Разработан ГОСТ на полимерные трубы для прокладки кабелей высокого напряжения классов 6-500 к

В настоящее время значительное число кабельных сетей размещают не в открытом грунте, а в специальных полимерных трубах. Главное преимущество такой прокладки является увеличение срока эксплуатации, что приводит к снижению затрат на обслуживание и ремонт кабельных сетей.

До недавнего времени, проблема заключалась в том, что если трубы для низковольтных кабелей до 1 кВ были стандартизированы, то по трубам для кабелей высокого напряжения 6-500 кВ государственные стандарты отсутствовали. Но весной 2023 г. удалось завершить разработку национального стандарта «Трубы термостойкие полимерные для прокладки силовых кабелей напряжением от 1 до 500 кВ. Общие технические условия».

Мы решили детально изучить данную тему и совместно с руководством Ассоциации производителей трубопроводных систем (АПТС), которая была вовлечена в разработку нового стандарта, а также с экспертами Холдинга кабельный альянс (ХКА) и DKC разобрали вопросы значения данного единого технического стандарта для отрасли, преимуществ труб для прокладки кабельных сетей высокого напряжения и перспектив их использования.

Преимущества и особенности полимерных труб для прокладки кабельных сетей

Особенность полимерных труб — это состав из первичных полимерных композиций с соэкструдированным внешним маркерным слоем красного цвета и внутренним негорючим слоем. Благодаря такой структуре, изделия эффективно противостоят огню, способствуя исключению возгораний и припаиваний кабелей при коротких замыканиях или перегрузках.

Полимерный материал обладает низким коэффициентом трения, благодаря чему обеспечивается лёгкость протягивания кабелей.

Полимерные трубы позволяют качественно проложить дорогостоящий кабель под землей. Они хорошо гнутся, не оказывают абразивного действия на кабели, не нагреваются вследствие влияния переменного магнитного поля проложенных в них кабелей. Данные трубы являются стойкими к механическим воздействиям, коррозии и агрессивной среде, надежно соединяются друг с другом при помощи стыковой сварки, позволяя тем самым образовывать протяженные герметичные трубные участки длиной до нескольких сотен метров, соответствующей расстоянию между соседними кабельными муфтами.

Полимерные трубы могут размещаться в грунте открытым способом (в траншеях) или же различными закрытыми способами, среди которых наиболее известна протяжка труб в подземных каналах, подготовленных методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ). В указанных случаях трубы позволяют защитить кабель от внешних воздействий, снизить объем земляных работ при прокладке новых кабелей и последующем их ремонте или замене. Также трубы для прокладки открытым способом являются УФ-стойкими, поэтому не теряют своей прочности, эластичности и других рабочих свойств при длительном нахождении под прямыми солнечными лучами.

Помимо этого, ключевыми особенностями данных труб является:

• способность сохранять свои физико-механические свойства при воздействии высоких температур на протяжении всего срока службы (более 50 лет), исключая потерю кольцевой жесткости и, как следствие, продавливание трубы и зажатие кабеля, что не могут обеспечить обычные полиэтиленовые трубы;
• наличие в конструкции внутреннего негорючего слоя, стойкого к горению, который не допускает воспламенения трубы и распространение пламени при возникновении КЗ.
• возможность испытаний и определения мест повреждения (ОМП) проложенных кабелей (полимерные трубы для обеспечения возможности проверить целостность оболочки кабеля должны быть обладать функцией ОМП).

Трубы обеспечивают надежную защиту кабеля на протяжении всего срока службы, позволяют провести беспрепятственный демонтаж кабеля в случае его выхода из строя без необходимости проведения дополнительных строительных работ.

Предпосылки появления стандарта

С начала 2000-х годов происходил постепенный рост числа кабельных линий, которые прокладывались не в открытом грунте, а в полимерных трубах. Такой способ прокладки позволил продлить срок службы кабелей за счет обеспечения механической защиты от воздействия окружающей среды и случайного повреждения, а также снизить затраты при замене и ремонте кабельных сетей. Чаще всего для этих целей долгое время применяли гладкостенные трубы из полиэтилена по ГОСТ 18599-2001 «Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия».

