Испытания шахтных кабелей на частичные разряды: нормы и протоколы

Два сертификата испытаний на частичные разряды (PD) могут одинаково содержать отметку «годен», но описывать совершенно разные испытания. Один прибор способен обнаружить любой разряд свыше 5 пикокулон (pC), тогда как другой не видит ничего ниже 50 pC. В докладе CIGRE-USNC 2022 года, подготовленном преимущественно специалистами профильной диагностической компании по измерению ЧР, этот разрыв выражен в цифрах: испытание, не способное зарегистрировать импульс 50 pC, «может пропускать до 60% активности ЧР (PD)», которую выявило бы испытание с подтверждённой чувствительностью от 5 до 10 pC.

Для закупщиков гибких шахтных кабелей и кабелей для кабельных барабанов среднего напряжения (MV) проблема часто начинается уже в техническом задании. В спецификации копируют фразу «IEC 60502-2, PD ≤ 10 pC» для кабелей, которые этот стандарт прямо исключает. В результате приходят протоколы с цифрой в pC, но без указания испытательного напряжения и порога чувствительности.

В этом руководстве разобрано, какой стандарт задаёт предел ЧР (PD) и как рассчитать испытательное напряжение исходя из номинального напряжения кабеля. Также приведён перечень пунктов для проверки протокола ЧР и объяснено, почему результаты полевых измерений отличаются от заводских. Общие сведения о типовых, приёмо-сдаточных и послеремонтных испытаниях приведены в нашем руководстве по испытаниям шахтных кабелей.

Ключевые выводы

• IEC 60502-2 исключает кабели для «горнодобывающей промышленности». Норма по частичным разрядам (PD) для шахтного кабеля должна браться из его профильного стандарта либо прямо прописываться в заказе.
• Предел в pC мало что значит без указания испытательного напряжения. Согласно тексту IEC 60502-2 редакции 2005 года для приёмо-сдаточных испытаний, отсчёт ЧР (PD) производится при напряжении 1.73 U0 после выдержки 10 s при 2 U0. Для кабеля на напряжение 12/20 kV величина 1.73 U0 составляет около 20.8 kV.
• Заявленная чувствительность определяет, что именно означает формулировка «разряды отсутствуют»: методика приёмо-сдаточных испытаний IEC 60502-2 (2005 г.) требует чувствительности 10 pC или лучше. В открытом тексте 2009 года, ныне включённом в китайский каталог как KA/T 818.6 (ранее MT/T 818.6), для передвижных гибких кабелей с металлическими экранами и жилами контроля в угольных шахтах на напряжение до 8.7/10 kV установлена норма не более 20 pC при 1.73 U0.
• Смонтированные кабельные линии выходят из строя не только по самому кабелю, но и в кабельной арматуре. На соединительные и концевые муфты пришлось 34% отказов высоковольтных подземных кабельных линий по данным обзора CIGRE и, по оценкам, 42.7% отказов сетей среднего напряжения (MV) в Северной Америке.

Что показывает испытание на частичные разряды (PD) для шахтного кабеля

Испытание на ЧР (PD) выявляет локальные микроразряды внутри изоляционной системы до того, как они приведут к полному пробою. Это проверка качества изготовления строительной длины кабеля, а не прогноз его остаточного срока службы.

Частичные разряды перекрывают лишь часть толщины изоляции между токопроводящей жилой и заземлённым экраном. Они возникают в газовых включениях (пустотах), вокруг инородных загрязнений или на участках отслоения полупроводящего экрана от изоляции. Каждый такой разряд переносит крошечный заряд, который приборы регистрируют как кажущийся заряд в pC в соответствии со стандартом IEC 60270:2025 («Измерение частичных разрядов на основе заряда»), действующим сейчас в четвёртой редакции.

Для кабельных изделий стандарт IEC 60885-3 устанавливает методы измерения ЧР (PD) для «строительных длин силовых кабелей с экструдированной изоляцией» и «не распространяется на измерения, выполняемые на смонтированных кабельных линиях». Это различие между строительной длиной на барабане и смонтированной кабельной системой проходит через всё настоящее руководство.

Разряд внутри полости в твёрдой изоляции. Полость и неповреждённая изоляция работают как последовательно включённые конденсаторы, поэтому разряд в полости проявляется на концах кабеля как малый импульс заряда. Схема: "Partial discharge.svg", автор Wtshymanski, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons, растрировано с восстановлением обрезанной нижней подписи.

