вода

Вода как фактор воздействия на кабельные линии и электротехническую продукцию

Вода, в различных агрегатных состояниях и формах проявления, является одним из наиболее значимых дестабилизирующих факторов для кабельно-проводниковой продукции и электротехнического оборудования. Ее воздействие носит комплексный характер, приводя к ускоренному старению материалов, снижению электрической прочности, коррозии токопроводящих элементов и, как следствие, к отказам, авариям и сокращению срока службы. Проникновение влаги в структуру изоляции является ключевым процессом, определяющим долговечность кабеля в неидеальных условиях.

Физико-химические механизмы воздействия воды на изоляционные материалы

Воздействие влаги на полимерные и бумажно-масляные изоляции происходит по нескольким взаимосвязанным направлениям.

Гидролитическая деструкция

Многие полимеры, в частности поливинилхлорид (ПВХ) и полиэтилен (ПЭ), в присутствии воды подвергаются реакции гидролиза. Этот процесс ускоряется при повышенных температурах, которые возникают при перегрузке кабеля. Гидролиз приводит к разрыву молекулярных цепей, потере пластификаторов (в случае ПВХ) и, как результат, к увеличению хрупкости изоляции, растрескиванию и потере диэлектрических свойств.

Формирование водных древовидных структур (водные триинги)

В электрическом поле высокой напряженности влага, диффундировавшая в микротрещины или включения в изоляции, образует древовидные каналы – триинги. Эти каналы, заполненные водой, обладают высокой проводимостью и постепенно прорастают через толщу изоляции, создавая проводящие мостики между проводником и землей. Это явление – одна из основных причин пробоя силовых кабелей среднего и высокого напряжения с полимерной изоляцией, длительное время работавших во влажной среде.

Снижение объемного и поверхностного сопротивления

Вода, особенно с растворенными солями (электролитами), является проводником. Адсорбция влаги на поверхности изоляции резко снижает ее поверхностное сопротивление, способствуя возникновению токов утечки и поверхностных перекрытий. Проникновение влаги в объем материала снижает его объемное удельное сопротивление, увеличивая диэлектрические потери (tg δ) и вызывая нагрев изоляции.

Коррозия металлических элементов

Вода вызывает коррозию медных и алюминиевых жил, экранов и бронепокровов. Электрохимическая коррозия усиливается в присутствии кислорода и различных химических агентов, содержащихся в почве или воде. Коррозия приводит к увеличению переходного сопротивления, локальному перегреву, уменьшению сечения проводника и его механическому разрушению. Особенно опасна межкристаллитная коррозия алюминия.

Классификация кабелей по стойкости к воздействию воды и условиям эксплуатации

Кабельная продукция проектируется с учетом конкретных условий эксплуатации. Степень защиты от влаги регламентируется конструкцией и маркировкой.

Конструктивные методы защиты кабелей от воды

Для противодействия описанным процессам в конструкции кабелей применяется комплекс решений.

• Герметизация поперечного сечения: Использование сплошных металлических оболочек (свинцовых, алюминиевых, гофрированных стальных) или полимерных оболочек с высокими барьерными свойствами (полиэтилен средней плотности, PE-MDPE). Эти оболочки предотвращают радиальное проникновение воды в кабель.
• Герметизация продольного сечения: Заполнение межжильного пространства гидрофобными материалами (петролатум, гидрофобный гель на основе полиизобутилена, гидрофобный порошок). Эти заполнители блокируют капиллярное распространение влаги вдоль кабеля в случае повреждения внешней оболочки.
• Экранирование и бронирование: Медные или алюминиевые экраны, помимо электрических функций, часто служат барьером для влаги. Бронепокровы из стальных оцинкованных лент или проволок обеспечивают механическую защиту герметизирующих оболочек.
• Использование стойких материалов: Применение изоляции из сшитого полиэтилена (XLPE), этиленпропиленовой резины (EPR), вулканизированного полиэтилена, которые обладают значительно более высокой стойкостью к водным триингам и гидролизу по сравнению с ПВХ или бумажно-масляной изоляцией.

Методы испытаний на водостойкость

Контроль способности кабеля противостоять воде регламентирован национальными и международными стандартами (ГОСТ, МЭК, HD).

• Испытание на стойкость к проникновению воды под давлением: Образец кабеля помещают в воду под определенным давлением (например, 1 МПа) на заданное время (несколько суток). После испытания измеряют электрические характеристики (емкость, tg δ, сопротивление изоляции) для оценки проникновения влаги.
• Испытание на циклический нагрев в воде: Кабель циклически нагревают током, погружая в воду. Это ускоряет процессы диффузии и позволяет оценить склонность изоляции к образованию водных триингов.
• Испытание на стойкость к распространению влаги вдоль жил: У отрезка кабеля удаляют часть внешних покровов и оболочки, оголяя заполнитель, и помещают его в воду. Через заданное время проверяют, на какое расстояние влага проникла вдоль жил.

