Выход из строя концевой кабельной муфты в РУ-35кВ

Независимая экспертиза.

Суть проблемы

На ПС после просадки напряжения в сети до величины Ua = 5,2 кВ, Ub = 5,1 кВ, Uc =
5,1 кВ произошло полное отключение энергоснабжения.
В данном случае при возникновении КЗ на КТПН 1ТРМ, которое являлось трехфазным (МТО сработала на всех трех фазах), произошел рост тока по фидеру яч. 21 ПС 35 кВ ЦПС. Следует отметить, что КЗ (в промежутке времени, исчисляемом микросекундами) в результате попадания животного не могло произойти мгновенно, животное могло не сразу замкнуть все три фазы, в результате чего в определенный момент могло наблюдаться двухфазное КЗ.
С учетом указанного обстоятельства в точке КЗ имели место импульсы напряжения возникшей электрической дуги, которые обычно не видны на графиках имеющихся измерительных систем ввиду наличия в них усреднения по временной шкале. Данные импульсы напряжения можно выявить только с помощью дополнительных высокоточных систем измерения, отображающих графики тока и напряжения в виде осциллограммы.
Импульс напряжения, возникший при данном КЗ, оказал влияние на все питающие фидеры, в том числе на яч. 26 на ПС 35 кВ ЦПС, ускорив пробой фазы С кабельной муфты данной ячейки. Следует также учитывать дополнительное влияние коммутационных перенапряжений при отключении КЗ выключателем.
Цепочка указанных событий в итоге привела к возникновению однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), характерного для сетей с изолированной нейтралью, в яч. 26 на ПС 35 кВ ЦПС, что привело к различной степени выгорания жил концевой муфты трехфазного кабеля данной ячейки.
Ввиду того, что произошло наиболее сильное выгорание фазы С концевой муфты (см. рисунок) выдвигается гипотеза, что имело место локальное разрушение термоусаживаемой трубки фазы С муфты, появление токов утечки, нарастание тока при влиянии удаленного КЗ и перекрытии экрана кабеля, присоединенного к заземляющему контуру и формирование устойчивого тока замыкания на землю, а также развитие междуфазного замыкания, в результате чего оказались повреждены и две другие фазы (В и А) данной муфты.

---

Поставленные на экспертизу вопросы

1. Определить причины, факторы и обстоятельства в прошлом, повлекшие к замыканию в сети и выходу из строя кабельной муфты 10ПКВТпБЛН в ячейке № 26 РУ 35 кВ ПС 35 кВ ЦПС.
2. Установить, вследствие чего возникли данные причины, факторы и обстоятельства: заводской брак/ некачественный монтаж/ условия эксплуатации/ некачественная электрическая энергия/ действие непреодолимых сил или иное.
3. Установить и указать в настоящем на ответственных лиц с юридической точки зрения, если такие имеются, за выход из строя представленных на исследование объектов.

---

Методы исследования

Аналитический, документальный, органолептический, фотографический, инструментальный.

---

Процесс исследования

Рассматриваемая трехфазная муфта была демонтирована и отправлена на экспертизу для выяснения причин повреждения. ⬇

Общий вид демонтированной муфты

В связи с тем, что наиболее частой причиной выхода из строя кабельных муфт по статистике являются дефекты их монтажа, необходимо проверить эту причину в данном случае. В рамках исследования было произведено вскрытие демонтированного образца муфты (см. рисунок) с целью проверки качества монтажа данной муфты.
При вскрытии образца проверялось выполнение пунктов монтажной инструкции, которая была предоставлена в материалах для исследования вместе с паспортом муфты, имеющим штамп контроля производителя.
Вскрытие образца показало следующее:
1. Согласно инструкции (п. 1) минимальная длина провода заземления должна быть 1600 мм,  по факту 1000 мм. ⬇

Замер длины провода заземления

2. Согласно инструкции (п. 3) проволоки экрана должны быть равномерно разложены вдоль каждой жилы. По факту наблюдается неравномерное распределение проволок. ⬇

Неравномерное распределение проволок экрана вдоль жил

Также отсутствует подмотка изолентой проволок экрана согласно инструкции. ⬇  Эти нарушения приводит к увеличению воздушных зазоров внутри муфты и увеличению неравномерности электрического поля внутри муфты.

Отсутствие подмотки проволок экрана изолентой

3. Согласно инструкции (п. 5) на трехфазной муфте должна иметься перчатка. На данном образце перчатка отсутствовала, однако возможно ее остатки присутствуют в пакете, переданном на исследование вместе с образцом. ⬇  

Остаточные элементы наружного термоусаживаемого покрова муфты

4. Согласно инструкции (п. 6) длина жилы должна быть 800 мм, по факту наблюдается длина 600 мм. ⬇  

Замер длины жилы

Электропроводящая бумага обрезана после места отгиба проволок экрана, при этом согласно инструкции (п. 6) она должна быть обрезана до отгиба проволок экрана. ⬇