Гибкие шахтные кабели и кабели для кабельных барабанов среднего напряжения (MV) имеют собственную специфику риска. В большинстве из них применяется изоляция из этиленпропиленовой резины (EPR) поверх многопроволочной гибкой жилы. Изоляция расположена между полупроводящим экраном по жиле и полупроводящим экраном по изоляции, которые выравнивают электрическое поле. Там, где экран отсутствует, повреждён или неплотно прилегает к изоляции, возникает концентрация поля и могут зарождаться частичные разряды (PD).

Результат измерения ЧР (PD) — это диагностическое свидетельство, а не окончательный приговор. В рамках программы Cable Diagnostic Focused Initiative (CDFI), совместно финансируемой Министерством энергетики США и проводимой центром National Electric Energy Testing, Research and Applications Center (NEETRAC), были объединены 18 массивов данных, охватывающих 669 миль распределительных кабельных сетей. Согласно его итоговому отчёту 2010 года, методы диагностики ЧР (PD) показали взвешенную медианную общую точность 79.5%.

Участки с диагнозом «Годен» («Pass») редко выходили из строя. Однако «менее чем 1 из 20 участков с оценкой "Не годен" ("Not Pass") фактически приводил к пробою в течение нескольких лет после испытаний». Эти данные получены для электросетевых кабелей, а не шахтных линий, но главный вывод остаётся тем же: результат ЧР (PD) следует рассматривать как ориентир для прицельной проверки.

Какой стандарт устанавливает норму по частичным разрядам (PD)?

Принятые в Китае действующий национальный каталог указывает стандарт KA/T 818.6-2009 в качестве замены MT/T 818.6-2009. Пункт 291 уведомления о переводе стандартов 2026 года фиксирует это переименование индекса. Требование 20 pC при 1.73 U0 и приведённые ниже обозначения типовых и приёмо-сдаточных испытаний взяты из открытого текста редакции 2009 года под прежним номером MT/T. Подтверждайте действующую редакцию и текст стандарта в заказе; запись в каталоге стандартов не является сертификатом на продукцию.

Стандарт IEC 60502-2 не распространяется на шахтные кабели, поэтому допустимый уровень ЧР (PD) должен определяться профильным стандартом на шахтный кабель, указанным в заказе, либо согласовываться отдельно для конкретного заказа. В его область применения в каталоге «горнодобывающая промышленность» прямо перечислена среди специальных условий эксплуатации, исключённых из области применения.

Покупатели тем не менее часто заимствуют из него методику приёмо-сдаточного испытания на ЧР (PD), поскольку она чётко сформулирована и широко известна. Такой подход работает корректно, если в заказе прямо указано, что метод испытаний применяется по согласованию сторон. Проблемы возникают тогда, когда спецификация ссылается на IEC 60502-2 как на базовый стандарт для самого шахтного кабеля.

В стандартах на шахтные кабели применяются два различных критерия оценки частичных разрядов (PD):

• Уровень заряда при фиксированном напряжении.При заданном испытательном напряжении кажущийся заряд в кабеле не должен превышать установленного предела. По этому принципу построены требования IEC 60502-2, а также китайского стандарта KA/T 818.6-2009. Пункт 4.9.2 стандарта KA/T 818.6 требует проведения испытания на ЧР (PD) при напряжении 1.73 U0 с уровнем разрядов не более 20 pC. В таблице испытаний проверка на ЧР отмечена индексами «T,R» — стандартным китайским обозначением типовых и приёмо-сдаточных испытаний.
• Напряжение погасания ЧР.При таком подходе напряжение, при котором частичные разряды прекращаются по мере плавного снижения испытательного напряжения, не должно быть ниже заданного уровня. Оглавление оглавление стандарта ANSI/NEMA WC 58-2017 / ICEA S-75-381-2017 иллюстрирует этот принцип. Стандарт охватывает передвижные и силовые фидерные кабели для горных работ, включая шахтные силовые кабели на напряжение от 2,001 до 25,000 V, и содержит таблицу 4-6 «Напряжение погасания частичных разрядов» ("Partial Discharge Extinction Voltage"), а также методику испытаний в разделе 6.17.3.

Формулировка в спецификации вроде «≤ 10 pC по ICEA S-75-381» требует уточнения: необходимо указать конкретный пункт стандарта, испытательное напряжение, требуемую чувствительность и критерий приёмки — по величине заряда, по напряжению погасания или по обоим параметрам. В приведённой ниже таблице численные нормы указаны только там, где они подтверждены открытыми источниками.

