Artykuł sponsorowany

Badania odbiorcze linii kablowych 110kV w świetle wymagań zakładów energetycznych oraz międzynarodowych wytycznych i norm

Megger

W ciągu ostatnich lat obserwujemy coraz więcej instalacji linii kablowych 110kV zarówno krótkich odcinków np. łączących transformator z rozdzielnią WN, jak i dłuższych linii kablowych stanowiących skablowanie istniejących linii napowietrznych ew. instalowanie nowych odcinków. Tendencja ta jest spowodowana kilkoma czynnikami.

  • Większe bezpieczeństwo przesyłu energii liniami kablowymi niż liniami napowietrznymi np. w miastach.
  • Modernizacje istniejących linii napowietrznych tzw. wcinki.
  • Spadek cen kabli, jak i samych usług instalatorskich a co za tym idzie inwestorzy coraz chętniej, używają kabli zamiast linii napowietrznych.
  • Integracja różnorodnych źródeł energii z istniejącą infrastrukturą za pomocą linii kablowych.

Niestety na chwilę obecną nie ma zunifikowanych wytycznych odnośnie do wymagań badań odbiorczych linii kablowych WN i ich pełnego zakresu. Zakłady Energetyczne często mają własne wymagania, istnieją również normatywy harmonizujące oraz normy międzynarodowe. Powoduje to dość duże utrudnienia dla firm wykonawczych, a szczególnie kosztorysantów tych firm, którzy nie będąc specjalistami w tej dziedzinie, muszą założyć pewne koszty i wprowadzić je do budżetu danego projektu. Często bywa też tak, że w projekcie nie jest wskazane wg jakiego standardu czy normatywy mają być wykonane badania. Często spotykamy się z sytuacjami, kiedy w projekcie jest wymóg badania odbiorczego w postaci próby napięciowej DC (napięciem stałym) potocznie nazwanym kenetracją (od nazwy urządzenia kenetron lub ABK-A). Koszty takiej prostej próby napięciowej są dużo niższe, ale również próba nie przynosi żadnych korzyści. Co więcej, może spowodować awarię kabla w trakcie eksploatacji. Związane jest to ze zjawiskiem ładunku przestrzennego (ang. Space Charge), który może przyspieszyć degradację izolacji polietylenowej.

Druga sprawa jest taka, że wiele firm zajmujących się budową linii kablowych nie posiada sprzętu do wykonania badań odbiorczych i badań po-naprawczych. Powód jest prosty: sprzęt ten jest relatywnie drogi w stosunku do cen usług badań po-montażowych (odbiorczych). Dodatkowo ten sprzęt wymaga obsługi oraz pewnej wiedzy w kwestii interpretacji danych pomiarowych. Powyższe czynniki sprawiają, że firmy wykonawcze mają często trudności, aby spełnić zobowiązania na czas oraz kwotowe wymagania, które tak naprawdę często do końca nie są znane.

W 90% przypadków obecnie, mamy do czynienia z takim zakresem badań po montażowych na nowych liniach kablowych 110kV:

Badania niskonapięciowe

  • oględzinach zewnętrznych;
  • pomiarze ciągłości żył głównych i powrotnych;
  • sprawdzeniu kolejności podłączenia i oznaczenia faz;
  • pomiarze rezystancji żył głównych i powrotnych;
  • pomiarze pojemności faz;
  • pomiar rezystancji izolacji głównej kabla przed i po próbie napięciowej;
  • próba napięciowa powłoki zewnętrznej z użyciem napięcia DC o wartości 10kV;

Badania wysokonapięciowe

  • Próba napięciowa
    • Napięcie AC (ang. alternating current) napięcie przemienne o stałej amplitudzie w częstotliwości 20 – 300Hz;
    • Napięcie DAC (ang. damped alternating current) napięcie przemienne tłumione w częstotliwości 20-500Hz;
    • Pomiar WNZ (wyładowania niezupełne) wraz z identyfikacją WNZ oraz lokalizacją;

Video przedstawiające badanie kabli wysokiego napięcia systemem HV DAC

Zatem przyjrzyjmy się dokładniej badaniom wysokonapięciowym, ponieważ te badania nie stanowią problemu i przeważnie firmy posiadają miernik rezystancji, urządzenie do badania pojemności oraz wymuszalnik prądowy wraz z pomiarem niskich rezystancji (mikroomomierze).

