 |
ПРОКАЛЫВАЮЩИЕ ЗАЖИМЫ ДЛЯ СИП
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРОЧТЕНИЕ НОВОГОСТАНДАРТА CENELEC
 Валерий Староверов, генеральный директор ЗАО НИЦ «Старинфо», г. Королёв Московской обл. В России пока отсутствует отечественный стандарт на арматуру для самонесущих изолированных проводов (СИП), однако в электрических сетях нарастающими объемами внедряется технология монтажа ВЛ с данным типом проводов. при этом по большей части применяется арматура (АСИП) производства западных компаний. Поэтому на сегодня основным ориентиром в качестве нормативного документа для АСИП видится новый европейский стандарт CENELEC.
На страницах нашего журнала неоднократно упоминался стандарт EN 50483 "Требования к испытаниям арматуры для низковольтных воздушных скрученных кабелей", который принят в начале 2008 года и обязателен для выполнения всеми странами Европейского Сообщества. В стандарте изложены жесткие требования по испытаниям элементов арматуры. Многим производителям АСИП, которые работают на рынке арматуры для ВЛ до 1 кВ, придется пересматривать характеристики своих изделий, номенклатуру и технологию производства, чтобы их продукция отвечала требованиям нового документа.
В статье Валерия Юрьевича Староверова затрагивается тема соответствия имеющихся на российском рынке прокалывающих зажимов требованиям EN 50483. Испытания, окоторых пойдет речь, были проведены ЗАО НИЦ "Старинфо", однако любое предприятие электрических сетей, имея в своем хозяйстве испытательную лабораторию, может выполнить такие испытания. Например, с помощью установки для испытаний напряжением 6 кВ в воде диэлектрических перчаток, в которых монтеры ведут работы на ВЛ, можно провести испытания и для прокалывающих зажимов - необходимы только отрезки проводов СИП нужного сечения и динамометрический ключ.
* Названия испытаний соответствуют ГОСТ Р 51155-98 "Арматура линейная. Правила приемки и методы испытаний". Приемочные испытания проводятся один раз для проверки соответствия конструкции ПЗ требованиям CENELEC. Периодические испытания проводятся для каждой выпускаемой партии в соответствии с программой контроля качества продукции на заводе-изготовителе. Периодические испытания проводятся по согласованию между производителем и заказчиком.
Требования стандарта
Стандарт CENELEC 50483 на АСИП описывает требования для основных групп изделий АСИП и состоит из 6 частей:
1. Введение.
2. Анкерные и поддерживающие зажимы для самонесущей системы СИП.
3. Анкерные и поддерживающие зажимы для СИП с несущим нейтральным проводом.
4. Соединители.
5. Электрическое старение.
6. Воздействие окружающей среды.
В данном случае нас интересовала часть 4 "Соединители", посвященная прокалывающим зажимам, прессуемым соединителям и наконечникам, с помощью которых выполняются контактные соединения на линиях с СИП.
Остановимся подробнее на требованиях, которые предъявляет новый стандарт CENELEC к прокалывающим зажимам (ПЗ), и соответствующих испытаниях (табл. 1).
Согласно п. 9.3 стандарта EN 50483 существует следующая классификация прокалывающих соединителей:
класс А - соединители, подвергаемые циклическим испытаниям под нагрузкой и испытаниям токами КЗ;
класс В - соединители, подвергаемые только циклическим испытаниям под нагрузкой;
класс 1 - соединители, испытываемые повышенным напряжением под водой;
класс 2 - соединители, испытываемые повышенным напряжением на воздухе.
Из перечня испытаний, приведенного в таблице, в статье описываются:
- монтаж при низкой температуре,
- диэлектрические испытания,
- усилие срыва головки болта и механическая прочность болта.
Этим испытаниям были подвергнуты отобранные образцы пяти типов ПЗ класса 1 разных производителей.
(СИП), которые ими соединяются. А как известно, согласно ГОСТ Р 52373-2005, СИП следует испытывать напряжением 4 кВ после выдержки в воде.
Для данных испытаний нами было выбрано испытательное напряжение 6 кВ из тех соображений, что ПЗ, прошедшие такое испытание, по прошествии 30 лет эксплуатации на воздухе гарантированно будут иметь электрическую прочность своей изоляции для напряжения до 1 кВ.