• Стандарт: IEC 60502-2; Область применения: Силовые кабели с экструдированной изоляцией на 6–30 kV; горнодобывающая отрасль исключена; Критерий оценки ЧР (PD): Заряд при фиксированном напряжении (приёмо-сдаточные и типовые испытания); Напряжение и норма: 1.73 U0 после выдержки при 2 U0 в течение 10 s; отсутствие регистрируемых разрядов выше заявленной чувствительности (приёмо-сдаточные: 10 pC или лучше); Проверен открытый текст: Да, текст 2005 г.; действующая редакция 2014+AMD1:2024
• Стандарт: KA/T 818.6-2009 (ранее MT/T 818.6-2009); Область применения: Передвижные гибкие кабели с металлическими экранами и жилами контроля для угольных шахт, от 3.6/6 до 8.7/10 kV; Критерий оценки ЧР (PD): Заряд при фиксированном напряжении (типовые и приёмо-сдаточные испытания); Напряжение и норма: 1.73 U0; 20 pC или менее; Проверен открытый текст: Да, открытый текст 2009 г. под прежним номером MT/T; соответствие в действующем каталоге KA/T подтверждено
• Стандарт: ICEA S-75-381 / NEMA WC 58; Область применения: Передвижные и силовые фидерные кабели для горных работ; Критерий оценки ЧР (PD): Напряжение погасания ЧР (таблица 4-6); Напряжение и норма: См. стандарт; Проверен открытый текст: Только заголовки разделов
• Стандарт: AS/NZS 1802:2018; Область применения: Кабели для кабельных барабанов и гибкие шахтные кабели для подземных угольных шахт; Критерий оценки ЧР (PD): См. стандарт; Напряжение и норма: См. стандарт; Проверен открытый текст: No
• Стандарт: AS/NZS 2802:2000; Область применения: Кабели для кабельных барабанов и гибкие шахтные кабели для горных работ, кроме подземных угольных шахт; Критерий оценки ЧР (PD): См. стандарт; Напряжение и норма: См. стандарт; Проверен открытый текст: No
• Стандарт: DIN VDE 0250-813; Область применения: Гибкие шахтные кабели (Leitungstrosse); проверяйте применимую конструкцию кабеля; Критерий оценки ЧР (PD): См. стандарт; Напряжение и норма: См. стандарт; Проверен открытый текст: No
• Стандарт: IEEE 400.3-2022; Область применения: Полевые испытания на ЧР (PD) смонтированных экранированных кабельных систем; Критерий оценки ЧР (PD): Руководство, без норм «годен/не годен»; Напряжение и норма: —; Проверен открытый текст: Да

Там, где в строке указано «см. стандарт», приобретите официальную действующую редакцию стандарта и перенесите его пункт по ЧР (PD) непосредственно в заказ. Не полагайтесь на цифры, приведённые на сайтах поставщиков, включая наш.

Испытательное напряжение: что означают 1.73 U0 и 2 U0

Предел в pC без указания испытательного напряжения невозможно проверить, поскольку отклик ЧР (PD) напрямую зависит от приложенного напряжения и условий испытания. Испытательные напряжения ЧР задаются кратными величине U0 — номинальному напряжению между каждой токопроводящей жилой и её экраном или землёй. У кабеля на 12/20 kV фазное напряжение U0 = 12 kV, а междуфазное номинальное напряжение U составляет 20 kV.

Открытый текст пункта о приёмо-сдаточных испытаниях на ЧР (PD) стандарта IEC 60502-2 редакции 2005 года наглядно демонстрирует порядок приложения напряжения. Его второе издание (2005 г.) было принято как технически идентичное в региональном стандарте COMESA 227-2:2006, текст которого доступен в архиве Internet Archive. Согласно пункту 16.3, напряжение «плавно повышают до 2 U0, выдерживают в течение 10 s, а затем медленно снижают до 1,73 U0». Для трёхжильных кабелей испытывается каждая изолированная жила с приложением напряжения между жилой и её экраном. В редакции 2014 года приёмо-сдаточное испытание на ЧР также имеет номер 16.3. Текущая запись в каталоге — IEC 60502-2:2014+AMD1:2024 (Edition 3.1) с учётом поправки июля 2026 года. Полный текст действующей редакции для настоящего руководства не сверялся; перед использованием примера 2005 года в качестве требования заказа проверьте редакцию, указанную в вашей спецификации.

Пример расчёта: для кабеля 12/20 kV произведение 1.73 × 12 kV даёт около 20.8 kV, а 2 × 12 kV составляет 24 kV. В таблице ниже тот же расчёт применён к основным классам напряжения шахтных кабелей. Эти значения получены арифметическим расчётом от U0, а не процитированы из какого-либо стандарта.

