Аушев А.В., генеральный директор ООО «Термолайн»
Синавчиан С.Н., главный инженер ООО «Термолайн», канд. техн. наук
В связи с запросом о возможности применения ленточных кабелей для СОДК ППУ-трубопроводов публикуем отчет о проведенных сравнительных испытаниях кабеля NYM 3х1,5 и аналогов ленточного кабеля КАТВ (кабель антенный, телевизионный), позиционированных как соединительный кабель СОДК (взамен кабеля NYM 3х1,5, рекомендованного к применению ГОСТом 56380-2015).
Испытания производились на на производственной базе ООО «Термолайн» - ведущего производителя СОДК в РФ. Указанные испытания были произведены по просьбе исполнительного директора Ассоциации производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией летом 2013 года.
Наша организация не является производителем кабеля NYM, поэтому, в данном случае, является стороной независимой. Однако, хотелось бы уберечь Потребителей СОДК от применения ленточных и других кабелей в качестве соединительного кабеля СОДК.
Проблемы применения кабеля NYM, в основном, связаны с некачественной заводской сборкой концевых и промежуточных элементов трубопровода на заводе. Более подробно можно ознакомиться в опубликованной нами специальной статье.
Вкратце о существенных недостатках применения аналогов КАТВ (вне зависимости от от толщины изоляции, диаметра токоведущих жил, расстояния между жилами и т.д.):
- Ленточный кабель существенно меняет свои волновые свойства при изменении свойств среды, в которой проложен кабель. Кабель NYM своих свойств не меняет.
- Кабель NYM более прост в монтаже и наращивании (как на заводе, так и при прокладке трубопровода), чем ленточный кабель, прокладка которого требует применения экструдера либо специальных фитингов.
- Ленточный кабель, в отличии от NYM, очень ломкий. Гнется только в одной плоскости Ввиду этого кабель подвержен механическим повреждениям.
- Ленточный кабель, который был вытеснен в конце 70-х годов прошлого века коаксиальными кабелями, на данный момент является эксклюзивным и существенно менее доступным, чем кабели NYM 3х1,5 и NYM 5х1,5.
- В соответствии с ГОСТ Р 56380-2015 и другой актуальной нормативной документацией в качестве соединительного кабеля регламентированы только NYM 3х1,5 и NYM 5х1,5.
- Отсутствуют технические решения по изготовлению готовых заводских элементов трубопровода - концевых с трехжильным кабелем и промежуточных с пятижильным кабелем (ленточный кабель пятижильный отсутствует).
- Отсутствие цветовой маркировки кабельных жил в соответствии с ГОСТ Р 56380-2015. У кабеля ленточного типа нет цветовой маркировки, что не позволяет безошибочно и в соответствии с правилами монтажа производить работы и измерения по основному и транзитному проводу.
Заключения по результатам испытаний
На базе нашего предприятия были проведены сравнительные испытания волновых характеристик кабеля производства и кабеля марки NYM3х1,5 производства фирмы «Б». Ссылки на марку и производителя ленточного кабеля из отчета удалены.
Образец кабеля марки «Х» длиной 5,5 м был предоставлен сотрудниками фирмы «А», генеральный директор которой является обладателем патента на применение конструкции данного кабеля в качестве соединителя трубной и приборной части СОДК трубопровода в ППУ-изоляции.
Кабель марки «Х» позиционируется как альтернатива кабелю марки NYM 3х1,5, широко используемому на территории бывшего СССР в трубопроводах в ППУ-изоляции. Сотрудники фирмы «А» подчеркивают неудовлетворительную работу кабеля марки NYM в качестве проводника высокочастотного сигнала импульсного рефлектометра, что значительно, по их словам, снижает возможность поиска местоположения дефекта на трубопроводе.
Свое мнение они обосновывают различием волнового сопротивления кабеля NYM (77 Ом, причем не нормируемым) и волнового сопротивления сигнальной линии трубопровода (220-260 Ом). И, как следствие, в месте соединения проводников кабеля и проводников трубопровода (в точке ввода кабеля под полиэтиленовую оболочку - в заводских элементах с кабелем вывода) происходит потеря мощности сигнала рефлектометра, его отражение, что значительно ухудшает анализ данных рефлектограммы исследования трубопровода.
Поставщиком кабеля марки «Х» утверждается, что предложенная конструкция кабеля обеспечивает фиксированное волновое сопротивление в 250 Ом, которое является сравнимым с волновым сопротивлением линии металлическая труба - сигнальный проводник.