Надо помнить, что рабочий диапазон любого ПЗ охватывает магистральные и ответвляемые проводники нескольких сечений. Согласно стандарту CENELEC, в зависимости от вида испытания для него всегда берутся наиболее тяжелые для длительной эксплуатации сочетания сечений проводников. Например, для диэлектрического теста выбирают:
а) максимальное сечение магистрали и минимальное сечение ответвления;
б) минимальное сечение магистрали и минимальное сечение ответвления.
Для испытаний была выбрана первая комбинация сечений проводов.
Конструкция ПЗ
Напомним, из чего состоит конструкция прокалывающего зажима класса 1:
- пластиковый корпус, состоящий из двух половинок;
- болт с резьбой, стягивающий две половинки корпуса зажима и имеющий срывную головку, нормирующую усилие затяжки болта, а также дополнительную головку, с помощью которой можно демонтировать установленный ранее ПЗ;
- контактные пластины, размещенные в половинках корпуса зажима и предназначенные для прокола изоляции на соединяемых проводах и для обеспечения электрического контакта между ними;
- резиновые уплотнительные прокладки, покрывающие контактные пластины, которые обеспечивают защищенность пластин от воздействия факторов окружающей среды и изолированность стягивающего болта от пластин;
- защитная смазка, покрывающая контактные пластины и точки соприкосновения зубцов пластин с токонесущими жилами СИП и предохраняющая контактирующие части от проникновения влаги, а следовательно, и от коррозии;
- изолирующий резиновый колпачок, предназначенный для изолирования и герметизации свободного конца провода ответвления, монтируемого внутри зажима.
Цель испытаний, отбор образцов
Целью испытаний было проверить соответствие изделий, предлагаемых российским потребителям, новому стандарту. Из широкой номенклатуры ПЗ разных производителей мы остановили свой выбор на зажимах, которые применяются для сечений СИП, чаще всего используемых при реализации ВЛ: для магистральных проводов до 95 мм2 и для проводов ответвления до 35 мм2.
В результате было отобрано пять типов ПЗ разных производителей. Для большей достоверности и точности полученных результатов испытывались по шесть экземпляров каждого зажима.
Характеристики испытательного оборудования
Для испытаний отобранных ПЗ использовалась испытательная лаборатория, состоящая из стенда для монтажа-демонтажа ПЗ, морозильной камеры, стенда для испытаний ПЗ в воде под напряжением до 30 кВ.
Стенд для монтажа-демонтажа ПЗ с проводами СИП позволял выполнить качественный монтаж ПЗ на проводах с применением динамометрического ключа с цифровым дисплеем высокой точности и с памятью. Стенд имел тиски со специальной технологической оснасткой, позволяющей зажимать ПЗ без нарушения целостности его конструкции.
Морозильная камера представляла собой термостатированный шкаф с герметично закрываемой дверью.
Стенд для испытаний ПЗ в воде под напряжением до 30 кВ представлял собой программируемый генератор, вырабатывающий испытательное напряжение от 0 до 30000 В, которое подается в защищенную камеру, имеющую резервуар с водой и электроды для подачи напряжения на испытуемые образцы.
Процесс испытаний
Испытания ПЗ выполнялись в объеме четырех тестов в следующей последовательности: испытание по выполнению монтажа ПЗ при низкой температуре - диэлектрический тест повышенным напряжением в воде - тест функционирования срывной головки в ПЗ - тест болта на механическую прочность.
Методика и условия испытаний были едиными для всех ПЗ. Кроме описанных ниже испытаний, объем и виды которых были ограничены имеющимся испытательным оборудованием, мы также обращали внимание на удобство монтажа каждого из выбранных типов ПЗ.
Испытание 1
Определение момента затяжки стягивающего болта ПЗ, при котором происходит прокол изоляции, после охлаждения образца с проводами до -10 OС.
Методика
Образцы ПЗ и фазные провода СИП сечением 95 и 6 мм2 помещаются в морозильную камеру и выдерживаются в ней в течение 1 часа при температуре -10 OС.
Охлажденные образцы ПЗ и провода монтируются непосредственно после изъятия их из морозильной камеры.
При затяжке болта на ПЗ с помощью высокоточного динамометрического ключа по звуковому сигналу тестера и показанию на шкале тестера (омметра), подключенного между соединяемыми с помощью ПЗ проводами, регистрируется факт прокола изоляции на обоих проводах контактными пластинами ПЗ. При этом протоколируется значение момента затяжки болта, при котором произошёл прокол изоляции.
