УДК 621.315.2.016.2

ФАКТОРЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ СШИТО-ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

И.Н. Кучерявая, докт. техн. наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина,
е-mail: rB.irinan@gmail.com

Приведены факторы и механизмы старения сшито-полиэтиленовой изоляции силовых кабелей, мультифизические процессы и явления, которые сопровождают деградацию и приводят к пробою изо¬ляции. Представлены характерные дефекты изоляции, возникающие при производстве, проектировании, прокладке и эксплуатации кабелей. Проанализированы причины возникновения дефектов и повреждений изоляции. Показаны роль электрических режимов работы кабелей и преимущества использования неразрушающих методов их испытания для длительного срока службы изоляции. Библ. 49, рис. 7, табл. 3.
Ключевые слова: сшито-полиэтиленовая изоляция, силовые кабели, макро- и микроуровневые дефекты, факторы и механизмы старения изоляции, переходные процессы, высокочастотные перенапряжения, методы испытания.

ФАКТОРИ ЯКОСТІ ТА НАДІЙНОСТІ ЗШИТО-ПОЛІЕТИЛЕНОВОЇ ІЗОЛЯЦІЇ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ

І.М. Кучерява, докт. техн. наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна

Наведено фактори та механізми старіння зшито-поліетиленової ізоляції силових кабелів, мультифізичні процеси та явища, що супроводжують деградацію і призводять до пробою ізоляції. Представлено характерні дефекти ізоляції, які виникають при виробництві, проектуванні, прокладанні та експлуатації кабелів. Проаналізовано причини виникнення дефектів і ушкоджень ізоляції. Показано роль електричних режимів роботи кабелів і переваги використання неруйнуючих методів їх випробування для тривалого терміну служби ізоляції. Бібл. 49, рис. 7, табл. 3.
Ключові слова: зшито-поліетиленова ізоляція, силові кабелі, макро- та мікрорівневі дефекти, фактори і механізми старіння ізоляції, перехідні процеси, високочастотні перенапруги, методи випробування.

THE FACTORS AFFECTING QUALITY AND RELIABILITY OF XLPE INSULATION OF POWER CABLES

I.M. Kucheriava
Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine,
Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine,
е-mail: rB.irinan@gmail.com

The paper presents the factors and mechanisms influencing on the degradation of cross-linked polyethylene (XLPE) insulation of power cables, multiphysics processes and phenomena that take place at the aging of the insulation and lead to its breakdown. The typical defects of XLPE insulation which result from the production, design, laying and operation of the cables are shown and explained. The causes of damages and defects of the insulation are analyzed. The significance of electrical operating conditions of the cable and the need to use non-destructive testing methods for the long service life of XLPE insulation are revealed. References 49, figures 7, tables 3.
Key words: cross-linked polyethylene insulation, power cables, macro- and micro-sized defects, aging factors and mechanisms, transient processes, high-frequency overvoltages, testing methods.

