Podstawowe wiadomości o elektroenergetycznej podziemnej sieci dystrybucyjnej energetyki zawodowej
RWE Polska
Można by sobie zadać pytanie – czy elektroenergetyczna sieć kablowa w ogóle stanowi zagrożenie dla strażaków uczestniczących w akcji ratowniczej, przecież kable są ułożone w ziemi na odpowiedniej głębokości. Ale stanowiska słupowe z kablami oraz urządzenia służące do rozdziału
energii elektrycznej, takie jak złącza czy rozdzielnice, są zlokalizowane nad ziemią. I to one, jeżeli zostaną uszkodzone mechaniczne, np. wyniku
kolizji drogowej, będą stwarzały zagrożenie dla osób biorących udział w akcji ratowniczej.
Zobacz także
mgr inż. Julian Wiatr Egzamin kwalifikacyjny grupa 1 | Urządzenia, instalacje i sieci elektroenergetyczne. Kurs przygotowawczy
"Egzamin kwalifikacyjny" wypełnia lukę na rynku księgarskim - jest pierwszym podręcznikiem, który zawiera w przystępnej formie wszystkie niezbędne informacje dotyczące eksploatacji urządzeń elektrycznych...
"Egzamin kwalifikacyjny" wypełnia lukę na rynku księgarskim - jest pierwszym podręcznikiem, który zawiera w przystępnej formie wszystkie niezbędne informacje dotyczące eksploatacji urządzeń elektrycznych o napięciu znamionowym do 1 kV, a także omawia zagadnienia wchodzące w zakres egzaminu kwalifikacyjnego.
Farnell Projekty w trudnych warunkach przemysłowych
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe...
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe tylko wtedy, gdy wszystkie komponenty przetrwają w trudnym środowisku. Systemy muszą wytrzymywać gorące, wilgotne i trudne warunki oraz niszczące pola elektryczne i magnetyczne. Specyficzne warunki środowiskowe, w których produkt jest używany, wpływają na jego specyfikacje. Takie specyfikacje należy...
dr inż. Karol Kuczyński Ograniczenie strat w transformatorach rozdzielczych – co możemy jeszcze zrobić?
Straty w sieci energetycznej różnią się znacznie w poszczególnych krajach na całym świecie. Liczby wahają się od mniej niż 4% do ponad 20%. W większości krajów daje to możliwość znacznych oszczędności....
Straty w sieci energetycznej różnią się znacznie w poszczególnych krajach na całym świecie. Liczby wahają się od mniej niż 4% do ponad 20%. W większości krajów daje to możliwość znacznych oszczędności. Transformatory rozdzielcze są wykorzystywane do przekształcania energii elektrycznej ze średniego napięcia – poziomu, na którym energia jest przesyłana lokalnie i dostarczana do wielu odbiorców przemysłowych – do poziomu niskiego napięcia – zazwyczaj wykorzystywanego przez konsumentów indywidualnych...
Cechy charakterystyczne sieci dystrybucyjnej
Linie kablowe wysokiego napięcia 110 kV
Kable elektroenergetyczne na napięcie 110 kV o izolacji polietylenowej (fot. 1.) produkowane są jako jednofazowe – jeden kabel przesyła energię elektryczną tylko jednej fazy.
Innymi słowy, w przypadku linii napowietrznej jednotorowej, linia kablowa składa się z trzech oddzielnych kabli. Średnica zewnętrzna kabla 110 kV jest uzależniona od przekroju żyły roboczej kabla i może wynosić od 51 mm do 120 mm. Warstwa zewnętrzna kabla (ta widoczna – tak zwana powłoka kabla) jest wykonana z materiału izolacyjnego w kolorze czarnym (powszechnie stosowany) lub czerwonym [8].
Linie kablowe wysokiego napięcia stosuje się na terenach zurbanizowanych do:
- połączenia ze sobą stacji transformatorowo-rozdzielczych WN/SN (110/15–30 kV),
- w celu likwidacji kolizji z projektowaną inwestycją.