Однако, на практике очень скоро стало понятно, что указанные трубы не пригодны для высоковольтной кабельной канализации, поскольку они:

• рассчитаны на длительное воздействие температуры 40 °С, тогда как у кабелей с СПЭ-изоляцией температура изоляции и оболочки может достигать 90 °С и более; в результате длительного воздействия высоких температур труба теряет свои физико-механические характеристики, и стенка трубы необратимо деформируется или вовсе разрушается, а значит грунт сжимает кабель, и основной смысл кабельной канализации теряется;
• воспламеняются при коротком замыкании в кабеле;
• трубы предназначены для транспортирования воды – то есть труба выдерживает большие нагрузки только при наличии внутри транспортируемой среды, так как в этом случае внутреннее давление компенсирует внешние нагрузки и не позволяет трубе деформироваться в процессе эксплуатации; в случае кабельной канализации внутренней среды нет, что приводит к неизбежному деформированию трубы под действием внешних нагрузок;
• не позволяют определить наличие повреждения оболочки кабеля и его место.

С всё большей популяризации «убирать провода под землю» и закономерным развитием кабельных сетей начали появляться первые отечественные предприятия, которые занялись разработкой и изготовлением полимерных труб, предназначенных для применения в кабельной канализации – их технические характеристики полностью соответствовали специфическим условиям эксплуатации. Как следствие, на рынке появились термостойкие трубы, негорючие трубы, а также трубы для определения места повреждения (ОМП) проложенного кабеля.

Изначально развитию отрасли мешало многое. Например, отсутствие однозначной трактовки понятия термостойкости – пока одни заводы честно делали трубы, рассчитанные на воздействие высокой температуры 90 °С в течение 50 лет, а другие просто окрашивали обычные водопроводные ПНД-трубы в красный цвет и выдавали их за специализированные кабельные. Много трудностей было и с обоснованием оптимальной противопожарной стойкости таких труб, и даже с классификацией, для которой рассматривались два варианта:

• по SDR (как у напорных труб);
• по кольцевой жесткости SN (как у безнапорных канализационных труб).

Таким образом, основными предпосылками появления нового стандарта стали отклонения в работе кабельных линий, связанные с применением несоответствующих труб, а также отсутствие четких норм, предписывающих требования к качеству, конструкции и методам испытаний специализированных труб для защиты силовых кабельных линий.

О стандарте
Новый ГОСТ Р 70751-2023 «Трубы термостойкие полимерные для прокладки силовых кабелей напряжением от 1 до 500 кВ. Общие технические условия» разработан ООО «ТРУБЭКСПЕРТ», Ассоциацией производителей трубопроводных систем (АПТС), Петербургским энергетическим институтом ФГАОУ ДПО (ПЭИПК) при участии ООО «Полипластик» и ООО «Энерготэк» в соответствии с Программой национальной стандартизации Российской Федерации на 2021 год, а также Федеральным законом №184-ФЗ от 27 декабря 2002 года «О техническом регулировании».

Разработка стандарта вызвала большой интерес в профессиональном сообществе, на этапе публичного обсуждения были получены отзывы как от производителей, так и от проектировщиков и потребителей. Все полученные замечания (общее число – 226) были проработаны разработчиками и включены в сводку отзывов, а обсуждение итоговых формулировок стандарта проводилось на протяжении 2022-2023 годов.

В соответствии с приказом Росстандарта от 18.05.2023 N 335-ст «Об утверждении национального стандарта Российской Федерации» ГОСТ Р 70751-2023 будет введет в действие с 1 мая 2024 года, однако с возможностью досрочного применения.

Стандарт разработан через ТК 241 «Трубы, фитинги и другие изделия из пластмасс, методы испытаний», смежный технический комитет – ТК 016 «Электроэнергетика». Следует отдельно подчеркнуть ключевую роль ТК 016, поскольку его компетенции как раз приходятся на область энергетики и, в том числе, на кабельные сети высокого напряжения. Именно ТК 016 является одним из инициаторов разработки стандарта и внесения в него таких ключевых требований как термостойкость труб при 90 °С и более, пожарная безопасность, возможность определения места повреждения (ОМП) кабеля, механическая прочность, гибкость свариваемость и прочее.