Стандарт требует, чтобы в этом испытании электрический контакт между соединяемыми проводами возник при значении момента затяжки, равном или меньшем 70 % от минимально допустимого значения момента срыва головки, определяемого производителем. (Подробнее о допуске момента срыва - в подразделе "Испытание 3".)
Результаты
Это испытание успешно прошли ПЗ четырех производителей. У пятого лишь один образец из шести удовлетворил требованию, а остальные испытание не прошли: момент затяжки, при котором наступил электрический контакт, существенно превысил нормативное значение.
Отметим также, что у одного ПЗ в момент затяжки головки болта сорвалась резьба, в результате прокол изоляции проводов не произошел и образец к следующим испытаниям допущен не был.
Испытание 2
Определение способности изоляции ПЗ выдержать в воде напряжение 6 кВ, поданное на токопроводящую жилу провода ответвления относительно электрода в воде.
Методика
Момент затяжки болта у ПЗ доводится до 90 % от номинального значения. Концы магистрального провода изолируются и герметизируются с помощью эластомерных колпачков. Образец с монтируемыми проводами помещается на 30 минут в резервуар с водой.
От высоковольтной установки на ПЗ в течение 1 минуты подаётся напряжение 6 кВ. При этом в первые 10 секунд напряжение возрастает от 0 до 6 кВ по линейному закону, далее напряжение 6 кВ выдерживается в течение 60 секунд.
Если образец выдержал 6 кВ в воде без электрического пробоя, то он признаётся прошедшим испытание, иначе установка регистрирует пробой, снимает напряжение с образца и выдает на дисплей время, прошедшее с начала подачи напряжения и значение напряжения, при котором произошел пробой.
В случае успеха высоковольтная установка продолжает поднимать напряжение до значения 30 кВ. Если наступает пробой, то он регистрируется, иначе напряжение снимается.
Результаты
Анализ результатов этих испытаний показывает, что полностью их прошли образцы зажима только одного производителя, напряжение пробоя этих образцов составило от 8,25 до 17,05 кВ. Кроме того, эти испытания прошли три из пяти образцов еще одного производителя, причем лучший из них выдержал напряжение 17,31 кВ (!).
Отметим, что еще на стадии монтажа было обнаружено, что у зажимов двух производителей отсутствует защитная смазка, которую принято наносить на контактные пластины ПЗ. Результат этого очевиден: лучший из этих зажимов выдержал только 850 В. Очевидно, что применение такого зажима может привести к трагическим последствиям: в дождливую погоду на его корпусе может оказаться напряжение, опасное для жизни человека. Помимо этого, в местах, где ответвления выполнены с помощью таких зажимов, следует ожидать значительных потерь электроэнергии.
Если планку требований в данном испытании опустить ниже и подать напряжение 4 вместо 6 кВ (применение 6 кВ стандарт допускает, но делает оговорку, что такое напряжение согласовывается с потребителем данного изделия), то это испытание прошли бы два образца из шести еще одного производителя. Самое высокое испытательное напряжение, которое выдержал лучший из образцов этого зажима, составило 5,4 кВ. Подобное объясняется не иначе как несовершенством конструкции.
Хотелось бы отметить, что некоторые отечественные проектировщики, которым приходится проектировать ВЛ с СИП, придерживаются мнения, что при реализации ответвлений на ВЛИ не обязательно применять герметичные ответвительные зажимы с прокалыванием изоляции, которые проходят испытания напряжением 6 кВ под водой. Свою позицию они аргументируют тем, что применение негерметичных ПЗ обходится дешевле, они не приводят к авариям и зарекомендовали себя во многих странах.
Можно согласиться с такой позицией, но лишь как с временной, свойственной начальному этапу освоения новой технологии при переходе с голого провода на изолированный, когда еще сказывается острая нехватка средств для закупки более совершенной техники.
Однако воздействия природных факторов на ВЛИ никто не отменял: дожди и повышенная влажность неизбежно будут влиять на места соединения проводов. Если от этого не защититься, то длительное воздействие влаги на области контакта алюминиевых проводов с контактными пластинами ПЗ неизбежно приведет к проблемам: к потерям электроэнергии и опасности поражения людей током, к сокращению сроков службы отдельных элементов ВЛИ и в целом к снижению надежности системы энергоснабжения потребителей.