Fot. 2. Stanowiska słupowe linii napowietrznej 110 kV z głowicami kablowymi: po lewej - słup krańcowy rurowy linii jednotorowej (trzy przewody robocze) w układzie pionowym i trzy kable; po prawej - słup krańcowy kratowy linii dwutorowej (sześć przewodów roboczych) w układzie pionowym i sześć kabli
Takim klasycznym przykładem zastosowania kabla WN 110 kV w celu likwidacji kolizji jest np. projekt rozbudowy istniejącego zakładu. Wówczas kolidujący odcinek linii napowietrznej zostaje skablowany, a istniejące słupy przelotowe wymienione na krańcowe z głowicami kablowymi (fot. 2a. i fot. 2b).
Kable wysokiego napięcia 110 kV zakopane w gruncie muszą zostać jednak wprowadzone na stanowisko słupowe z ziemi i przymocowane do konstrukcji (słupa) za pomocą uchwytów do kabli. Dodatkowo kable do wysokości ok. 3 metrów nad ziemią są osłonięte (fot. 3a. i fot. 3b.), w celu ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi.
Fot. 3. Wprowadzenie kabli WN 110 kV na stanowisko słupowe rurowe linii jednotorowej (trzy kable na słupie): po lewej -rysunek [na podstawie 4], po prawej - fotografia
Fot. 4. Uzbrojenie słupa WN 110 kV z głowicami kablowymi, gdzie: 1 – kabel wysokiego napięcia (110 kV), 2 – głowica kablowa, 3 – ogranicznik przepięć, 4 – mostek łączący głowicę kablową z przewodem linii napowietrznej, 5 – izolator linowy
Zdaniem autorów jedynie uszkodzona osłona kabli (przy słupie), jak i izolacja samego kabla, np. z powodu kolizji drogowej (uszkodzenie mechaniczne), może stwarzać zagrożenie porażeniowe. Oczywiście w wyniku zwarcia doziemnego (pomiędzy żyłą roboczą kabla a np. ekranem metalicznym kabla lub elementami metalowymi słupa), jak i zwarcia międzyfazowego (zwarcie dwóch lub trzech żył roboczych z udziałem ziemi lub bez udziału ziemi), linia powinna zostać wyłączona spod napięcia (zadziała automatyka zabezpieczeniowa).
Ale wyłączony kabel WN 110 kV stanowi zagrożenie dla zdrowia i życia, ponieważ jest on naładowany energią elektryczną jak kondensator, więc musi być koniecznie rozładowany, nim przystąpi się do działań ratowniczych.
Kable na odcinku od osłony przy ziemi (fot. 3a. i fot. 3b. oraz fot. 4.) do głowic kablowych przymocowane są do słupa za pomocą uchwytów do kabli (bez dodatkowej osłony). Głowice kablowe stanowią element przejściowy pomiędzy przewodnikiem w izolacji (żyłą roboczą kabla) a gołym przewodem linii napowietrznej.
Pomiędzy głowicą kablową a izolatorem linii napowietrznej znajduje się tak zwany mostek przymocowany do ogranicznika przepięć, wykonany przewodem gołym. Ogranicznik przepięć służący do ochrony kabla przed wyładowaniami atmosferycznymi oraz przepięciami łączeniowymi powstającymi w sieci. Cechą charakterystyczną linii 110 kV jest to, że jej elementy izolacyjne (te z daszkami), to znaczy: głowica kablowa, ogranicznik przepięć, izolator liniowy, mają długość ok. 1,1 m [4].
Najważniejsze cechy linii 110 kV:
- elementy izolacyjne (te z daszkiem) na głowicy kablowej, ograniczniku przepięć, izolatorach liniowych są o długości ok. 1,1 metra,
- trzy lub sześć przewodów roboczych (przymocowanych do izolatorów ) i kabli o średnicy od 51 mm do 120 mm,
- znaczna wysokość słupów oraz znaczne odległości pomiędzy słupami.