Применение стандарта

Уникальность разработанного ГОСТ Р «Трубы термостойкие полимерные для прокладки силовых кабелей напряжением от 1 до 500 кВ. Общие технические условия» заключается в том, что он устанавливает технические требования и методы их проверки, при этом не ограничивая производителей в использовании тех или иных материалов, что позволяет прогрессировать трубной отрасли, разрабатывать новые рецептуры, эффективно снижать себестоимость продукции, внедрять новые технологические и конструктивные решения.

В соответствии с ГОСТ, трубы предназначены для подводной, подземной и надземной (наземной) прокладки (в том числе для прокладки по конструкциям автомобильных или железнодорожных мостов, по эстакадам) в районах с климатическим исполнением ТУ, У, ХЛ, УХЛ, М с категорией размещения 1-5 по ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды».

Новый стандарт также описывает требования к качеству и безопасности полимерных труб для прокладки кабельных линий высокого напряжения. Согласно этим требованиям, кабельные трубы должны обладать целым перечнем важных характеристик, как отмечалось ранее, среди которых:

• способность сохранять свойства на протяжении срока службы кабеля (термостойкость при длительном воздействии температуры проложенных кабелей, равной 90°С и более);
• стойкость внутреннего слоя к распространению открытого пламени (категория ПВ-0);
• возможность испытаний и определения мест повреждения (ОМП) проложенных кабелей (полимерные трубы должны быть токопоисковыми, то есть обладающими функцией ОМП).

Обычные полимерные трубы, обладающие высоким электрическим сопротивлением стенки, исключали возможность достоверного определения места повреждения кабеля на трубном участке. Для решения данной проблемы были созданы специальные ОМП-трубы.

Новый ГОСТ Р уделяет им должное внимание, вводит специальное определение термина «ОМП-труба», а также дает рекомендации по применению «ОМП-труб» в тех случаях, где важно иметь представление о состоянии оболочки кабелей, оперативно определять факт и место ее повреждения, которые необходимо исправить путем извлечения кабеля из трубы с целью его ремонта или замены на новый.

ОМП-трубы, регламентируемые стандартом, позволяют провести:

• испытания кабеля и выявление случаев повреждения его оболочки.
• поиск точного места трассы, где находится повреждение оболочки кабеля, и его устранение с целью недопущения проникновения воды в СПЭ-изоляцию кабеля.
• первичную экспресс-оценку качества труб прямо на объекте, а не в лаборатории.
• поиск точного места трассы, где качественные трубы были заменены на другие, не соответствующие проектной документации и требованиям ГОСТ Р.

Для проверки ОМП достаточно убедиться в том, что боковая стенка трубы обладает пониженным электрическим сопротивлением, т.е. способна проводить ток от своей внутренней поверхности к наружной.

Как оценить соответствие труб новому ГОСТ

В условиях возрастающей конкуренции стоит ожидать увеличения количества случаев, когда участники рынка будут стараться очернить друг друга, пуская в ход любые возможности. В частности, уже стало популярным снимать видеоролики с не стандартизированными методиками, в которых подручными средствами тестировать стойкость разных труб к воздействию открытого пламени или оценивать их механическую прочность.

В этой связи важно отметить, что оценку ключевых характеристик трубы необходимо проводить, прежде всего, в соответствии с методикой и в аккредитованной лаборатории, оснащенной необходимым оборудованием.

В полевых условиях объекта не всегда получается достоверно проверить стойкость трубы к горению, используя для этого зажигалку или газовую горелку. Во-первых, стойким к горению обычно является только внутренний слой трубы, а не наружный слой и не торец трубы. Во-вторых, согласно стандарту, противопожарные свойства трубы подтверждаются не каким-то одним испытанием, а целым перечнем:

• теплостойкость (п.5);
• стойкость к зажиганию нагретой проволокой (п.6);
• стойкость к воздействию открытого пламени (п.7);
• стойкость к распространению горения (п.8).