Испытание 3
Измерение момента затяжки болта на ПЗ, при котором происходит срыв головки болта.
Методика
ПЗ с монтируемыми проводами фиксируется в специальной оснастке, позволяющей жёстко закрепить зажим.
Ключом с высокоточным динамометром вращается головка болта на ПЗ до момента ее срыва. Последнее прикладываемое усилие запоминается в памяти динамометра и выдается на его дисплей, что позволяет зарегистрировать момент затяжки болта при срыве головки с высокой точностью.
Сравнение полученного значения момента затяжки при срыве для данного ПЗ со значением, заявленным производителем, позволяет судить о соответствии этих величин.
Стандарт не указывает значений предельных отклонений момента срыва для головки стягивающего болта ПЗ и ссылается на характеристики, которые должен указать производитель. К сожалению, нам не удалось найти значения предельных отклонений момента срыва для головок рассматриваемых типов зажимов, производители в своих каталогах их не указывают. Но известно, что некоторые европейские производители указывают допуск такого отклонения равным 10 % от номинального значения. Поэтому в качестве ориентира были приняты значения: минимальное значение срыва головки Ммин = 0,9 X Мном, а максимальное соответственно Ммакс = 1,1 X Мном.
Результаты
Данное испытание полностью прошли зажимы только двух производителей. Отклонения в значениях момента срыва головки у данных образцов составили соответственно от -1,5 до +9 % и от -2,8 до +6 %. У образцов остальных производителей результаты колебались в больших пределах - от -2,2 до 38 %.
Отклонения даны в относительных единицах, т.к. номинальные моменты срыва головок ПЗ различных производителей лежат в пределах 11-14 Нм.
Очевидно, что меньшее значение момента срыва головки предпочтительнее для монтажников.
Следует отметить, что у одного из образцов при затяжке болта раскололся корпус и в последнем испытании он не участвовал.
Испытание 4
Испытание корпуса ПЗ на прочность при максимальной затяжке болта ПЗ.
Методика
ПЗ с проводами фиксируется в оснастке с тисками.
По аналогии с испытанием 3 болт ПЗ затягивается динамометрическим ключом, но при этом вращающее усилие прикладывается не к срываемой головке болта, а к нижней части болта, представляющей собой несрываемую шестигранную головку, имеющую большие размеры по сравнению со срывной головкой. (Кстати, оказалось, что не у всех производителей есть ПЗ с несрываемой шестигранной головкой.)
Затяжка болта ПЗ осуществляется до достижения значения момента, в полтора раза превышающего максимально допустимое значение срыва. Если при этом не произошло видимых и слышимых механических разрушений, считается, что ПЗ прошел данное испытание.
Результаты
ПЗ только одного производителя прошел данное испытание полностью. Зажимы двух производителей не испытывались, т.к. их конструкция не предусматривает второй шестигранной головки для демонтажа ПЗ.
ВЫВОДЫ
Результаты испытаний пяти типов ответвительных прокалывающих зажимов для СИП позволяют сделать ряд выводов.
1. Из прокалывающих зажимов пяти производителей полностью все четыре испытания прошли образцы зажима только одного производителя.
2. Из всех тестов наиболее серьезным для зажимов оказались ди-электрические испытания напряжением 6 кВ под водой. Зажимы некоторых производителей частично прошли эти испытания. Снижение испытательного напряжения с 6 до 4 кВ в целом картины не меняет. Зажимы, не имеющие защитной смазки, показали во время этих испытаний полную несостоятельность.
3. Испытание по монтажу ПЗ на морозе успешно прошли четыре зажима из пяти.
4. Испытание механических свойств срывной головки ПЗ не прошли два зажима из пяти.
5. Испытание на прочность конструкции корпуса и стягивающего болта оказалось для трех типов зажимов практически нереализуемым, т.к. эти зажимы конструктивно не готовы к таким испытаниям.
6. Результаты четырех испытаний прокалывающих зажимов пяти типов разных производителей позволяют заключить, что только один зажим удовлетворяет требованиям нового стандарта CENELEC. Аналогичные зажимы других типов требуют доработки производителями, если они хотят, чтобы их изделия соответствовали этому стандарту.
Предприятиям электрических сетей можно рекомендовать проводить такие испытания, перед тем как внедрять определенные типы асип в эксплуатацию.
| 
|
