 |
СОВРЕМЕННАЯ КАБЕЛЬНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
СТОЙКОСТЬ К ТРИИНГАМ ПОДТВЕРЖДЕНА ИСПЫТАНИЯМИ
Андрей Кожевников, директор отдела по перспективному развитию производства АББ Москабель
ЗАО «АББ Москабель» идет в ногу со временем и использует в производстве кабелей только лучшие материалы ведущих мировых производителей.
|
В своей работе компания уделяет много внимания развитию и совершенствованию технологий, которые обеспечивают высокое качество выпускаемых изделий. Именно поэтому для изоляции кабелей среднего напряжения она использует лишь пероксидосшиваемые полиэтилены – триингостойкий (ТСПЭ) и сополимерный (ССПЭ), что гарантирует отличные эксплуатационные характеристики продукции АББ Москабель.
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 непо-врежденной части изоляции и ускоряет процесс роста триинга. С этим явлением в 70е 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 антиоксиданта, снижающего скорость окислительных процессов) [6].
| | 
Водный триинг типа «веер» с каналом пробоя
Водный триинг типа «веер»
Триинги в СПЭ.Длина 0,604 ± 0,182 мм
Триинги в СПЭ.Длина 0,324 ± 0,026 мм
|
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 пероксидосшиваемого 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 пероксидосшиваемого 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.
Рис. 1. Зависимость электрической прочности при переменном напряжении от длительности высоковольтных испытаний [12]
Рис. 2. Количество водных триингов типа «бант» (0,14–0,25 мм) по истечении 120 суток (13, 14, 15), 180 суток (16, 17, 18) и 360 суток (19, 20, 21) испытаний [12]
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 cилановой (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 гомополимерная 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. – рр. 824–831.
3. Bahder 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. – рр. 977–986.
4. Eichorn R. Engineering Dielectrics. –Vol. 2 A. – 1983. – рр. 355–444.
5. Ashcraft А. Water Treeing in Polyethylene Dielectrics // Paper 3A-13 World Electrotechnical Congress. – Moscow, 1977.
6. Бустром Дж, Кампус А., Хэмптон Р., Хейккала П., Ягер К., Смедберг А., Валд Д. Cополимерные композиции сшитого полиэтилена (Super Copo) для высоконадежных силовых кабелей среднего напряжения // Кабели и провода. – 2005. –№ 5. – С. 7–12.
7. Mendelsohn A., Aarts M. 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. – 10th 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. Person T., Shattuck G., 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 // 18th 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.
АББ Москабель
111024, Москва, ул. 2-я Кабельная, 2, а/я 130
Тел.: (495) 956-66-99, факс: (495) 234-32-94
E-mail: moskabel@ru.abb.com
www.abb.ru
| 
|