Отдельно хочется отменить абсурдность попыток проверить механическую прочность трубы, используя ковш тяжелой строительной техники (экскаватор или бульдозер). Дело в том, что те усилия, которые способен создавать ковш при прямом точечном давлении на трубу, лежащую на твердой поверхности, в разы превосходят допустимые значения и приведут к бессмысленному повреждению трубы (причем не только полимерной, но даже металлической). В соответствии с ГОСТ (таблица 2) заключение о механических свойствах трубы делается на основе ряда испытаний, проводимых на специализированных стендах:

• кольцевая жесткость SN (п.2);
• целостность структуры после деформации (п.11);
• гибкость (п.13);
• твердость по ШоруD (п.15);
• стойкость к удару (п.16).

Как видно, подтверждение соответствия трубы требованиям стандарта может быть выполнено, исключительно по установленной методике в аккредитованных лабораториях.

Отдельно следует отметить ряд характеристик, которые возможно проверить непосредственно на объекте строительства, а именно:

• внешний вид (цвет трубы, число слоев, качество поверхности);
• геометрические размеры;
• наличие у трубы функции ОМП проложенного кабеля.

Последствия появления стандарта: что нужно знать проектировщикам и какие могут возникнуть проблемы при использовании полимерных труб

При строительстве современных кабельных линий 6–500 кВ все чаще используют полимерные трубы, и в обозримом будущем альтернативы таким трубам пока не видно.

Несмотря на многочисленные преимущества размещения кабелей в трубах, не следует забывать и о некоторых особенностях этого способа прокладки.

Сетевым компаниям имеет смысл уделять повышенное внимание входному контролю кабельной и трубной продукции, поступающей на объекты строительства кабельные линии 6-500 кВ.

Также важно осуществлять тщательный надзор за ходом монтажных работ и не допускать отклонения от требований, содержащихся в отраслевых нормативных документах (например, в части оснащения торцов труб концевыми воронками). Для снижения риска травмирования оболочки при трубной прокладке можно рекомендовать использовать кабели с усиленной оболочкой, в том числе с двойной оболочкой, имеющей снаружи продольные ребра.

Важным показателем при проектировании является кольцевая жесткость SN, позволяющая судить о свойствах трубы сопротивляться давлению грунта.

Показатель определяется как нагрузка на трубу (кН/м2), при которой труба сдавливается на 3% от своего диаметра. Величина SN зависит не только от диаметра трубы и толщины ее стенки, а еще и от модуля упругости E материала при сжатии.

Учитывая изложенное, проектировщики должны быть заинтересованы в уходе от классификации по SDR, характерной для систем водоснабжения, и переходу к более информативному ранжированию кабельных труб по кольцевой жесткости SN. За счет перехода на SN энергетики в определенной степени смогут снять с себя ответственность за поведение труб в условиях механических нагрузок и возложить ее на плечи производителя труб, гарантирующего SN и прочность.

Если в маркировке труб будет присутствовать их кольцевая жесткость SN, то проектные организации перестанут путать кабельные трубы с водопроводными.

Говоря о кабельной канализации, важно отметить, что в настоящее время ее роль существенно возросла. Прокладка линий электропередачи под землей – это не только надежная защита от климатических факторов (ветер, гололед), но также и дополнительная защита от вандалов, все чаще угрожающих объектам энергетики. Подземная прокладка, особенно в трубах, позволяет скрыть кабели, но в тоже время обеспечить возможность их ремонта или замены на новые.

Разработка, обсуждение и утверждение национального стандарта ГОСТ Р «Трубы термостойкие полимерные для прокладки силовых кабелей напряжением от 1 до 500 кВ. Общие технические условия» является важным этапом на пути повышения качества и безопасности кабельных линий, причем сразу на всех этапах проектирования, экспертизы, строительства и эксплуатации кабельных линий.

В случае сомнений в качестве полимерных труб рекомендуем обращаться к отраслевым партнерам Ассоциации «Честная позиция» – в Ассоциацию производителей трубопроводных систем (АПТС).