Література
1. Бурлаков E., Евдокунин Г., Карпов А., Шатилов Д. Высоковольтные линии с однофазными кабелями. Переходные процессы и перенапряжения // Новости Электротехники. – 2016. – № 5(101). – http://www.news.elteh.ru/arh/2016/101/07.php
2. Верхувен Б. Международная практика испытаний кабелей // Кабели и провода. – 2006. – № 1 (296). – С. 10–14.
3. Гук Д.А., Каменский М.К., Макаров Л.Е., Образцов Ю.В., Овсиенко В.Л., Шувалов М.Ю. Новый высоковольтный испытательный центр ОАО "ВНИИКП". Опыт испытаний и исследований силовых кабелей, арматуры и материалов для их производства // Кабели и провода. – 2014. – № 5(348). – С. 35–42.
4. Дмитриев М.В. Особенности применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена // Сети России. – 2015. – № 3 (30). – C. 62–65.
5. Дмитриев М.В. Проектирование и строительство кабельных линий 6–500 кВ. Актуальные проблемы // Новости Электротехники. – 2016. – № 4(100). – http://www.news.elteh.ru/arh/2016/100/03.php
6. Ковригин Л.А. Технологические и эксплуатационные дефекты в изоляции кабелей // Кабель-news. – 2008. – № 10. – C. 58 –60.
7. Копченков Д. Диагностика высоковольтных кабельных линий. Опыт внедрения // Кабель-news. – 2012. – № 3. – http://www.ruscable.ru/article/Diagnostika_vysokovoltnyx_kabelnyx_linij_Opyt/
8. Королев А. Испытание и диагностика кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена // Кабель-news. – 2010. – № 11. – http://www.ruscable.ru/article/Ispytanie_i_diagnostika_kabelnyx_linij_s/
9. Кучерявая И.Н. Влияние микродефектов в полиэтиленовой изоляции силовых кабелей на распределение электрического поля // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України. Зб. наук. праць. – К.: ІЕД НАНУ, 2017. –Вип. 47. – С. 85–92.
10. Кучерявая И.Н. Исследование эксплуатационных дефектов силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України. Зб. наук. праць. – К.: ІЕД НАНУ, 2017. – Вип. 46. – С. 107–112.
11. Кучерявая И.Н. Причины выхода из строя муфт кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на среднее и высокое напряжение // Гідроенергетика України. – 2017. – № 1–2. – С. 63–80.
12. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. – Л.: Энергия, 1979. – 224 с.
13. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4–35 кВ и 110–1150 кВ / Под ред. И.Т. Горюнова, А.А. Любимова. – Т. 3. – М.: Папирус-Про, 2004. – 688 с.
14. Мещанов Г.И., Шувалов М.Ю., Каменский М.К., Образцов Ю.В., Овсиенко В.Л. Кабели на напряжение 10–500 кВ: состояние и перспективы развития (анализ, прогноз, исследования) // Кабели и провода. – 2008. – № 5 (312). – С. 32–38.
15. Образцов Ю.В. Отечественные кабели среднего и высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена для линий электропередач // Кабель-news. – 2009–2010. – № 12–1. – С. 45–49.
16. Образцов Ю.В., Фрик А.А., Сливов А.А. Силовые кабели среднего напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. Факторы качества // Кабели и провода. – 2005. – № 1 (290). – С. 9–13.
17. Подольцев А.Д. Компьютерное моделирование грозовых перенапряжений в высоковольтной воздушной линии электропередачи // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України. Зб. наук. праць. – К.: ІЕД НАНУ, 2017. – Вип. 46. – С. 94–106.
18. Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Мультифизические процессы в области включения в полиэтиленовой изоляции силового кабеля (трехмерное моделирование и эксперимент) // Техн. електродинаміка. – 2015. – № 3. – С. 3–9.
19. Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Мультифизическое моделирование в электротехнике. – К.: Ин-т электродинамики НАН Украины, 2015. – 305 с.
20. Шидловский А.К., Щерба А.А., Золотарев В.М., Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Кабели с полимерной изоляцией на сверхвысокие напряжения. – К.: Изд-во Ин-та электродинамики НАН Украины, 2013. – 550 с.
21. Шувалов М.Ю., Ромашкин А.В., Овсиенко В.Л. Анализ дефектов в изоляции силовых высоковольтных кабелей методами видеомикроскопии и микроэксперимента // Электричество. – 2000. – № 5. – С. 49–57.
22. Щерба А.А., Гурин А.Г., Ольшевский А.М., Карпушенко В.П., Науменко А.А. Новая технология пероксидной сшивки полиэтиленовой изоляции – основа производства высоконадежных силовых кабелей на напряжение 6–500 кВ // Електропанорама. – 2012. – № 4. – С. 16–21.
23. Щерба А.А., Кучерявая И.Н., Золотарев В.М., Белянин Р.В. Особенности производства и эксплуатации сшито-полиэтиленовой изоляции силовых кабелей разных классов напряжения // Гідроенергетика України. – 2016. – № 1–2. – С. 30–40.
24. Щерба А.А., Кучерявая И.Н., Кирик В.В., Цыганенко Б.В. Мировой опыт применения сшитой полиэтиленовой изоляции для производства силовых кабелей разных классов напряжения // Электрические сети и системы. – 2015. – № 5. – С. 11–20.
25. Bahadoorsingh S., Rowland S.M. A framework linking knowledge of insulation ageing to asset management // IEEE Electrical Insulation Magazine. – 2008. – Vol. 24, Is. 3. – P. 38–46.
26. Bernstein B.S. Recent progress in understanding water treeing phenomena // IEEE International Symposium on Electrical Insulation. – Montreal, June 11–13, 1984. – P. 11–21.
27. Buchholz V. Finding the root cause of power cable failures. – http://www.electricenergyonline.com/show_article.php?article=186
28. Crine J-P., Jow J. A water treeing model // IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. – 2005. – Vol. 12, № 4. – P. 801–808.
29. Densley J. Ageing and diagnostics in extruded insulations for power cables // IEEE 5th Internat. Conf. on Conduction and Breakdown in Solid Dielectrics. – 1995. – 15 p.
30. Densley J. Ageing mechanisms and diagnostics for power cables – an overview // IEEE Electrical Insulation Magazine. – 2001. — Vol. 17, No. 1. – P. 14–22.
31. Dissado L., Fothergill J. Electrical degradation and breakdown in polymers / IEE Materials and Devices. Series 9. – Peter Peregrinus Ltd., London, 1992. – 601 p.
32. Doedens E.H. Organic contaminants in crosslinked polyethylene for demanding high voltage applications // Diploma Work in the Master Programme of Electric Power Engineering. – 2012. – Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden. – Report No. 83/2012. – 86 p.
33. Electrical power cable engineering / Third Edition. Ed. by W.A. Thue. – CRC Press, 2011. – 460 p.
34. Foottit E. Statistical, electrical and mathematical analysis of water treed cross-linked polyethylene cable insulation // Thesis for the degree of Doctor of Philosophy in the School of Engineering Systems Science and Engineering Faculty at the Queensland University of Technology. – Brisbane, Australia. – 2015. – 214 p.
35. Hampton N. HV and EHV cable system aging and testing issues. Chapter 3. –University System of Georgia, Institute of Technology NEETRAC – National Electric Energy Testing, Research and Application Center. – Georgia Tech Research Corporation, February 2016. – 19 p.
36. Hampton N. Medium voltage cable system issues. Chapter 2. – University System of Georgia, Institute of Technology NEETRAC – National Electric Energy Testing, Research and Application Center. – Georgia Tech Research Corporation, February 2016. – 29 p.
37. Hampton N., Hartlein R., Lennartsson H., Orton H., Ramachadran R. Long-life XLPE insulated power cable. – JiCable 2007. – http://www.neetrac.gatech.edu/publications/jicable07_C_5_1_5.pdf
38. Hughes M.P. Numerical simulation of dielectrophoretic ratchet structures // Journal of Physics D: Applied Physics – 2004. – Vol. 37. – P. 1275–1280.
39. Hvidsten S., Holmgren B., Adeen L., Wetterstrom J. Condition assessment of 12- and 24- kV XLPE cables installed during the 80s. Results from a joint Norwegian/Swedish research project. // IEEE Electrical Insulation Magazine. – 2005. – Vol. 21, No. 6. – P. 17–23.
40. Kucheriava I.M. Coupled electrical and mechanical processes in polyethylene insulation with water tree having branches of complex structure // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2016. – № 5. – P. 5–10.
41. Kucheriava I.M. Power cable defects and their influence on electric field distribution in polyethylene insulation // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2017. – № 2. – P. 19–24.
42. Marcolongo P. Modeling electromechanical phenomena contributing to cable deterioration // Thesis for the degree of Master of Science in Engineering – Materials Science and Engineering. – University of Puda, Italy, 2008. – 58 p.
43. Mashikian M. S., Szatkowski A. Medium voltage cable defects revealed by off-line partial discharge testing at power frequency // IEEE Electrical Insulation Magazine. – 2006. –Vol. 22, No. 4. – P. 24–32.
44. Nexans Technical Review – October 2004.– http://www.nexans.com/eservice/Corporate-en/fileLibrary/Download_540073071/eService/files/tech_review2d.pdf
45. Patsch R. The role of dielectrophoresis in the water treeing process // 1995 Annual Report. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. – 22–25 Oct. 1995. – P. 73–76.
46. Peshkov Iz. B., Shuvalov M. Yu., Ovsienko V.L. Water treeing in extruded cable insulation as Rehbinder electrical effect // Journal of Information Technology and Applications (JITA). – 2015. – No. 5. – P. 55–60.
47. Steennis E.F., Kreuger F.H. Water treeing in polyethylene cables. Review // IEEE Trans. on Electrical Insulation. – 1990. – Vol. 25, No. 5. – Pp. 989–1028.
48. Teyssedre G., Laurent C. Advances in high-field insulating polymeric materials over the past 50 years // IEEE Electrical Insulation Magazine. – 2013. – Vol. 29, No. 5. – P. 26–36.
49. Williams F.D. Cable accessory failure analysis. – A Research Center in the School of Electrical and Computer Engineering at the Georgia Institute of Technology. – 2010. – 59 p.