Итоги 25-летней службы кабелей, изготовленных ОАО "Завод "Сарансккабель"
Одними из видов многолетних испытаний кабельно-проводниковой продукции стали испытания старения кабеля, проложенного в грунт. Исследования проводились в естественных природных условиях, свойственных климатическим условиям местности, в которой расположен завод.
На территории ОАО "Завод "Сарансккабель" имеется специальная площадка, на которой проходят испытания на стойкость к климатическим воздействиям провода и кабели, проложенные воздушным способом. На этой же площадке имеются пять земляных траншей, в которых на глубине полуметра проложены кабели, которые много лет испытывали на надежность при прокладке в грунт.
В ходе эксплуатации, проложенные в грунте кабели, испытывают воздействия влаги, низких и высоких температур, слабых растворов кислот и щелочей, имеющихся в грунте. Эти воздействия могут вызвать необратимые изменения электрических и механических параметров кабеля, что и называется старением кабеля. Первыми воздействию окружающей среды подвергается защитная оболочка кабеля.
В августе 1979 года для того, чтобы определить степень старения защитной оболочки, на полигоне ОАО "Завод "Сарансккабель" была совершена закладка в специальные испытательные траншеи, непосредственно в грунт, следующие образцы кабелей:
• АВВГ 2х6 - 0,66 кВ; СБПу 10х2х1,0;
• ЦСБ 3х25(ож) - 10 кВ; ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ;
• АПБбШв 4х50(ож) - 1кВ (с битумом); АСБ 3х50 (ож) - 10 кВ;
• АПБбШв 4х35 (ож) - 1 кВ (без битума, но с разнообразными защитными оболочками);
Для закладки использовались серийные образцы изделий, которые были снабжены свинцовыми бирками. Срезы образцов кабеля герметично запаяли и под электронагрузкой не пребывали. Оба конца каждого из образцов вывели на поверхность.
Спустя 25 лет, в сентябре 2004 года, образцы кабелей были извлечены и исследованы на степень воздействия грунтовыми водами – агрессивной среды, состоящей из слабых растворов кислот и щелочей. Оценивалась сохранность защитной оболочки и физико-механические характеристики образцов кабелей, пролежавших в грунте четверть века. После визуального анализа кабели подверглись испытаниям согласно ГОСТ Р 51312-9, ГОСТ 16442-80, ГОСТ 18410-73 и ГОСТ 6436-75.
При визуальном осмотре было установлено, что наружная оболочка кабелей в изоляции из пропитанной бумаги и спустя 25 лет пребывания в грунте сохранила меловое покрытие. Применение стеклопряжи, которая не поддается бактериальному разрушению, дало возможность избежать гниения и обрастания оболочки кабеля плесневыми грибками, что стало надежной защитой бронеленты от коррозии. У стеклопряжи наблюдалась потеря замасливателя, от чего она стала более сухая. Образцы кабелей ЦСБ 3х25(ож) - 10 кВ и ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ, испытанные на стойкость к навиванию, продемонстрировали образовавшиеся в защитном покрове трещины, достигающие бронеленты.
Оцинкованная бронелента имеет белый налет, образованный продуктами коррозии. Особо значительный налет цинка заметен в местах перекрытия бронеленты. Следы ржавчины на основном металле отсутствуют. Битум, нанесенный на бронеленту, сохранился лишь частично. Кабель ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ продемонстрировал склеившиеся между собой, в результате длительного пребывания в грунте, бумажные битумированные ленты. Свинцовая оболочка оставалась покрытой битумом, битум достаточно мягкий, без повреждений, как и свинцовая оболочка. Состояние поясной изоляции – качественно пропитана пропиточным составом. Пропиточный состав, который заполняет междужильное пространство, обладает желеобразной консистенцией, при разборке кабеля снимается кусками, которые сохраняют конфигурацию жил. Кордель не имеет повреждений, скрутка не распадается. Сохранилась качественная пропитка изоляции жил, сохранилась цветная маркировка на бумажных лентах. Таблица №1 содержит результаты, полученные в ходе испытаний по основным показателям после старения кабеля с пропитанной бумажной изоляцией. Результаты испытаний свидетельствуют, что испытанные кабели обладают характеристиками, соответствующими требованиям стандарта.