Неправильный срез электропроводящей бумаги

Проводящий слой срезан неравномерно по жилам кабеля:
по одной жиле он не доходит до отгиба проволок экрана на 50 мм, а по другой на 60 мм, при этом допустимое расстояние по инструкции (п. 6) составляет 40 мм. ⬇

Неравномерный срез проводящего слоя

Также имеются неравномерности на поверхности изоляции после снятия проводящего слоя. ⬇  

Неравномерности на поверхности изоляции (1) и воздушный зазор (2)

Все указанные нарушения способствуют увеличению неравномерности электрического поля внутри муфты и нарастанию интенсивности частичных разрядов.
5. Согласно инструкции (п. 8) на жилу кабеля не доходя 5 мм до проволок экрана должна быть надета трубка регулятор, по факту трубка регулятор была надета до перчатки кабеля и заходила на проволоки экрана. Также должен отсутствовать воздушный зазор между изоляцией жилы и наконечником. ⬇

Неправильное расположение трубки-регулятора

6. Согласно инструкции (п. 9) необходимо выполнить подмотку герметиком основания между проволочным экраном и трубкой регулятором, по факту герметик отсутствует. ⬇

Отсутствие подмотки лентой герметика

7. В инструкции не указано о необходимости нанесения герметика на конце жилы кабеля и на болтовом наконечнике. ⬇

Излишнее нанесение герметика

В результате вскрытия образца кабельной муфты 10ПКВТпБЛН в ячейке 26 РУ 35 кВ ПС 35 кВ ЦПС установлены несоответствия с п. 1, 3, 5, 6, 8 и 9 монтажной инструкции.
Таким образом, при вскрытии образца исследуемой кабельной муфты выявлена неквалифицированная установка кабельной муфты – пустоты, недостаточная обработка поверхностей элементов, разрезы, неровности на поверхностях элементов муфт, надломы изоляции жил, недостатки и пропуски в наложении элементов, в их присоединении друг к другу, воздушные зазоры внутри муфты.
На основе представленной выше информации можно заключить, что основная причина выхода из строя кабельной муфты – деградация ее изоляции под воздействием частичных разрядов в условиях неоднородности электрического поля внутри муфт вследствие некачественного монтажа и дальнейшего возникновения частичных разрядов и развития электрических триингов.
Увеличение интенсивности частичных разрядов привело к пробою изоляции и нарастанию тока утечки, который быстро возрос до устойчивого значения тока замыкания на землю ввиду наличия в основании муфты проволочного экрана кабеля, соединенного с заземлением. Дополнительным фактором, послужившим нарастанию тока утечки и его переходу в ток ОЗЗ послужило удаленное КЗ, вызвавшее снижение напряжения на шинах 10 кВ ПС 35 кВ ЦПС и увеличение тока нагрузки на всех фидерах системы электроснабжения, в том числе на фидере яч. 26 ПС 35 кВ ЦПС.

---

Результаты исследования

ОТВЕТЫ НА ПОСТАВЛЕННЫЕ ВОПРОСЫ
На основании проведенного исследования можно дать следующие ответы на поставленные вопросы:
Вопрос №1: «Определить причины, факторы и обстоятельства в прошлом, повлекшие к замыканию в сети и выходу из строя кабельной муфты 10ПКВТпБЛН в ячейке № 26 РУ 35 кВ ПС 35 кВ ЦПС»
Ответ на вопрос №1: «Кабельная муфта 10ПКВТпБЛН в ячейке 26 РУ 35 кВ ПС 35 кВ ЦПС вышла из строя в результате однофазного замыкания на землю, развитие которого ускорилось вследствие возникновения и отключения короткого замыкания в системе электроснабжения на КТПН 1ТРМ, что вызвало импульсы напряжения, способствовавшие пробою деградированной изоляции муфты».

Вопрос №2: «Установить, вследствие чего возникли данные причины, факторы и обстоятельства: заводской брак/ некачественный монтаж/ условия эксплуатации/ некачественная электрическая энергия/ действие непреодолимых сил или иное».
Ответ на вопрос №2: «Исследование показало, что основной причиной выхода из строя кабельной муфты 10ПКВТпБЛН в ячейке 26 РУ 35 кВ ПС 35 кВ ЦПС является некачественный монтаж данной муфты, поскольку в лабораторных условиях установлены несоответствия с п. 1, 3, 5, 6, 8 и 9 инструкции по монтажу. Наряду с предшествующим коротким замыканием в системе электроснабжения (действие непреодолимых сил) некачественный монтаж в конечном итоге привел к однофазному замыканию на землю, ток которого и вызвал выгорание муфты».

Вопрос №3: «Установить и указать в настоящем на ответственных лиц с юридической точки зрения, если такие имеются, за выход из строя представленных на исследование объектов».
Ответ на вопрос №3: «За некачественный монтаж кабельной муфты 10ПКВТпБЛН в ячейке 26 РУ 35 кВ ПС 35 кВ ЦПС должна нести ответственность организация, непосредственно осуществлявшая монтаж данной муфты в соответствии с прилагаемой инструкцией».

---

Эксперты
Иванченко В.И., Маслов А.Ю., Шерстобитов Ю.В., Эрбес В.В.