Linie kablowe średniego napięcia 15–20 kV
WARTO WIEDZIEĆ |
W pobliżu linii napowietrznych 110 kV detektory napięcia działające na zasadzie wykrywania obecności pola elektrycznego, np. typu AC Hot Stick, będą raczej wskazywały obecność lub brak napięcia, ale w linii napowietrznej, a nie w kablu; kabel ma ekrany blokujące „wypłynięcie” pola elektrycznego na zewnątrz. Kabel wyłączony spod napięcia, ale nierozładowany, ma ładunek elektryczny (jak kondensator) i przy dotknięciu żyły roboczej lub ekranu metalicznego kabla może nastąpić porażenie prądem elektrycznym, nawet ze skutkiem śmiertelnym. |
Aktualnie energetyka zawodowa eksploatuje dwa typy kabli w liniach elektroenergetycznych średniego napięcia: o izolacji papierowo-olejowej (kable starszego typu) i o izolacji wytłaczanej z polietylenu.
Kable o izolacji papierowo-olejowej (fot. 5.) mają średnicę od 48 mm do 88 mm w zależności od przekroju żył roboczych umieszczonych we wspólnej powłoce kabla [7].
Kable o izolacji wytłaczanej z polietylenu (rys. 6.) są produkowane jako jednofazowe (jeden kabel na każdą fazę – jak w linii 110 kV). Ich średnica zewnętrzna wynosi od 30 mm do 65 mm i zależy głównie od przekroju żyły roboczej kabla. Przy powszechnie stosowanym przekroju żyły roboczej kabla 120 mm2 średnica zewnętrzna kabla wynosi ok. 36 mm. Zewnętrzna izolacja kabla, zwana powłoką, wykonana jest z materiału sztucznego, izolacyjnego, w kolorze czerwonym lub czarnym [7].
Fot. 5. Kabel średniego napięcia o izolacji papierowo-olejowej na stanowisku słupowym (jeden kabel zasila trzy przewody linii napowietrznej); Fot. ENERGOLINIA Poznań
Fot. 6. Kable średniego napięcia o izolacji wytłaczanej z polietylenu (trzy kable stanowią jeden tor linii): a) z powłoką koloru czarnego, b) z powłoką koloru czerwonego; Fot. ENERGOLINIA Poznań
Kabel w liniach elektroenergetycznych średniego napięcia zawsze jest zakończony głowicą kablową (fot. 7.), której długość elementu izolacyjnego (nałożonego na kabel) wynosi ok. 0,5 m.
Fot. 7a. Głowice kablowe służące do zakończenia kabli SN o izolacji papierowo-olejowej. Uwaga! Głowice kablowe wewnątrz urządzeń elektroenergetycznych np. stacji, rozdzielnic, nie mają daszków; Fot. ENERGOLINIA Poznań
Fot. 7b. Głowice kablowe służące do zakończenia kabli SNo izolacji wytłaczanej z polietylenu [1]. Uwaga! Głowice kablowe wewnątrz urządzeń elektroenergetycznych np. stacji, rozdzielnic, nie mają daszków; Fot. ENERGOLINIA Poznań
Kable zakończone głowicami kablowymi można sprowadzić:
- na stanowiska słupowe linii SN, w celu połączenia z linią napowietrzną SN,
- do rozdzielnic SN, które umożliwiają dokonywanie czynności łączeniowych w sieci,
- do złącza kablowego SN, w celu trwałego połączenia ze sobą dwóch kabli.
Rys. 1. Stanowisko słupowe linii SN z głowicami kablowymi, gdzie: 1 – osłona kabla, 2 – kabel SN na uchwytach, 3 – głowica kablowa, 4 – mostek, 5 – ograniczniki przepięć, 6 – łącznik [na podstawie 9]
Stanowiska słupowe z głowicami kablowymi w liniach SN (rys. 1.), tak jak WN, stanowią element przejściowy z linii kablowej na linię napowietrzną, z przewodami gołymi lub w osłonie izolacyjnej (system PAS). Kabel na odcinku 0,5 m w ziemi i 2,5 m nad ziemią jest osłonięty rurą (stalową lub rurą z tworzywa stycznego) lub blachą metalową w kształcie ceownika (korytka). Zadaniem osłony jest ochrona kabla przed uszkodzeniami mechanicznymi z zewnątrz.