Таблица 2. Основные стандартные испытания кабелей на водостойкость

Наименование испытания	Стандарт (пример)	Суть метода	Критерий прохождения
Испытание на стойкость к проникновению воды	МЭК 60229, ГОСТ 22483	Воздействие воды под давлением на образец кабеля.	Отсутствие значительного изменения емкости и tg δ, отсутствие пробоя при высоковольтных испытаниях.
Испытание на распространение влаги	МЭК 60502-2, ГОСТ Р 53769	Наблюдение за продольным перемещением водяного фронта в поврежденном кабеле.	Расстояние, на которое распространилась влага, не превышает нормированного значения (обычно 3 м).
Испытание на водопоглощение изоляции	МЭК 60811-1-3	Выдержка образцов изоляционного материала в воде при повышенной температуре.	Увеличение массы образца не превышает установленного предела.

Эксплуатационные аспекты и восстановление характеристик после затопления

При эксплуатации кабельных линий во влажной среде или после аварийного затопления критически важны корректные монтаж и обслуживание. Негерметичные муфты и концевые заделки становятся основными точками входа влаги. После длительного нахождения под водой даже кабели с барьерными оболочками требуют тщательной проверки перед включением под напряжение. Процедура часто включает измерение сопротивления изоляции мегомметром, испытание постоянным или переменным повышенным напряжением, анализ диэлектрических потерь. Просушка кабелей с бумажно-масляной изоляцией возможна с помощью специальных установок, подающих сухой воздух или азот под давлением. Для кабелей с полимерной изоляцией просушка часто неэффективна, так как влага химически связывается или образует триинги; поврежденные участки подлежат замене.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем опасна влага в силовом кабеле с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ)?

Влага в кабеле СПЭ, особенно при наличии дефектов (включений, микротрещин) и под воздействием электрического поля, инициирует рост водных триингов. Эти древовидные проводящие каналы необратимо разрушают изоляцию, приводя к постепенному снижению электрической прочности и, в конечном итоге, к пробою. Процесс может длиться годами, что делает его особенно опасным.

Как отличить кабель с полной герметизацией от обычного?

Кабель с полной герметизацией (например, типа ПвП, Cu/XLPE/PE-MDPE/Armour) всегда имеет:

• Герметичную металлическую (алюминиевую гофрированную) или полимерную оболочку под броней.
• Указание в маркировке и документации на наличие гидрофобного заполнения межжильного пространства или герметизированных жил.
• Соответствие стандартам на испытание водостойкости (например, МЭК 60229, Appendix F).

Визуально при вскрытии внешней оболочки виден слой гидрофобного геля или порошка.

Можно ли прокладывать кабель ВВГнг в земле или в воде?

Нет, категорически не рекомендуется. Кабель ВВГнг имеет ПВХ изоляцию и оболочку без каких-либо элементов защиты от воды (герметичных оболочек, заполнителей). При прокладке в земле влага неизбежно проникнет в кабель через микротрещины в ПВХ, что приведет к быстрому снижению сопротивления изоляции, коррозии жил и выходу кабеля из строя. Для прокладки в земле необходимо использовать кабели с защитой от влаги, например, АВБбШв или ПвП.

Что такое «сухой» и «мокрый» пробой кабеля?

Термины носят профессионально-жаргонный характер. «Сухой» пробой – это пробой, происходящий в изоляции, сохранившей свои исходные диэлектрические свойства, обычно из-за локального дефекта или перенапряжения. «Мокрый» пробой – это пробой, инициированный и развившийся по проводящим каналам, образованным влагой (водными триингами или просто увлажненным материалом). Место «мокрого» пробоя, как правило, имеет характерные признаки: обугливание по древовидной структуре, наличие влаги.

Как правильно выбрать кабель для прокладки по дну водоема?

Для прокладки по дну или под водой применяются специальные подводные кабели. Их конструкция включает:

• Многопроволочную медную жилу большой гибкости.
• Герметичную свинцовую или алюминиевую оболочку как основной барьер от воды.
• Броню из оцинкованных стальных проволок для восприятия механических нагрузок (натяжение, волочение, лед).
• Внешний защитный покров из джута или полиэтилена для защиты брони от коррозии и истирания.

Выбор конкретного типа зависит от глубины, солености воды, характера дна и требуемой мощности.