W pierwszej kolejności przytoczymy normatywy międzynarodowe i dokumenty harmonizujące tj: IEC 60840 z 2011 (ang. International Electrotechnical  Commission). Jest to norma, która nie jest przetłumaczona na język polski, nie mniej jednak wszyscy producenci kabli 110kV korzystają z niej, jeśli chodzi o wykonywanie prób typu czy prób wyrobu. Pełna nazwa normy z ang. to Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 30 kV (Um = 36 kV) up to 150 kV (Um = 170 kV) - Test methods and requirements, którą można przetłumaczyć: Kable energetyczne z izolacją wytłaczaną i ich akcesoria dla napięć powyżej 30 kV do 150 kV metody badań i wymagania.

Dlatego bazując na tym międzynarodowym dokumencie, również możemy uzyskać informację o metodzie prób napięciowych po instalacji. Tłumacząc paragraf 16.3 tego dokumentu odnoszący się do badań odbiorczych mamy następujące stwierdzenie: Próba napięciem a.c (alternating current) – napięcie przemienne powinna być ustalona pomiędzy właścicielem kabla oraz wykonawcą (instalatorem/wykonawcą). Kształt napięcia powinien być istotnie (w dużym stopniu) sinusoidalny, a częstotliwość tego napięcia powinna oscylować w granicach (20 Hz – 300 Hz). Napięcia prób podane są w tabeli 4 kolumna 10 i powinny być zadane przez 1 godzinę. Wartości napięć pokazane są w tabeli 1 w dalszej części tego dokumentu.

Dodatkowo istnieje zapis, że alternatywnie napięcie Uo (nominalne a w przypadku kabli 110kV to 64 kV wartości skutecznej) powinno być zadane przez 24 godziny. Tu rozumiemy próbę na jałowo bez obciążenia.

W dokumencie nie ma informacji o badaniach diagnostycznych typu WNZ czy Tg delta dla badań odbiorczych po instalacji.

Następnym aktualnym dokumentem, w którym możemy znaleźć informację o próbach napięciowych jest norma PN-HD 632 S3:2017 - wersja angielska - można ją zakupić na polskiej stronie Polskiego Komitetu Normalizacyjnego (PKN). W niniejszym dokumencie HD 632 w części 1 określono metody badań i wymagania dotyczące: osobno systemów kabli energetycznych, osobno kabli oraz osobno osprzętu kablowego. Część 1 dotyczy kabli do układania na stałe, na napięcie znamionowe powyżej 36 kV (Um = 42 kV) do 150 kV (Um = 170 kV) włącznie. W odpowiednich sekcjach części od 3 do 11 podano szczegółowo dodatkowe badania i wymagania, które mogą być niezbędne w związku z różną budową kabli i osprzętu oraz różnymi warunkami technicznymi sieci, a nie zostały opisane w części 1.

Próba napięciowa DAC 2.0xUo na kablu 110kV z wykorzystaniem systemów marki Megger HV DAC 300.


Odnosząc się do tego dokumentu mamy następujące wymagania, co do próby napięciowej (tłumaczenie z ang.): Napięcie próby powinno być podnoszone do wartości 2.5xUo i utrzymane przez 10 min. Jeśli użyty jest system rezonansowy a.c, częstotliwość napięcia powinna być utrzymana w zakresie (25Hz – 200 Hz).

Inną metodą jest próba napięciowa napięciem a.c. przez układ trzyfazowy w formie gwiazdy (połączony przez nieuziemioną 1 z faz) i przykładając wartość 1,7xUo do dwóch pozostałych. Długość próby 2x po godzinnie (zakładając zmianę fazy w układzie gwiazda). Jest to metoda raczej nie stosowana i często trudna do uzyskania (konfiguracja gwiazda).