Таблица №1
Результаты испытаний силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией
Вид испытаний или показатель | АСБ 3х50(ож) – 10 кВ (изготовлен в 1979 году) | ЦСБл 3х25(ож) – 10 кВ (изготовлен в 1979 году) | ||
---|---|---|---|---|
Норма по ГОСТ | Фактически | Норма по ГОСТ | Фактически | |
Электрическое сопротивление токопроводящей жилы, Ом/км | Не более 0,641 | 0,582 | Не более 0,727 | 0,709 |
Электрическое сопротивление изоляции, МОм/км | Не менее 200 | 250 | Не менее 200 | 250 |
Испытание кабелей напряжением | 40 кВ 4 часа должен выдержать без пробоя | 40 кВ, 4 часа выдержал без пробоя | 40 кВ, 4 часа должен выдержать без пробоя | 40 кВ, 4 часа выдержал без пробоя |
Определение стойкости кабеля к навиванию Испытание напряжением | 3 циклов Дц=15(Дн+д) 50 кВ 10 мин должен выдержать без пробоя | 3 цикла Дц= 568 мм 50 кВ 10 мин выдержал без пробоя | 3 цикла Дц=15(Дн+д) 50 кВ 10 мин должен выдержать без пробоя | 3 цикла Дц= 738 мм 50 кВ 10мин выдержал без пробоя |
Качество наложения брони (изгибание кабеля) | Дц=15Дк, верхняя лента должна перекрывать зазоры между витками нижней | Дц=600 мм, зазоры между витками нижней ленты не видны | Дц=15Дк, верхняя лента должна перекрывать зазоры между витками нижней | Дц=667 мм, зазоры между витками нижней ленты не видны |
Испытание на невытекание изоляционного пропиточного состава | Не нормируется | Не нормируется | Не должен вытекать при +70°С 8 часов | +70°С 8 часов выдержал |
Испытание свинцовой оболочки на растяжение | До Д=1,5Дн без разрывов | До Д=45мм без разрыва выдержал | До Д=1,5Дн без разрывов | До Д=41мм без разрыва выдержал |
Испытание на невытекание битумного состава | Не должен вытекать при +50°С 4 часа | +50°С 4 часа выдержал | Не должен вытекать при +60°С 4 часа | +60°С 4 часа выдержал |
Относительное удлинение бронеленты, % | Не менее 20 | 20 | Не менее 20 | 21 |
Временное сопротивление бронеленты, кг/мм2 | 28 – 40 | 29 | 28 – 40 | 31 |
Поверхностная плотность цинкового покрытия, г/м2 | Не менее 200 | 205 | Не менее 200 | 230 |
Примечание:
Д – диаметр кабеля, замеренный по металлической оболочке;
Дц – диаметр цилиндра, на который навивался кабель;
Дк – диаметр кабеля;
Дн – диаметр оболочки из свинца (начальный);
Д – диаметр жилы.
Визуальный осмотр защитных оболочек кабеля в пластмассовой изоляции бронированных после пребывания на протяжении 25 лет в открытом грунте показал следующее:
• ПВХ-пластикат и наружная оболочка не имеют повреждений;
• внешняя часть бронелент, которая была покрыта битумом, следов коррозии не имеет. При этом имеется налет коррозии на внутренней поверхности бронелент;
• хорошо сохранилась двухслойная подушка из битуминизированной крепированной бумаги.
Состояние образца кабеля АПБбШв 4х50 мм? - 1 кВ продемонстрировано на рисунке №3.
У образцов кабеля АПБбШв 4х35 - 1 кВ, который был бронирован двумя оцинкованными лентами, но без использования битума, имеются следы коррозии на цинковом покрытии. Прочие элементы защитной оболочки в хорошем состоянии.
Кабель в изоляции и оболочке из ПВХ-пластиката, небронированный, марки АВВГ 2х6 мм? - 0,66 кВ не претерпел никаких изменений, по сравнению с состоянием до закладки в грунт. Таблица №2 содержит результаты, полученные в ходе испытаний образцов кабелей после старения. Следует отметить, что все характеристики испытанных образцов кабелей отвечают нормам стандарта.
