными.

Примечание: испытания на электрическую прочность повторены во ВНИИКП на образцах кабеля, изготовленного в процессе промышленного выпуска в сентябре 2003г., после проведения на ОАО "Камкабель" ряда мероприятий по обеспечению чистоты технологического процесса. Результаты испытаний: U0,63=179,1кВ, мера разброса значительно ниже - m=20,38, среднеквадратичное отклонение б = ± 6,57кВ.

Сравнительные исследования характеристик изоляционных систем кабелей, изготовленных по технологии силанольного и перекисного сшивания
Объекты исследования - образцы кабелей на напряжение 10 кВ, с сечением алюминиевой токопроводящей жилы (ТПЖ) 240 мм2:
№1 - кабель , изготовленный по технологии перекисной вулканизации;
№2 - кабель производства ОАО "Камкабель", изготовленный по технологии силанольной вулканизации.

Выводы по результатам исследований
1. Морфологические (структурные) свойства изоляционных слоев, сшитых разными способами, аналогичны. Изоляция, изготовленная по силанольносшиваемой технологии VISICO, содержит меньшее количество характерных крупномасштабных структурных элементов ("облаков") и сами эти элементы имеют меньшие размеры.

2. Силанольносшитая изоляция характеризуется пониженной интенсивностью внутренних механических напряжений.

3. Сравниваемые изоляционные системы имеют примерно одинаковый (умеренно низкий) уровень дефектности. Наиболее распространенный тип дефектов в обоих кабелях - выступы электропроводящих экранов в изоляцию.

4. Степень сшивки изоляции в обоих кабелях одинакова. Силанольно сшитая изоляция в исходном состоянии отличается более высокой термоокислительной стабильностью.

5. Изоляция, изготовленная по технологии VISICO, обладает более высокой кратковременной локальной электрической прочностью, определяемой по скорости роста электрических триингов.

Определение остаточного влагосодержания в изоляции кабелей
Определение этого показателя выполнено экспериментально в лаборатории физико-химических испытаний полимерных материалов отдела № 3 ВНИИКП на образцах изоляции кабелей, изготовленных по технологии пероксидной (1 группа) и силанольной сшивки (2 группа).

Образцы изоляции 1й группы отобраны от кабеля, изготовленного по технологии пероксидной сшивки (сшивка в среде азота на линии газовой вулканизации).

Образцы изоляции 2й группы отобраны от кабеля промышленной партии, изготовленной в августе 2003 г. ОАО "Камкабель" по технологии силанольной сшивки (сшивка в воде при температуре около 85 °С). Для изоляции кабеля использована композиция "Visico" LE 4421M/LE 4431 (Borealis).

Результаты измерений
В таблице приведены результаты измерений влагосодержания в пробах изоляции, взятых от кабелей, изготовленных по технологии пероксидной и силанольной сшивки.

Результаты измерений влагосодержания

Комментарии по полученным результатам

О феномене пониженного влагосодержания в силанольносшитом полиэтилене сообщалось впервые в 1984 г. [1]. Подтверждение этого эффекта выполнено автором работы [2], совместно с лабораторией КЕМА в 1997 г. В объяснении пониженного влагосодержания авторы работ приводят следующее.

Для реализации процесса силанольного сшивания необходима вода, которая поступает в объем изоляции за счет диффузии в период выдержки кабеля во влажной среде (водяном паре, горячей воде). В процессе реакции сшивки диффундированная влага расходуется с выделением побочного продукта реакции сшивки - метанола СН3-ОН. Последний является легколетучим продуктом и удаляется из изоляции. Таким образом, в силанольносшиваемой изоляции полиэтилена обеспечивается низкое влагосодержание за счет расходования диффундированной влаги при реакции сшивки, которая продолжается и после того, как кабель удален из влажной среды (эффект "самоосушения" ПЭ изоляции).

Процесс силанольного сшивания полиэтилена во влажной среде в непрофессиональном понимании отдельных специалистов или в целях лоббирования на рынке кабелей, изготовленных оп альтернативной технологии газовой вулканизации, неправомерно приравнивается к процессу паровой вулканизации ПЭ на основе пероксидной сшивки, который применялся в 70 - 80х годах прошлого столетия при производстве кабелей среднего напряжения. Процесс паровой вулканизации ПЭ связан с присущими ему недостатками, которые повсеместно проявились в низкой триингостойкости и, соответственно, малом сроке службы кабелей первого поколения. Объяснением низкого качества кабелей, изготовленных методом паровой вулканизации, являются следующие факты:

• при паровой вулканизации ПЭ процессы диффузии водяного пара в объем изоляции интенсифицированы за счет высокого давления пара (~ 20 бар) и температуры (~ 150 °С);
• диффундированная влага не участвует в реакции сшивки (в отличие от метода силанольного сшивания) и конденсируется в объеме изоляции при охлаждении кабелей, образуя в макроструктуре ПЭ характерные многочисленные полости, заполненные водой. Эти полости являются центрами роста водных триингов при эксплуатации кабелей.

Выводы.
Анализ морфологии силанольносшитой изоляции кабелей подтвердил отсутствие микрополостей, заполненных водой и характерных для метода паровой вулканизации ПЭ. Результаты измерений влагосодержания в силанольносшитой изоляции на основе современных технологий (Visico) также подтвердили ранее обнаруженные закономерности низкого влагосодержания в данном виде изоляции.

Общие заключения и рекомендации
На основании результатов работ, проведенных ОАО "Камкабель" и ОАО "ВНИИКП" при постановке на производство силовых кабелей с изоляцией из силанольносшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ можно сделать следующие заключения:

• уровень технических требований, предусмотренных в НТД на промышленный выпуск кабелей с силанольносшитой изоляцией, по основным пунктам выше требований НТД на кабели с пероксидносшитым ПЭ;
• результаты квалификационных испытаний кабелей перед постановкой на производство положительные по всем проверенным параметрам и с запасом удовлетворяют требованиям НТД;
• сравнительные исследования характеристик изоляционных систем кабелей, изготовленных по технологии силанольного и пероксидного сшивания, показали преимущества силанольносшитой изоляции по морфологическим свойствам, внутренним механическим напряжениям и скорости роста электрических триингов;
• статистическая оценка качества кабелей, выполненная после проведения на ОАО "Камкабель" мероприятий по повышению чистоты процесса, показала, что изготовленные промышленные партии кабелей по уровню импульсной электрической прочности и мере разброса несколько превосходят кабели, промышленно изготовляемые по технологии пероксидной сшивки;
• результаты измерений влагосодержания в силанольносшитой изоляции на основе современной технологии (Visico) подтвердили ранее обнаруженные закономерности низкого влагосодержания в данном виде изоляции.

На основании изложенных результатов работы ВНИИКП рекомендует к применению в энергосистемах кабелей на напряжение 10 кВ, производимых ОАО "Камкабель" по технологии силанольного сшивания. Достигнутый и подтвержденный уровень качества кабелей позволяет распространить эту рекомендацию и на период до завершения длительных двухгодичных испытаний на подтверждение ресурсных характеристик.

ОАО "Камкабель" - производители кабельной продукции .

← Назад