Действительно, такая конструкция кабеля - два параллельных медных проводника, расстояние между которыми фиксируется изоляцией - использовалась в кабеле КАТВ (с волновым сопротивлением 300 Ом), применяемым в 60-е годы. Но его с рынка вытеснил коаксиальный кабель, значительно превосходящий КАТВ по своим волновым и эксплуатационным характеристикам. Основными недостатками КАТВ являлись его низкая помехозащищенность, высокая зависимость волновых свойств от его конфигурации в пространстве, чувствительность характеристик к проводящим свойствам окружающей среды.
При ознакомлении с ТУ кабеля марки «Х» фирмы «А» - поставщика кабеля, не было обнаружено обозначенных внешних условий, при которых кабель сохраняет свои волновые характеристики. Цитата из ТУ: «У кабеля марки «Х» волновое сопротивление каждой из симметричной пары линий кабеля (Zв) должно быть (250±7,5%) Ом».
Для проверки этого утверждения при испытаниях измерялся коэффициент укорочения предоставленного отрезка кабеля марки «Х» длиной 5,5 м и его волновое сопротивление при различных окружающих средах:
- на воздухе прямой участок кабеля марки «Х» имеет волновое сопротивление 246 Ом, коэффициент укорочения был равен 1,185;
- при установке его в трубу ПНД Ø32 мми наполнении его водой (имитация затопления грунтовыми или дождевыми водами) - от 140 до 180 Ом, коэффициент укорочения был равен 2,463 при полном погружении в воду.
При каждом из измерений проводилась и проверка омического сопротивления изоляции кабеля и его емкости. Во всех случаях эти параметры сохранялись неизменными, что подтверждает сохранение целостности изоляции при проведении исследований.
Точно такие же исследования были проведены и с кабелем марки NYM 3х1,5. Значения коэффициента укорочения (1,824) и волновое сопротивление (77 Ом) сохранялись при всех перечисленных условиях (на воздухе и в воде).
Хотелось бы отдельно отметить, что при частичном погружении кабеля марки «Х» в воду, отмечалась идентификация этого участка на рефлектограмме локатора, что дает возможность его использования в качестве имитатора трубной части СОДК во время обучения персонала работе с импульсными рефлектометрами при поиске местоположения дефектов трубопровода.
Поставщиком кабеля марки «Х» предполагается установка его в оцинкованных кабелях/гофрах при прокладке под землей согласно требованиям ГОСТ, СТО и СП. Практика использования такого метода защиты от внешних механических воздействий свидетельствует о частых затоплениях таких участков, конденсации влаги на кабеле, наличии загрязнений (нанесенных во время монтажа или вследствие нарушения герметичности трубы или гофры). Все это гарантирует изменение волновых характеристик кабеля марки «Х» далеко за 7,5% от «регламентируемого» в 250 Ом.
Факт изменения волновых характеристик кабеля марки «Х» в различных средах объясняется и теоретически. Коэффициент укорочения равен корню квадратному из значения эквивалентной диэлектрической проницаемости среды ε (у воздуха равна 1, у воды от 5 до 20 (минимум), у полихлорвинила - 3, у полиэтилена - 2,3), находящейся между проводниками. При изменении среды с воздуха на воду мы и получаем в результате изменение коэффициента укорочения с 1,185 до 2,463. Такая резкая зависимость от среды прокладки прокладки кабеля определяется конструкцией кабеля марки «Х» - это удаленное расположение проводников друг от друга и возможность заполнения промежутков между токоведущими жилами окружающими средами.
значение волнового сопротивления двух параллельных проводников вычисляется по формуле:
где а - расстояние между проводниками, d - их внешний диаметр, ε - эквивалентная диэлектрическая проницаемость среды между проводниками. Из формулы видно, что при увеличении ε (при переносе кабеля из воздушной среды в водную) происходит снижение значения волнового сопротивления.
Из представленной формулы следует и зависимость значения волнового сопротивления от расстояния между проводниками а. Значит, если конфигурация кабеля марки «Х» изменится, то и значение волнового сопротивления изменяется. Так как в наличиях при испытаниях было всего 5,5 метров кабеля марки «Х», исследования влияния конфигурации кабеля в пространстве на значение его волнового сопротивления пока не проводилось. Но эта зависимость однозначно есть.
Вывод
Применение кабеля марки «Х» в качестве связующего звена между трубной и приборной частями СОДК в существующем виде нецелесообразно. Предложенные способы его ввода в трубную часть являются менее технологичными относительно существующих современных технических решений. Дополнительная герметизация кабеля и защита от механических воздействий для сохранения волновых свойств кабеля марки «Х» внесет дополнительные трудности при его применении в трубопроводах с ППУ-изоляцией.