Таблица №2
Результаты испытаний силовых кабелей с пластмассовой изоляцией
Вид испытаний или показатель | АВВГ 2х6 – 0,66 кВ (изготовлен в 1979 году) | АПБбШв 4х50 – 1 кВ (с битумом) (изготовлен в 1979 году) | ||
---|---|---|---|---|
Норма по ГОСТ | Фактически | Норма по ГОСТ | Фактически | |
Электрическое сопротивление токопроводящей жилы, Ом/км | Не более 5,11 | 5,08 | Не более 0,641 | 0,597–0,637 |
Электрическое сопротивление изоляции, МОм/км | Не менее 9 | 9,0 | Не менее 150 | 3300 |
Испытание переменным напряжением частотой 50 Гц | 3 кВ, 10 мин. должен выдержать без пробоя | 3 кВ, 10 мин выдержал без пробоя | 3,5 кВ, 10 мин. должен выдержать без пробоя | 3,5 кВ, 10 мин. выдержал без пробоя |
Определение стойкости кабеля к навиванию Испытание напряжением | Дц=20(Дк+д) 45 мин. -15°С, 3 цикла без трещин 3 кВ, 5 мин. должен выдержать без пробоя | Дц=242 мм 45 мин. -15°С, 3 цикла без трещин 3 кВ, 5 мин. выдержал без пробоя | 120 мин. при -15°С, 3 цикла, Дц=15(Дн+д) 4 кВ, 5 мин. должен выдержать без пробоя | 120 мин. при -15°С, 3 цикла Дц=607мм, 4 кВ, 5 мин. выдержал без пробоя |
Плотность прилегания пластмассового защитного шланга. | ____ | ____ | Должны быть видны отпечатки ленты на внутренней поверхности шланга | Отпечатки ленты видны |
Нераспространение горения защитного покрова | ____ | ____ | Не должно быть поврежденных частей на расстоянии не более 50 мм от верхнего зажима | На расстоянии не более 50 мм от верхнего зажима поврежденных частей нет |
Качество наложения брони | ____ | ____ | Дц=15Дк, верхняя лента должна перекрывать зазоры между витками нижней | Дц=492 мм, зазоры между витками нижней ленты не видны |
Невытекание битумного состава | ___ | ___ | Не должен вытекать 4 часа при +60°С | 4 часа при +60°С не вытек |
Испытание на холодостойкость | ___ | ___ | 120 мин. при -50°С, Дц=15(Дн+д) без трещин | 120 мин. при -50°С, Дц=607мм, трещин нет |
Разрывная прочность защитного шланга, кгс/см2 | ___ | ___ | Не менее 110 | 170 |
Относительное удлинение защитного шланга, % | ___ | ___ | Не менее 280 | 290–300 |
Стойкость защитного шланга к деформации при +80°С, % | ___ | ___ | Не менее 50 | 77 |
Относительное удлинение бронеленты, % | ___ | ___ | Не менее 20 | 22 |
Временное сопротивление бронеленты, кг/мм2 | ___ | ___ | 28–40 | 33,5 |
Прочность при растяжении ПВХ-оболочки, Н/мм2, не менее | 12,5 | 13 | ___ | ___ |
Относительное удлинение ПВХ-оболочки при разрыве, % не менее | 150 | 180 | ___ | ___ |
Примечание:
Дц – диаметр цилиндра, на который навивался кабель;
д – диаметр жилы;
Дк – диаметр кабеля.
Визуальный осмотр образца сигнально-блокировочного кабеля марки СБПу 10х2х1 показал, что полиэтиленовая оболочка сохранилась, спустя 25 лет нахождения в открытом грунте, без повреждений и дефектов. Под оболочкой находятся легко идентифицируемые отличительные заводские нити. В качестве поясной изоляции была использована полиэтиленфталатная пленка. Без изменений сохранилась расцветка изоляции: натуральная и зеленая. Таблица №2 содержит успешные результаты проведенных испытаний данного сигнально-блокировочного кабеля.