Następną próbą opisaną w dokumencie jest próba napięciem oscylacyjnym tłumionym DAC  (ang. oscillating voltage). Norma zaleca badanie do 3.0xUo a częstotliwość napięcia oscylacyjnego jest w granicach <200 Hz i ok.5 kHz>. Próba składa się z wyzwoleń napięcia (strzałów). Ilość wyzwoleń – 50 na każdą z faz.

Dokumentem, w którym również opisane są metody badania kabli 110kV jest norma PN-EN 60060-3 2008 „Wysokonapięciowa technika probiercza część 3: Definicje i wymagania dotyczące prób w miejscu zainstalowania”. W tej normie nie mamy podziału na zakres napięciowy, opisane są źródła napięcia oraz wymagane parametry. W paragrafie nr 10 tej normy mamy opisany system oparty na napięciu oscylacyjnym, gdzie istnieje informacja, że częstotliwość napięcia powinna być niższa niż 1000 Hz wartość napięcia dla próby, należy ją ustalić przez właściwy komitet techniczny (cokolwiek ma to oznaczać), który może także określić kryteria przyjęcia dla odpowiednich aparatów wysokiego napięcia. W paragrafie nr 6 mamy opisaną metodę opartą na napięciu przemiennym. Zgodnie z zaleceniami normy częstotliwość napięcia a.c. powinna być w zakresie 10 Hz – 500 Hz, jeśli komitet techniczny nie wprowadził innych ograniczeń. Kształt napięcia powinien być zbliżony do sinusoidy, o symetrycznych względem siebie półokresach. Dwa układy probiercze napięcia a.c. są opisane w podparagrafach 6.3.3.1 i 6.3.3.2 tj: Transformatorowy układ probierczy i szeregowy układ rezonansowy. Norma nie podaje wartości dla napięć probierczych dla kabli 110kV.

Reasumując informację zawarte w wyżej wymienionych normatywach, jak i systemach komercyjnych dostępne są w Polsce i na świecie. Mamy dwie możliwości, jeśli chodzi o systemy probiercze:

  • System rezonansowy oparty na napięciu a.c. (w formie transformatora zainstalowanego na pojeździe lub naczepie/przyczepie) wytwarzającego napięcie a.c. o stałej amplitudzie i kształcie sinusoidalnym o częstotliwości między 20 – 300 Hz wg. IEC 60840, między 25- 200 Hz wg PN-HD 632 s3 oraz 10 Hz – 500 Hz wg PN-EN 60060-3,
  • System oparty o napięcie a.c. tłumione (oscylacyjno-tłumione) opisywane w normatywach jako napięcie DAC (ang. damped AC) w częstotliwości niższej niż 1000 Hz,
  • Alternatywie możemy użyć próby na jałowo dla napięcia Uo-24 godziny.

W każdym z powyżej przytoczonych przypadków (prób napięciowych) możemy wykonać próby na zmostkowanych 3 fazach L1L2L3 połączonych równolegle. Przytoczone normy nie specyfikują badań diagnostycznych.

Co do czasu i wartości napięcia probierczego to mamy dwie możliwości:

  • Dla napięć a.c. próba powinna trwać 1h dla napięcia 2.0xUo oraz 10min. dla wartości napięcia 2.5xUo.
  • Dla napięć DAC (napięcie oscylacyjno-tłumione) próba powinna trwać 50xDAC (50 wyzwoleń napięcia DAC) dla napięcia 3.0xUo wg. PN-HD 632 s3.

Jeśli w przypadku napięcia rezonansowego mamy doczynienia z prostą regułą: wyższe napięcie probiercze – to krótszy czas próby to już w przypadku napięcia oscylacyjnego tłumionego DAC nie jest już ta kwestia taka prosta. W pierwszej kolejności częstotliwość nie jest zbieżna dla normy PN-HD 632 S3 a wytycznymi np. PN-EN 60060-3. Po drugie czas próby nie jest określony w sposób jednoznaczny.