Kabel po wyjściu z osłony jest bezpośrednio przymocowywany do słupa za pomocą uchwytów kablowych. Połączenie pomiędzy głowicą kablową a przewodami linii napowietrznej wykonane jest za pomocą mostka.
Stanowiska słupowe z głowicami kablowymi mogą być wyposażone w łączniki. Poszczególne elementy izolacyjne zastosowane na stanowiskach słupowych linii SN, to znaczy: izolatory liniowe, ogranicznik przepięć, głowice kablowe, mają długość ok. 0,5 m [9].
Stanowiska słupowe z głowicami kablowymi (rys. 1.) mogą być wykonane:
- z pojedynczej żerdzi („nóg słupa”) o profilu prostokątnym (starszego typu) lub okrągłym,
- z dwóch żerdzi o profilu prostokątnym (w kształcie litery A) lub okrągłym zbliźniaczonych lub w kształcie litery A,
- z trzech żerdzi o profilu prostokątnym rozstawionych w kształcie trójkątna,
- z czterech żerdzi tworzących dwie równolegle ze sobą litery A,
- z elementów stalowych w postaci kratownicy lub rury [4, 5].
Rozdzielnice kablowe średniego napięcia (fot. 9a. i fot. 9b.) instalowane są przeważnie na terenach zurbanizowanych w miejscach, gdzie istnieje konieczność wykonywania częstych czynności łączeniowych w sieci pod napięciem.
Dlatego w jednolitej obudowie betonowej z dwudzielnymi drzwiami znajduje się rozdzielnica elektryczna (fot. 10.), wyposażona w różnego typu łączniki [o izolacji próżniowej lub sześciofluorku siarki (SF6)] oraz elementy umożliwiające przyłączenie kabli średniego napięcia do łączników (za pomocą głowic kablowych). Elewacja nadziemna rozdzielnicy (widoczna) posadowiona jest na fundamencie betonowym i może być pokryta: płukanym kamieniem, tynkiem szlachetnym lub pomalowana zgodnie z przyjętymi standardami danej spółki dystrybucyjnej [2, 10].
Wymiary nadziemnych obudów rozdzielnic (fot. 9a. i fot. 9b.) są różne w zależności od zastosowanej rozdzielnicy z łącznikami (fot. 10.), długość może wynosić od 1,5 m do 2,6 m (od strony drzwi), wysokość od 1,8 m do 1,9 m, a szerokość od 1,1 m do 1,2 m (z boku) [2, 10].
Fot. 9. Rozdzielnice średniego napięcia SN 15 kV [2, 10]
Złącza kablowe średniego napięcia (fot. 11a. i fot. 11b.) instalowane są przeważnie na terenach zurbanizowanych tam, gdzie nie ma potrzeby wykonywania czynności łączeniowych w sieci pod napięciem.
Fot. 11. Złącza kablowe średniego napięcia: a) z głowicami kablowymi połączonymi bezpośrednio, b) głowicami kablowymi przyłączonymi do szyny w złączu [3]
Dlatego w jednolitej obudowie betonowej z drzwiami (pojedynczymi lub dwudzielnymi) znajdują się głowice kablowe, połączone ze sobą (fot. 11a) lub do szyn w złączu (fot. 11b).
Elewacja nadziemna rozdzielnicy (widoczna) może być pokryta: płukanym kamieniem, tynkiem szlachetnym lub pomalowana zgodnie z przyjętymi standardami danej spółki dystrybucyjnej. Może ona być posadowiona na oddzielnym fundamencie wykonanym z betonu (duże złącza), lub być wykonana jako jednolity element wraz z fundamentem (małe złącza) [2, 10].
Gabaryty złącza wynikają zastosowanej technologii połączenia ze sobą głowic kablowych.