Таблица 3
Результаты испытаний сигнально-блокировочного кабеля СБПу 10х2х1,0
Вид испытаний или показатель | Норма по ГОСТ | Фактически | Соотв. требованиям ГОСТ |
---|---|---|---|
Электрическое сопротивление токопроводящей жилы, Ом/км | Не более 23,3 | 22,6–23,3 | Соотв. |
Электрическое сопротивление изоляции | Не менее 5000 МОм на 1 км длины | 5000 МОм на 1 км. длины | Соотв. |
Исп. напряжением между жилами,50 Гц | 2500 В 1 мин. без пробоя | 2500 В 1 мин. выдержал без пробоя | Соотв. |
Проверка отн. удлинения неизолированной токопроводящей жилы | Не менее 15% | 15–17% | Соотв. |
Стойкость к изгибам Испытание напряжением |
Дц=14Дмакс при-15°С 2 часа не должно быть трещин 2500 В без пробоя | Дц=291 мм при -15°С 2 часа без трещин 2500 В выдержал без пробоя | Соотв. |
Воздействие пониженной температуры среды при -50°С; Испытание напряжением |
Дц=10Дмакс при-50°С 2 часа не должно быть трещин 2500 В без пробоя | Дц=208 мм при -50°С 2 часа трещин нет 2500 В выдержал без пробоя | Соотв. |
Примечание:
Дц – диаметр цилиндра, на который навивался кабель;
Дмакс – диаметр кабеля наружный, максимальный.
Выводы, сделанные по результатам испытаний:
Нахождение в открытом грунте при воздействии отрицательных и положительных температур, слабых растворов кислот и щелочей, имеющихся в грунте, а также влаги, не привело к выходу электрических параметров испытываемых образцов кабелей за рамки допусков.
25-летнее воздействие агрессивных сред не смогло оказать какого-либо заметного влияния на кабели марок АПБбШв и СБПу, как на оболочку. Так и на изоляцию из полиэтилена.
Свойства и внешний вид защитного шланга и оболочки из ПВХ-пластиката (кабель АПБбШв, АВВГ, ВБбШв) в результате многолетнего нахождения в открытом грунте не изменились. У кабеля АВВГ 2х6 - 0,66 кВ поверхность блестящая и глянцевая.
Свинцовая оболочка образцов кабелей марок АСБ 3х50(ож)-10, ЦСБ 3х25(ож) - 10 кВ и ЦСБл 3х25(ож) - 10 кВ не изменилась и продолжала успешно выполнять функцию защиты от влаги изоляции. Эластичность и качество пропитки бумажных лент существенно не изменилось. Также образцы кабелей вышеприведенных марок, успешно выдержали испытание на растяжение на конусе свинцовой оболочки согласно п. 2.2.14. ГОСТ 24641.
На защитную оболочку силовых кабелей из бумажной пропитанной изоляции агрессивная среда (щелочи, вода, кислоты) и колебания температурного режима не оказали значительного влияния. Результаты исследования показали, что стеклопряжа хорошо противодействует гниению, бактериальному разрушению, обрастанию плесневыми грибками. Поверхность кабеля даже сохранила следы мелового покрытия.
Испытания изготовленных ОАО "Завод "Сарансккабелем" кабелей, доказали их прекрасную работоспособность. Положительные итоги 25-летних исследований подтвердили, как то, что технологический процесс полностью отработан, так и эффективность имеющейся на предприятии системы жесткого контроля качества и технологии.
На ОАО "Завод "Сарансккабель" продолжаются испытания кабелей на испытательном полигоне. На длительные сроки заложены контрольные и силовые кабели имеющие индекс "нг-LS", силовые кабели в оболочке из пропитанной бумажной изоляции (гессенская лента), сигнальные кабели с оболочкой из алюминия. Помимо исследований надежности кабелей, проложенных в грунт на значительное время, проходят исследования стойкости проводов и кабелей (в т.ч. марки МФК-2, КССПВэп, ПРППМ, ТППэп, СИП-3 и СИП-2А) к воздействию климатических условий при воздушной прокладке.
Для предприятия ОАО "Завод "Сарансккабель" стали нормой испытания изготавливаемой продукции на надежность при старении в открытом грунте и при воздушной прокладке.