Z pomocą przychodzi dokument (wytyczne) IEEE400.4 2015. „Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Rated 5kV and Above with Damped Alternating Current (DAC) Voltage”.

Nie jest to norma polska, ale przewodnik amerykański wydany przez IEEE (Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników). IEEE jest organizacją typu non-profit skupiającą osoby zawodowo związane z elektrycznością i elektroniką, a także pokrewnymi dziedzinami. W dokumencie tym mamy opisaną metodę DAC wraz z parametrami i wytycznymi odnośnie do wykonywania prób napięciowych.

Parametry, jak i wytyczne zawarte w tym dokumencie zostały ustalone na podstawie wieloletnich badań i doświadczeń środowisk naukowych oraz instytutów badawczych. Przytaczając zatem ten dokument, mamy następujące wymagania prób napięciowych dla nowych kabli 110kV: Częstotliwość napięcia DAC powinna wynosić (20 Hz – 500 Hz). Ilość wyzwoleń napięcia DAC – 50xDAC, a wartość napięcia probierczego powinna wynosić 2.0xUo. Dokument również opisuje metody pomiaru WNZ oraz stratności dielektrycznej (Tg delta) przy wykorzystaniu napięcia DAC.

W zakładach energetycznych wymagania dotyczących prób napięciowych dla nowo zainstalowanych kabli 110kV są ustalane na podstawie własnych doświadczeń oraz bazują na informacjach zawartych ww. normach i dokumentach.

W tabeli 1 przedstawione są aktualne dzisiaj wymagania, co do prób napięciowych oraz zakresu diagnostyki. Oczywiście wybór sprzętu zależy od dostępności i ceny, nie mniej jednak pokażemy również, dlaczego warto korzystać z systemów DAC przy próbach napięciowych w dalszej części tego artykułu.

Tabela 1. Wytyczne zakładów energetycznych odnośnie do prób napięciowych i diagnostyki linii kablowych 110kV.

 

Innogy (RWE)

Enea Operator

Energa Operator

Tauron Dystrybucja

PGE Dystrybucja

Dokument

 

„Kabel elektroenergetyczne 110kV Specyfikacja techniczna (Przepis)” czerwic 2016 rok ale nie ma bezpośredniej informacji o wytycznych dla badań po-montażowych.

 

„Pomiary i diagnostyka linii kablowych wysokiego i średniego napięcia” Standard w sieci dystrybucyjnej ENEA Operator SP. z .o.o 1 Styczeń 2017 rok.”

„Instrukcja Wykonywania Badań Linii Kablowych SN i WN” z 20 listopada 2014 roku

„Standard techniczny nr 30/2018 dla warunków budowy elektroenergetycznych linii kablowych WN wraz z kablami i osprzętem na terenie Tauron Dystrybucja S.A Kraków , kwiecień 2018 rok”

„Wytyczne do budowy  systemów elektroenergetycznych  w PGE Dystrybucja S.A. 2011 TOM 1.

Informacja iż kable powinny spełniać wymagania normy IEC 60840 ale nie ma bezpośredniej informacji o wytycznych dla badań po-montażowych”

Próba napięciowa

Napięcie a.c. 2.0xUo - 1h.

dopuszcza się alternatywnie w razie braku możliwości technicznych napięcie Uo -24h

Napięcie DAC 1.7xUo – 1h.

 

dopuszcza się alternatywnie w razie braku możliwości technicznych napięcie Uo -24h

Napięcie a.c. 2.0xUo - 1h.

 

Napięcie DAC 2.0xUo – 1h.

 

Dodatkowo przed próbą rozruchową wymagana jest próba napięcie DC o wartości 3.0xUo w czasie nie dłuższym niż 1 min.