WARTO WIEDZIEĆ |
Detektory napięcia działające na zasadzie wykrywania obecności pola elektrycznego, np. typu AC Hot Stick, będą poprawnie wskazywały brak lub obecność napięcia w linii niskiego napięcia. |
W przypadku złączy z głowicami łączonymi bezpośrednio ze sobą (fot. 11a), długość złącza wynosi 0,6 m (od strony drzwi), wysokość 1,2 m, a szerokość od 0,35 m (w przypadku złącza na napięcie 15 kV) do 1,0 m (w przypadku złącza na napięcie 20 kV).
W złączach, w których głowice kablowe przyłączane są do szyn, długość złącza wynosi 1,5 m (od strony drzwi), wysokość 1,4 m, a szerokość 0,6 m (z boku) [2, 10].
Najważniejsze cechy linii 15–20 kV:
- elementy izolacyjne (te z daszkiem) na głowicy kablowej, ograniczniku przepięć (nowej generacji), izolatorach liniowych są o długości około 0,5 metra,
- trzy lub sześć przewodów roboczych (przymocowanych do izolatorów) i jeden lub dwa kable o średnicy od 48 mm do 88 mm. W przypadku kabli o izolacji papierowo-olejowej,
- trzy lub sześć przewodów roboczych (przymocowanych do izolatorów) i tyle samo kabli o średnicy od 30 mm do 65 mm. W przypadku kabli o izolacji wytłaczanej z tworzywa sztucznego,
- na drzwiach rozdzielnicy sieciowej powinna być umieszczona: tabliczka ostrzegawcza, tabliczka informująca „UWAGA napięcie 15 000 V” lub napis „Rozdzielnica SN” oraz może się znajdować tabliczka ostrzegawcza informująca, że w rozdzielnicy zastosowano łączniki w izolacji SF6,
- na drzwiach złącza powinna być umieszczona: tabliczka ostrzegawcza oraz informująca „UWAGA napięcie 15 000 V”.
Linie kablowe niskiego napięcia 0,4 kV
Kable elektroenergetyczne niskiego napięcia eksploatowane przez energetykę zawodową, to głównie kable składające się z czterech żył roboczych pokrytych izolacją z tworzywa sztucznego (fot. 12.) we wspólnej powłoce kablowej (izolacji zewnętrznej – widocznej). Są to kable typu YAKY, YAKXS (najbardziej rozpowszechnione w sieci nn) lub oddzielnie, to znaczy na izolację żyły roboczej kabla dodatkowo naniesiona jest powłoka kablowa, są to kable typu AKYY.
W przypadku kabli typu YAKY, YAKXS na stanowisku słupowym linii jednotorowej widoczny jest jeden kabel o średnicy zewnętrznej od ok. 23 mm do ok 61 mm w zależności od przekroju żył roboczych kabla (np. kabel YAKY/YAKXS 4x120 mm2 – średnica ok. 38 mm, YAKY/YAKXS 4x240 mm2 – średnica ok. 55 mm). Natomiast kable typu AKYY charakteryzują się średnicą od ok. 11 mm do 43 mm. Powłoka kablowa (widoczna izolacja) poszczególnych typów kabli jest koloru czarnego [7].
W sieci elektroenergetycznej mogą być również eksploatowane kable niskiego napięcia starszej generacji, nieopisane w artykule.
Kable w liniach niskiego napięcia przyłącza się bezpośrednio do linii napowietrznej lub złącza za pomocą zacisków. Z kabla usuwa się powłokę (izolację widoczną), izolację żył roboczych kabla i podłącza bezpośrednio do przewodów linii napowietrznej (fot. 13.) lub podstawy bezpiecznikowej w złączu (fot. 14a. i fot. 14b.).
Fot. 13. Stanowiska słupowe linii niskiego napięcia z kablami: a) linia z przewodami gołymi, b) linia z przewodami izolowanymi
Fot. 14. Sposoby przyłączenia kabli w złączach niskiego napięcia: a) za pomocą końcówki kablowej, b) zacisku
Kable elektroenergetyczne niskiego napięcia można podłączyć do:
- linii napowietrznych na stanowiskach słupowych,
- złączy kablowych.
