Уязвимая часть СПЭ — его наружная оболочка. При ее повреждении кабель не моментально выходит из строя, но его ресурс постепенно уменьшается. Такой вид повреждений встречается чаще всего.

Кабели с бумажной изоляцией испытывают постоянным током, но с СПЭ такой подход недопустим. При испытании постоянным током в изоляции кабеля накапливается статический заряд, это ведет к разрушению изоляции, а далее кабель выходит из строя. 

Поэтому чаще всего СПЭ испытывают переменным током с повышенным напряжением и сверхнизкой частотой.

Нет единых норм испытания. У каждого производителя собственная инструкция по испытанию кабеля из сшитого полиэтилена, утвержденная на производстве.  

Накопление объемного заряда в изоляции из сшитого полиэтилена

СПЭ изоляция в своем объеме содержит молекул воды. При  подаче напряжения на кабель эти молекулы склонны к поляризации. 

Наличие микровключений воды — следствие принципов технологии производства и исключить этого нельзя (масло с 0% жирности перестает быть маслом.)

Поляризация молекул приводит к образованию «микроконденсаторов» в массиве изоляции. Когда внешнее электрическое поле исчезает (убрали напряжение), поляризация сохраняется.

На кабели из сшитого полиэтилена, которые работают на переменном токе промышленной частоты (чистая синусоида, 50 Гц), этот эффект не влияет. За время полупериода степень поляризации не успеет достигнуть существенных значений, а постоянная смена направления вектора электрического поля (полярности приложенного к кабелю напряжения) препятствует накоплению объемного заряда.

Амплитуда и частота испытательного напряжения для СПЭ кабелей

Для испытания кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена необходимо переменное напряжение, строго симметричной формы.

Производители кабелей нормируют амплитуду, частоту и длительность испытательного напряжения, применяемого к кабелю. Для оценки состояния изоляции кабеля важны параметры dU/dT и количество изменений направления вектора электрического поля, которые только косвенно отражаются через значение частоты напряжения и длительности испытания кабеля.

Понятно, что чем выше частота испытательного напряжения, тем больше требуемая выходная мощность испытательной установки (при той же длине). А чем ниже номинальная частота, тем больше времени потребуется на испытание кабеля (для обеспечения требуемого количества переходов через «0»).

Наилучшим вариантом было бы испытание на частоте 50 Гц, но стоимость (да и габариты) требуемых установок достаточно высокая.

Принятые нормы испытания кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена

К началу 90-х годов общепринятые нормы и правила эксплуатации кабелей из сшитого полиэтилена устоялись. Элементная база испытательных приборов, которая появилась к тому моменту,  позволила установить баланс между стоимостью, массой и габаритами испытательных установок. Вместе с тем единого стандарта ни в Европе, ни, соответственно, в России до сих пор нет. Опыт европейских коллег очень ценный, он дает возможность структурировать информацию, касающуюся вопросов прокладки, диагностики и обслуживания кабельных линий.

Виды повреждений кабелей, имеющих СПЭ-изоляцию

Выделяются четыре типа повреждений:

• внешние повреждения изоляции, которые возникают в результате нарушения технологии прокладки. Такие повреждения составляют 70% общего количества регистрируемых повреждений кабелей;
• внутренние повреждения изоляции, как результат несоблюдения правил эксплуатации (испытанием постоянным напряжением) и естественного устаревания;
• повреждения защитного экрана кабеля;
• разнотипные повреждения кабельных жил.

Повреждения кабеля из сшитого полиэтилена

Испытания силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена напряжением постоянного тока приводит к образованию объемного заряда на микровключениях молекул воды.  Разрядка данного заряда при снятии с кабеля остаточного заряда путем заземления не происходит, потому что снизу и сверху данного «конденсатора» находится сшитый полиэтилен (диэлектрик).

Дальнейшая подача рабочего напряжения приводит к суммированию напряженностей электрополей и может вызвать локальное превышение предела прочности изоляции. Образуются  электрические «древовидные» структуры (водные триинги). Изоляция повреждается, а наличие частичных разрядов в слабых местах изоляции приводит к развитию триингов.

Их разрастанию также способствует действие электрополя, имеющаяся вода, механические дефекты. Все эти факторы вместе с возникшими водяными деревьями приводят к пробою, который возникает в месте основного скопления данных водяных деревьев.

Водные триинги в изоляции СПЭ кабелей

Постоянно изменяющаяся полярность заряда компенсирует накапливающиеся заряды  и происходит их разрядка. Эффективно испытание СПЭ кабелей установкой СНЧ (напряжением сверхнизкой частоты) — можно достичь максимальной скорости развития пробоя и выявить имеющиеся дефекты в течение испытания. Форма выходного напряжения должна быть симметричной – это важно.

В цикле есть положительная и отрицательная половина, они не идентичны, так как вида сигнала зависит от величины нагрузки. Именно из-за этого и накапливается постоянная составляющая, что приводит к образованию объемного заряда. Этого не произойдет, если форма синусоиды испытательного напряжения является полностью симметричной.