Napięcie a.c. i DAC 2.0xUo - 1h.

 dopuszcza się alternatywnie w razie braku możliwości technicznych napięcie Uo -24h

Napięcie a.c. i DAC 2.0xUo - 1h.

dopuszcza się alternatywnie w razie braku możliwości technicznych napięcie Uo -24h

Diagnostyka

Brak

Pomiar WNZ dla napięcia DAC

Pomiar WNZ/Tg delta (nie podane jednoznacznie przy jakim napięciu ma zostać wykonana diagnostyka)

Brak

Brak

Częstotliwość napięcia

a.c. 20-300 Hz

DAC 20-500 Hz

DAC  20-500 Hz

a.c.20-300 Hz

 

 

DAC 20-300 Hz

a.c. 20-300 Hz

DAC 20-300 Hz

a.c. 20-300 Hz


Jak wynika z tabeli 1, tylko w przypadku Energa Operator i Enea Operator miały dokładnie sprecyzowany system pomiarowy i dodatkowo podany wykaz badań diagnostycznych. Aktualnie nie jesteśmy w stanie wskazać innych norm lub wytycznych w wymienionych zakładach energetycznych poza tymi, które są oficjalnie dostępne w sieci internetowej. Niemniej jednak bazując na doświadczeniach zebranych z kilku ostatnich lat podczas badań odbiorczych jasno wynika, że sami wykonawcy i instalatorzy przekonali się o potrzebie zastosowania diagnostyki kabli 110kV (oprócz próby napięciowej dodatkowej). Firmy wykonawcze chcąc sprostać wymogom inwestorów starają się zapewnić pełen zakres badań odbiorczych, a co za tym idzie zapewnić odbiorcę (inwestora), że linia kablowa wchodząca na majątek sieciowy jest w pełni sprawna i nie ukrywa żadnych błędów instalatorskich (montażowych). Podejście to wydaje się bardzo rozsądne, a wykonanie dodatkowych badań wraz z próbą napięciową nie jest technicznie skomplikowane. Wiadomo powszechnie, że sama próba napięciowa jest próbą zero-jedynkową. Kabel może wytrzymać próbę lub ulec awarii podczas próby.

W przypadku monitorowanej (przez pomiar WNZ) próby napięciowej, mamy dodatkową informację o stanie izolacji, muf czy głowic. Co za tym idzie nawet mimo udanej próby napięciowej (brak przebicia) jesteśmy w stanie określić poprawność montażu kabla, jak i akcesoriów kablowych (muf i głowic). Jest to informacja istotna, ponieważ udokumentowane są przypadki, gdy linia kablowa została dopuszczona do eksploatacji (po próbie napięciowej), ale uległa awarii np. 3 miesiące od załączenia. W takich przypadkach koszty naprawy i przestoju linii mogą być bardzo wysokie. Statystyki firmy Megger pokazują, że błędy w montażu muf oraz głowic kablowych w 90% przypadków są wykrywane na podstawie właśnie diagnostyki WNZ do 2.0xUo. Ponadto doświadczenia Megger pokazują, że wiele  defektów w mufach kablowych czy głowicach ma zapłon powyżej wartości 1.6 – 1.8xUo i są wykrywane podczas podnoszenia napięcia probierczego, a nie w samej fazie próby napięciowej. W odróżnieniu od punktowej lokalizacji WNZ w kablu integralny pomiar Tg delta wydaje się nieuzasadniony w przypadku nowych linii kablowych i przez firmy eksploatacyjne (energetyczne) niewymagany. W istocie jest to parametr diagnostyczny, który bardziej sprawdza się na izolacjach zestarzałych i eksploatowanych przez długie lata jako wytyczna strat dielektrycznych. Istotną sprawą jest też fakt, że Tg dleta jest trudno mierzalny przy systemach rezonansowych a.c. (o stałej amplitudzie).    

W tabeli 2 umieściliśmy podstawowe dane i możliwości dwóch systemów: rezonansowego opartego na napięciu a.c. i rezonansowego opartego na napięciu oscylacyjno –tłumionym DAC.