Stanowiska słupowe z kablami w liniach nn stanowią element przejściowy z linii kablowej na linię napowietrzną z przewodami gołymi lub izolowanymi. Kabel na słupie linii niskiego napięcia jest tak samo prowadzony po słupie jak kabel linii średniego napięcia. Praktycznie na każdym słupie linii niskiego napięcia można zainstalować kabel, dlatego w materiale zrezygnowano z przedstawienia sylwetek słupów z kablami linii nn.
Złącza kablowe niskiego napięcia instalowane są w pobliżu ciągów komunikacyjnych (przy drogach) lub w pobliżu posesji odbiorców. Rozróżniamy złącza wolno stojące wyposażone w fundament oraz wkomponowane w elewację budynku lub ogrodzenie posesji (fot. 15a i fot. 15b). Górny element złącza (gdzie znajduje się aparatura elektryczna), jak i fundament mogą być wykonane z betonu, metalu, stopów aluminium lub tworzywa sztucznego (fot. 15c).
Fot. 15. Złącza kablowe niskiego napięcia: a) wolno stojące w obudowie betonowej, b) wkomponowane w elewację ogrodzenia, c) wolno stojące z tworzywa sztucznego [4]
Najważniejsze cechy linii kablowych 0,4 kV:
- brak głowic kablowych, kable są przyłączone bezpośrednio do przewodów linii lub aparatury rozdzielczej w złączach,
- jeden kabel o średnicy od ok. 23 mm do ok 61 mm lub cztery o średnicy od ok. 11 mm do 43 mm,
- na drzwiach złączy znajduje się tabliczka ostrzegawcza.
WARTO WIEDZIEĆ |
W pobliżu linii napowietrznych 15–20 kV detektory napięcia (podobnie jak w przypadku linii 110 kV) działające na zasadzie wykrywania obecności pola elektrycznego, np. typu AC Hot Stick, będą raczej wskazywały obecność lub brak napięcia w linii napowietrznej (jeżeli przewody linii napowietrznej nie będą ekranowane), a nie w kablu (kabel jest ekranowany). Kabel wyłączony spod napięcia, ale nierozładowany, ma ładunek elektryczny (jak kondensator) i przy dotknięciu żyły roboczej lub ekranu metalicznego kabla może nastąpić porażenie prądem elektrycznym nawet ze skutkiem śmiertelnym. |
Wnioski
Zadaniem artykułu jest przybliżenie funkcjonariuszom straży pożarnej, a zwłaszcza dowódcom akcji ratowniczo-gaśniczych, cech charakterystycznych kablowych linii elektroenergetycznych wysokiego, średniego i niskiego napięcia. W artykule nie przedstawiono wszystkich rozwiązań technicznych w zakresie budownictwa sieciowego, które są stosowane w sieciach dystrybucyjnej na terenie naszego kraju.
Literatura
- 3M, Katalog mufy i głowice, 2013 r.,
- EKUT, Katalog rozgałęźniki kablowe średniego napięcia.
- EKUT, Katalog złącza kablowe i kablowo-pomiarowe niskiego napięcia.
- ELMONTER, Katalog słupów rurowych EWN I EWND dla elektroenergetycznych linii napowietrznych o napięciu 110 kV.
- GENERIK ENERGETYKA, Album linii napowietrznych wielotorowych niskiego napięcia z przewodami izolowanymi samonośnymi AsXS i AsXSn o przekrojach 25–120 mm2 na żerdziach typu ŻN, Warszawa 2003 r.
- KROMISSBIS, Katalog energetyka 2008 r.
- TELEF-FONIKA, Katalog kable i przewody elektroenergetyczne, 2013 r.
- TELEF-FONIKA, Katalog kable wysokiego napięcia, 2013 r.
- ZPUE Włoszczowa, Katalog stanowiska słupowe ze zejściami kablowymi SN, 2010 r.
- ZPUE Włoszczowa, Katalog kontenerowe stacje transformatorowe, 2010 r.