• Номинальное напряжение U0/U: 3.6/6 kV; U0: 3.6 kV; 1.73 U0 (измерение ЧР / PD): 6.2 kV; 2 U0 (предварительная выдержка 10 s): 7.2 kV
• Номинальное напряжение U0/U: 6/10 kV; U0: 6 kV; 1.73 U0 (измерение ЧР / PD): 10.4 kV; 2 U0 (предварительная выдержка 10 s): 12 kV
• Номинальное напряжение U0/U: 8.7/15 kV; U0: 8.7 kV; 1.73 U0 (измерение ЧР / PD): 15.1 kV; 2 U0 (предварительная выдержка 10 s): 17.4 kV
• Номинальное напряжение U0/U: 12/20 kV; U0: 12 kV; 1.73 U0 (измерение ЧР / PD): 20.8 kV; 2 U0 (предварительная выдержка 10 s): 24 kV
• Номинальное напряжение U0/U: 18/30 kV; U0: 18 kV; 1.73 U0 (измерение ЧР / PD): 31.1 kV; 2 U0 (предварительная выдержка 10 s): 36 kV

Напряжение измерения ЧР (PD) на уровне 1.73 U0, рассчитанное от U0: 6.2 kV для 3.6/6 kV, 10.4 kV для 6/10 kV, 15.1 kV для 8.7/15 kV, 20.8 kV для 12/20 kV и 31.1 kV для 18/30 kV. Это арифметический пересчёт, а не нормативные табличные значения; фактическое испытательное напряжение задаётся профильным стандартом и условиями заказа.

Испытательное напряжение ЧР (PD) на уровне 1.73 U0 по классам напряжения (текстовая версия)

• 3.6/6 kV: 1.73 U0 = 6.2 kV (расчётное)
• 6/10 kV: 1.73 U0 = 10.4 kV (расчётное)
• 8.7/15 kV: 1.73 U0 = 15.1 kV (расчётное)
• 12/20 kV: 1.73 U0 = 20.8 kV (расчётное)
• 18/30 kV: 1.73 U0 = 31.1 kV (расчётное)

Не путайте напряжение измерения ЧР (PD) с испытательным напряжением переменного тока (AC) на электрическую прочность. В нашем пример поставки экскаваторного кабеля 12/20 kV приведено испытание переменным напряжением (AC) 29 kV в течение 5 минут без пробоя. Такое испытание повышенным напряжением подтверждает электрическую прочность изоляции, но не является напряжением, при котором измерялся уровень ЧР (PD).

Чувствительность и фоновый шум: строка протокола, которую упускают покупатели

Заявленная чувствительность — это наименьший разряд, который способна зарегистрировать измерительная схема. Запись «ЧР не обнаружены» при чувствительности 50 pC и те же слова при чувствительности 5 pC означают совершенно разный результат.

Стандарт IEC 60502-2 включает это условие непосредственно в критерий приёмки. Согласно пункту о приёмо-сдаточных испытаниях редакции 2005 года, чувствительность «должна быть 10 pC или лучше». Кабель считается выдержавшим испытание при «отсутствии регистрируемых разрядов от испытуемого объекта, превышающих заявленную чувствительность при напряжении 1,73 U0». Для типовых испытаний требуется чувствительность 5 pC или лучше. Именно поэтому методика ограничивает порог чувствительности сверху: испытание с более грубой чувствительностью не выполняет критерий стандарта, даже если прибор не зафиксировал ЧР.

В редакции IEC 60885-3 2015 года подход к оценке чувствительности был ужесточён. Из стандарта исключили прежнее определение чувствительности «как удвоенного уровня фонового шума», заменив его «практической оценкой чувствительности на основе минимального обнаруживаемого уровня разряда». Кроме того, высота импульсов в миллиметрах на экране осциллографа была заменена величиной кажущегося заряда ЧР в pC.

Перед началом измерений калибратор вводит эталонный импульс известного заряда на конце кабеля, чтобы отградуировать показания детектора в pC. На нашем детекторе ЧР переключатель калибровочного заряда рассчитан на диапазон от 2 до 400 pC при ёмкости связи Cq = 100 pF. В протоколе должны указываться использованный калибровочный заряд, уровень фонового шума и результирующая чувствительность.

Панель нашего детектора ЧР (PD) с переключателем калибровочного заряда в pC (от 2 до 400 pC, Cq = 100 pF). Показания приборов размыты, а логотип производителя оборудования кадрирован. Фото: TEBAOFLEX.

Доля активности ЧР (PD), пропускаемой по сравнению с испытанием при подтверждённой чувствительности от 5 до 10 pC: около 60% для испытания, не обнаруживающего разряды до 50 pC, и свыше 80% при чувствительности 100 pC. По данным базы более чем из 250,000 полевых испытаний ЧР на кабельных линиях от 5 до 500 kV. Трое из пяти авторов статьи — сотрудники диагностической компании IMCORP; статистика относится к электросетевым кабельным линиям, а не к шахтным кабелям.

Доля пропущенной активности ЧР (PD) при грубой чувствительности измерений (текстовая версия)

• Подтверждённая чувствительность от 5 до 10 pC: Базовый уровень для сравнения, а не универсальная норма для шахтных кабелей.
• Чувствительность 50 pC: Около 60% активности ЧР (PD) может быть пропущено относительно базового уровня.
• Чувствительность 100 pC: Свыше 80% активности ЧР (PD) может быть пропущено относительно базового уровня.

Та же база данных охватывает 17 стран и 49 штатов США. В ней калиброванная чувствительность от 5 до 10 pC достигалась «более чем в 95% случаев». Если такой уровень достижим в полевых условиях, то в протоколе заводских испытаний ЧР (PD) тем более должна быть явно указана фактическая чувствительность.

Как читать протокол испытаний на частичные разряды (PD): построчный разбор

Проверяйте десять обязательных полей в каждом протоколе ЧР (PD). Если в документе отсутствуют испытательное напряжение, чувствительность или результаты по каждой жиле, запросите эти данные до приёмки барабана.

1. Марка кабеля и длина: маркаразмер, номер барабана и испытанная строительная длина.
2. Стандарт и пункт: нормативный документ и конкретный пункт методики испытаний.
3. Номинальное напряжение: величина U0/U для проверки правильности расчёта испытательного напряжения.
4. Ступени напряжения: напряжение и время предварительной выдержки, затем напряжение измерения ЧР.
5. Калибровочный заряд: эталонный заряд, введённый в схему перед началом испытания.
6. Фоновый шум и чувствительность: уровень фоновых помех и заявленная чувствительность в pC.
7. Результат по каждой жиле: уровень ЧР (PD) в pC при указанном напряжении отдельно для каждой жилы.
8. PDIV и PDEV: напряжение возникновения (PDIV) и напряжение погасания (PDEV) частичных разрядов, если они входят в протокол.
9. Диаграмма или локализация: фазоразрешённая диаграмма ЧР (PRPD) или координата места разряда, если они регистрируются.
10. Реквизиты испытания: схема испытаний, условия окружающей среды, подписи ответственных лиц и отметка инспектора.

Ниже приведена строка испытания на ЧР (PD) из протокола заводских приёмочных испытаний (FAT) по нашему заказу на кабель 12/20 kV для экскаватора в Польше. Испытывался наш кабель гибком кабеле среднего напряжения (N)TSCGECEWÖU сечением 3×35+3×25/3 (текст ячеек переведён в печатный вид). Требование составляло не более 10 pC — это норма конкретного заказа, а не универсальный предел. Измеренный результат составил 2.0 с отметкой о соответствии, а в графе метода указана резонансная испытательная установка последовательного типа для измерения ЧР (PD).

Строка ЧР (PD) из нашего протокола FAT для кабеля (N)TSCGECEWÖU 12/20 kV: норма — 10 pC или менее (установлена заказом); метод — резонансная испытательная установка последовательного типа для измерения ЧР; результат — 2.0; заключение — годен. Позиции от A до E присутствуют в протоколе. Позиции от F до J в строке отсутствуют: испытательное напряжение, заряд калибратора, уровень шума и чувствительность, испытанная жила и номер барабана, а также PDIV, PDEV или диаграмма PRPD.

Строка испытания на ЧР (PD) из нашего протокола FAT кабеля 12/20 kV с пояснениями (текстовая версия)

• A — В протоколе есть: Наименование проверки: указан только вид испытания.
• B — В протоколе есть: Норма: предел по заказу без указания испытательного напряжения.
• C — В протоколе есть: Метод: названа испытательная система, но не ступени напряжения.
• D — В протоколе есть: Результат: значение 2.0 без единицы измерения в ячейке (подразумевается pC).
• E — В протоколе есть: Заключение: отметка «годен», для полноценной проверки которой необходимы данные пунктов от F до J.
• F — Нет в протоколе: Испытательное напряжение, например 1.73 U0 ≈ 20.8 kV (расчётное) для кабеля 12/20 kV.
• G — Нет в протоколе: Заряд калибратора, введённый перед измерением.
• H — Нет в протоколе: Уровень фонового шума и заявленная чувствительность в pC.
• I — Нет в протоколе: Идентификация испытанной жилы и барабана (в заказе поставлялись длины 500 m и 480 m).
• J — Нет в протоколе: Значения PDIV и PDEV либо фазоразрешённая диаграмма PRPD, если они измерялись.

То, что не попало в эту строку, не менее важно. В ней не указаны испытательное напряжение, калибровочный заряд, уровень фонового шума и чувствительность. Не уточнено, какая именно жила и какой барабан измерялись, хотя заказ включал две длины — 500 m и 480 m. Мы открыто разбираем собственный протокол, потому что именно эти недостающие графы покупатель должен заранее прописать в условиях заказа.

Где возникают частичные разряды (PD) в гибких резиновых шахтных кабелях

В гибких шахтных кабелях и кабелях для кабельных барабанов наиболее вероятными очагами ЧР (PD) являются границы раздела экранов и концевые разделки. Многократные изгибы, сдавливание и изгиб на холоде могут создавать новые дефектные зоны уже после выхода кабеля с завода.

Экраны по гибким токопроводящим жилам. Экран по жиле и экран по изоляции должны сохранять плотный контакт с изоляцией EPR при изгибах кабеля. Любое отслоение на этих границах раздела становится местом зарождения разрядов. В нашем руководстве по полупроводящим и металлическим экранам подробно описана конструкция этих слоёв.

Намотка на барабан, волочение и зоны защемления. Кабели на кабельных барабанах роторных экскаваторов испытывают многократные изгибы под растягивающей нагрузкой. Гибкие шахтные кабели экскаваторов и драглайнов подвергаются волочению по грунту, наездам техники и защемлениям. Сдавливание способно вызвать отслоение экрана или деформацию изоляции. Заводской протокол ЧР (PD) не может отразить механические повреждения, полученные после поставки.

Кабельный барабан на отвалообразователе (spreader) 761 в немецком открытом угольном разрезе с проложенным по грунту красным силовым кабелем. Каждый метр кабеля на барабане подвергается изгибу и выпрямлению при передвижении машины. Фото: Smokeyharry, CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons, кадрировано и масштабировано.

Концевые разделки и муфты. В месте концевой разделки кабеля полупроводящий экран должен быть ровно срезан с соблюдением безопасного изоляционного расстояния до токоведущих частей. В выпущенном в Квинсленде бюллетене по безопасности на шахтах № 329 (август 2016 г.) описаны две аварии. На открытом угольном разрезе кабели на 6,600 V с наружным полупроводящим экраном по изоляции касались открытых клемм, что привело к междуфазному короткому замыканию и дуговому взрыву, сорвавшему дверь шкафа с петель. В другом случае на разъединителе 11,000 V полупроводящий слой оставили в контакте с кабельными наконечниками.

В бюллетене отмечается, что заземлённые полупроводящие экраны вблизи концевых разделок помогают «предотвратить ионизацию и частичные разряды (PD)». Документ рекомендует электротехническому персоналу учитывать электропроводность этих слоёв и строго выдерживать пути утечки и воздушные зазоры. Хотя бюллетень посвящён культуре монтажа, а не испытаниям на ЧР, он наглядно объясняет, почему полевые измерения ЧР проверяют не только сам кабель, но и качество выполнения концевых разделок.

Заводские и полевые испытания: почему цифры различаются

Заводское испытание измеряет одну строительную длину на барабане, концы которой помещены в лабораторные концевые муфты внутри экранированного зала. Полевое испытание проверяет смонтированную линию целиком — вместе с концевыми разделками, штепсельными соединителями и ремонтными муфтами — в условиях сильных промышленных электромагнитных помех. Более высокое показание на объекте само по себе ещё не означает дефект самого кабеля.

На нашем заводе, когда заказ предусматривает испытание на ЧР (PD), барабан испытывается в экранированном металлом испытательном зале. На фотографии ниже конец жилы заведён в жидкостную испытательную концевую муфту. Такие муфты применяются для того, чтобы на разделанных концах не возникало коронирование, маскирующее состояние самого кабеля.

Красный гибкий кабель среднего напряжения (MV) на барабане во время заводского испытания на ЧР (PD) в нашем экранированном испытательном зале. Конец одной жилы установлен в жидкостную испытательную муфту; справа находится высоковольтная испытательная установка. Фото: TEBAOFLEX.

Эксплуатационная статистика показывает, где именно происходят отказы смонтированных линий. В технической брошюре CIGRE Technical Brochure (TB) 815 обобщены данные по подземным кабельным линиям на напряжение 60 kV и выше за период с 2006 по 2015 год. Из 744 повреждений 56% пришлись на сам кабель, 16% — на соединительные муфты, 18% — на концевые муфты и 9% — на прочие элементы.

Оценка CDFI для североамериканских сетей среднего напряжения (MV), основанная на опросах энергокомпаний за 2006 и 2007 годы, относит 56.2% отказов на сам кабель, 37.1% — на соединительные муфты и 5.6% — на концевые разделки. Оба исследования относятся к энергетике, а не к горнодобывающей отрасли, но указывают на одну и ту же закономерность: на кабельную арматуру приходится треть и более всех отказов.

Доля отказов кабельных линий по компонентам. CIGRE TB 815 (744 повреждения подземных кабелей 60 kV и выше за 2006–2015 гг.): кабель — 56%, соединительные муфты — 16%, концевые муфты — 18%, прочее — 9%. Оценка CDFI для сетей среднего напряжения (MV) Северной Америки (опросы энергокомпаний за 2006–2007 гг.): кабель — 56.2%, соединительные муфты — 37.1%, концевые муфты — 5.6%, не установлено — 1.1%. Ни одна из выборок не относится к шахтным кабелям.

Распределение отказов по элементам кабельной системы (текстовая версия)

• Кабель: Обзор подземных линий HV CIGRE: 56%; оценка CDFI для сетей MV Северной Америки: 56.2%.
• Соединительные муфты / сростки: CIGRE: 16%; CDFI: 37.1%.
• Концевые муфты: CIGRE: 18%; CDFI: 5.6%.
• Прочее / не установлено: CIGRE: 9%; CDFI: 1.1%. Сумма долей CIGRE в оригинальной публикации составляет 99%.

Новые кабельные линии демонстрируют ту же картину. В докладе CIGRE-USNC сообщается, что 37.1% вновь вводимых кабельных систем на напряжение от 5 до 500 kV не прошли полевые испытания на ЧР (PD) с чувствительностью заводского уровня (это значение 37.1% не связано с приведённой выше долей отказов муфт 37.1% по данным CDFI). По отдельным элементам проверку не прошли 3.0% концевых муфт, 4.4% соединительных муфт и 1.6% кабельных длин. В таблице I доклада также приведены критерии для арматуры: отсутствие ЧР выше 5 pC при напряжении до 1.5 U0 для концевых муфт по IEEE 48 и соединительных муфт по IEEE 404, а также до 1.3 U0 для разъёмных соединителей (адаптеров) по IEEE 386.

Второе важное отличие — уровень помех. Экскаваторы, драглайны и роторные комплексы оснащены мощными частотно-регулируемыми приводами, коммутация которых создаёт высокочастотные помехи, способные восприниматься детектором ЧР (PD) как ложные разряды. В нашей статье о помехах ЧРП (VFD) на шахтных электроприводах подробно разобрана природа этих наводок.

Для испытаний на объекте стандарт IEEE 400.3-2022 служит руководством по «полевой диагностике частичных разрядов экранированных силовых кабельных систем», охватывающим кабель, соединительные и концевые муфты. Он не устанавливает жёстких браковочных норм «годен/не годен», поэтому критерий приёмки при полевых испытаниях также необходимо согласовывать заранее.

Что включить в заказ на поставку

Укажите стандарт и конкретный пункт методики, допустимый уровень в pC при заданном напряжении, максимально допустимый порог чувствительности, а также перечень испытываемых жил и барабанов. Тогда результат измерения ЧР (PD) можно будет однозначно проверить по документам.

1. Стандарт и пункт. Укажите базовый стандарт на кабель и его пункт по ЧР (PD). Если методика заимствуется из IEC 60502-2, прямо зафиксируйте её как согласованный метод испытаний.
2. Предел и испытательное напряжение. Например: «≤ X pC при 1.73 U0 после выдержки при 2 U0 в течение 10 s». Величина X выбирается покупателем; мы не предлагаем универсального числа.
3. Чувствительность. Заявленная чувствительность должна быть не грубее установленного предела ЧР и проверяться введением импульса калибратора до и после измерения.
4. Объём контроля. Каждая жила каждого барабана с привязкой к индивидуальному номеру барабана.
5. Поля протокола. Десять контрольных граф из раздела о проверке протокола с указанием фактических измеренных величин, а не только отметок «годен».
6. Очное освидетельствование. Право присутствия инспектора заказчика и срок уведомления в соответствии с нашим руководством по испытаниям шахтных кабелей.
7. Базовый замер на объекте. Снятие базового уровня ЧР (PD) после монтажа и повторные измерения после установки муфт или ремонта для отслеживания динамики относительно исходного состояния.

Часто задаваемые вопросы

Какой уровень в pC считается допустимым для шахтного кабеля среднего напряжения (MV)?

Допустимый уровень зависит от применимого стандарта и условий заказа. Открытый текст 2009 года, ныне включённый в каталог Китая как KA/T 818.6 (ранее MT/T 818.6), устанавливает не более 20 pC при 1.73 U0 для передвижных гибких экранированных кабелей с контролем в угольных шахтах на напряжение до 8.7/10 kV. Открытый текст приёмосдаточных испытаний IEC 60502-2 2005 года, не распространяющийся на шахтные кабели, требует отсутствия обнаруживаемого разряда выше заявленной чувствительности 10 pC или лучше. Рассматривайте эти значения как примеры, а не универсальные нормы, и всегда указывайте испытательное напряжение вместе с величиной в pC.

Какое испытательное напряжение применяется при испытании кабеля на частичные разряды (PD)?

В открыто цитируемом приёмосдаточном испытании IEC 60502-2 2005 года напряжение выдерживают на уровне 2 U0 в течение 10 s, а затем плавно снижают до 1.73 U0, где измеряют уровень частичных разрядов (PD). Стандарт KA/T 818.6 также предписывает измерение при 1.73 U0. Для кабеля 12/20 kV величина U0 составляет 12 kV, поэтому 1.73 U0 равно примерно 20.8 kV, а 2 U0 — 24 kV. Эти значения рассчитываются исходя из U0.

Что означают PDIV и PDEV?

Напряжение возникновения частичных разрядов (PDIV) — это напряжение, при котором частичные разряды впервые появляются при подъёме испытательного напряжения. Напряжение погасания частичных разрядов (PDEV) — это напряжение, при котором они прекращаются при снижении напряжения. Обычно PDEV ниже. Стандарт ICEA S-75-381 / NEMA WC 58 использует таблицу напряжений погасания для шахтных силовых кабелей, поэтому точные значения и требуемую чувствительность испытаний следует сверять по тексту стандарта.

Обязательно ли испытание на частичные разряды (PD) для гибких шахтных кабелей?

Это зависит от стандарта на кабель и юрисдикции. Открытый текст 2009 года, ныне числящийся как KA/T 818.6 (под прежним номером MT/T), включает испытание на частичные разряды (PD) в перечень типовых и приёмосдаточных испытаний для охватываемых им передвижных гибких кабелей с металлическим экраном и жилами контроля. Для других стандартов проверяйте действующую редакцию, после чего явно прописывайте испытание на PD, напряжение и чувствительность в заказе.

Почему результат измерения ЧР (PD) на объекте выше заводского показателя?

Полевое испытание охватывает всю смонтированную систему: концевые и соединительные муфты, штепсельные соединители и сам кабель. Кроме того, оно проводится вблизи приводов и распределительных устройств, создающих помехи, а кабель мог получить повреждения при транспортировке, прокладке или эксплуатации. Повышенное показание на объекте указывает, где искать причину, но само по себе не доказывает дефект тела кабеля. Руководством по планированию полевых испытаний на ЧР (PD) служит стандарт IEEE 400.3.

Запросить кабели среднего напряжения (MV) с испытанием на ЧР (PD)

Для запроса направьте нашей инженерной группе тип и номинальное напряжение кабеля, применимый стандарт, а также норму частичных разрядов (PD) с указанием испытательного напряжения и чувствительности. Уточните, какие жилы и барабаны подлежат испытанию, требуемый формат протокола и планы освидетельствования или базовых замеров на площадке. Используйте нашу страницу контактов для запроса кабелей с испытанием на ЧР (PD). На странице кабель среднего напряжения (MV) для кабельных барабанов, гибким шахтным кабелям и более широкий ассортимент ассортименте для горнодобывающей промышленности и тоннелестроения могут быть специфицированы таким образом.

Об авторе

Jyen — инженер по технической поддержке и эксплуатации в компании TEBAOFLEX, отвечающий за онлайн-платформы компании. Настоящее руководство опирается на каталожные записи IEC и текст IEC 60502-2:2005, китайский стандарт KA/T 818.6, оглавление NEMA WC 58 и страницы стандартов IEEE. Также использованы отчёты CIGRE и Министерства энергетики США (US Department of Energy), бюллетень по безопасности горных работ Квинсленда, а также собственный протокол заводских приёмочных испытаний (FAT), фотографии и страницы проектов TEBAOFLEX. Требования, цитируемые из документов органов стандартизации и регуляторов, описывают область их применения и не означают сертификацию или одобрение нашей продукции.

Фото на обложке: "Dragline excavator Shovel 6, Collie, April 2022 05", автор Calistemon, CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons, кадрировано, вывески и заводские маркировки пикселизированы.