Tabela 2. Cechy systemów do prób napięciowych kabli WN: a.c. rezonansowego i DAC rezonansowego tłumionego.

Systemy rezonansowe  a.c (20-300 Hz)

Systemy rezonansowe DAC (20-500 Hz)

Stała amplituda fali napięciowej oscylacyjnej sinusoidalnej

Tłumiona amplituda fali oscylacyjnej sinusoidalnej

Pomiar WNZ może odbywać się zgodnie z IEC 60270 [ kalibracja w pico-coulombach pC] ale częściej stosowane są systemy pomiaru metodą indukcyjna lub pojemnościową (czujniki) lokalnie na głowicach i mufach kablowych

Pomiar odbywa się zawsze metodą zgodną z IEC 60270 [kalibracja w pico-coulombach pC]. Pomiar WNZ jest zintegrowany w systemie i nie wymaga dodatkowych czujników, systemów pomiarowych. Możliwa precyzyjna lokalizacja WNZ na podstawie analizy TDR

W przypadku próby napięciowej na kablach powyżej 3-4 km potrzebne dodatkowe systemy (kaskada) i przerwy w próbie aby nie przegrzać transformatorów

Możliwość próby na kablach o długości nawet 20 km bez konieczności łączenia systemów. Brak konieczności przerw podczas próby na długich odcinkach kablowych.

Waga ok. 40 ton – jeden system pozwalający na wygenerowanie 128 kV (2.0xUo)

Waga ok. 1000 kg  - jeden system pozwalający na wygenerowanie 128 kV (2.0xUo)

Instalacja systemu (ok. 8 godzin)

Instalacja systemu (ok. 1 godziny)

Cena systemów w zależności od producenta i dodatkowych opcji w zakresie 900 tyś Euro – 2 miliony Euro, dodatkowe koszty: w formie ciągnika siodłowego, generatora prądotwórczego dużej mocy, obsługi

Cena systemów w zależności od producenta i dodatkowych opcji w zakresie 600 kEuro – 1 milion Euro, dodatkowe koszty: samochód do przewozu furgon 3,5t DMC, zasilanie 230 VAC lub 400VAC z generatora min 3kVA.

Badania wg IEC, PN-HD, VDE, EN, IEEE

Badania wg IEC, PN-HD, VDE, EN, IEEE

 

Firma Megger Sp. z o.o oferuje pomiary odbiorcze na kablach WN (110kV i 220kV). Bazując na doświadczeniu i normatywach polskich oraz międzynarodowych do prób napięciowych kabli 110kV zalecamy system DAC.

Zalecane parametry próby napięciowej:

  • częstotliwość fali: oscylacyjno-tłumionej w zakresie 20-500 Hz;
  • pomiar WNZ do 2.0xUo (Uo-64kV wartość skuteczna);
  • monitorowana próba napięciowa 1 godzinna dla 2.0xUo.

Megger Sp. z o.o.

ul. Słoneczna 42A
05-500 STARA IWICZNA
Tel.: +48 22 2 809 808


www.megger.com.pl

 

[linie kablowe,badania napięciowe,badania niskonapięciowe,badania wysokonapięciowe,badania odbiorcze,megger sp. z o.o.,system hv dac,kable]

Komentarze

(0)
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
6/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 6/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Zasilacze UPS w układach zasilania urządzeń elektromedycznych
  • - Oszczędność kosztów dla przedsiębiorstwa przemysłowego na podstawie analizy faktur zakupowych za media energetyczne
Zobacz szczegóły
Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Instalacja elektryczna znajduje się w każdym budynku i jest częścią układu niskiego napięcia. Powinna być wykonana z niezwykłą starannością oraz dokładnością. Co...
ELEKTROMETAL ELEKTROMETAL
PRODUKCJA - DYSTRYBUCJA - SERWIS przeciwwybuchowych i przemysłowych opraw oświetleniowych przeciwwybuchowych puszek rozgałęźnych,...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl