Dobór osprzętu do linii kablowej: wprowadzenie do muf i głowic kablowych
Selection of Accessories for the Cable Power Line – Introduction to Cable Joints and Termination
Przykład uszkodzonego w czasie prac ziemnych kabla, który został „naprawiony”, fot. K. Kuczyński
Każda linia kablowa składa się z ułożonego na wyznaczonej trasie kabla wielożyłowego lub ułożonych kabli jednożyłowych w układzie wielofazowym albo kilku jedno- lub wielożyłowych kabli połączonych równolegle, łącznie z osprzętem przeznaczonym do łączenia, rozgałęzienia lub zakończenia linii, łączących urządzenia elektryczne jedno- lub wielofazowe [1, 10]. Linie kablowe powstają najczęściej na obszarach zurbanizowanych o gęstej zabudowie oraz w miejscach zagrożonych częstymi awariami.
Zobacz także
dr inż. Karol Kuczyński Łączenie kabli elektroenergetycznych SN oraz nn za pomocą muf kablowych
Złączki i końcówki prasowane lub śrubowe są stosowane głównie w mufach do trwałego łączenia pod względem elektrycznym i mechanicznym żył przewodów elektroenergetycznych miedzianych i aluminiowych. Stosuje...
Złączki i końcówki prasowane lub śrubowe są stosowane głównie w mufach do trwałego łączenia pod względem elektrycznym i mechanicznym żył przewodów elektroenergetycznych miedzianych i aluminiowych. Stosuje się je najczęściej do łączenia przewodów zarówno jednodrutowych, jak i wielodrutowych dla niskich i średnich napięć.
mgr inż. Katarzyna Kaczorek-Chrobak Właściwości ogniowe kabli bezhalogenowych i kabli PVC stosowanych w budynkach
W artykule przedstawiono wyniki badań reakcji na ogień zgodnie z normą PN-EN 13501-6 dwóch kabli bezhalogenowych, różniących się rodzajem materiałów konstrukcyjnych oraz kabla na bazie poli(chlorku winylu).
W artykule przedstawiono wyniki badań reakcji na ogień zgodnie z normą PN-EN 13501-6 dwóch kabli bezhalogenowych, różniących się rodzajem materiałów konstrukcyjnych oraz kabla na bazie poli(chlorku winylu).
ZnakDirect sp. z o.o. Znak Direct – znaczniki kablowe i inne oznakowania projektowane online
Czytelne i trwałe oznakowanie urządzeń, przewodów, kabli, szaf sterowniczych oraz elementów instalacji ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa pracy, sprawnego montażu i późniejszej obsługi technicznej. Firma...
Czytelne i trwałe oznakowanie urządzeń, przewodów, kabli, szaf sterowniczych oraz elementów instalacji ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa pracy, sprawnego montażu i późniejszej obsługi technicznej. Firma Znak Direct oferuje szeroki wybór tabliczek, oznaczników, naklejek i znaków przeznaczonych dla przemysłu, elektroinstalatorów, automatyków, producentów maszyn oraz wykonawców instalacji technicznych.
W artykule:
|
StreszczenieW artykule omówiono podstawowe kwestie dotyczące doboru muf i głowic kablowych. Zwrócono uwagę na możliwe uszkodzenia kabli wraz z mufami i głowicami. AbstractThe article discusses the basic issues regarding the selection of cable joints and termination. Attention was paid to possible damage to the cables, joints and terminations. |
Osprzęt kablowy musi charakteryzować się takim samym stopniem niezawodności pracy jak sam kabel. Każda awaria niesie za sobą konieczność poniesienia przez dostawców energii elektrycznej wysokich kosztów, co zmusza ich do opracowania metod zapobiegania takim sytuacjom. Z tego względu szybki i możliwie łatwy montaż osprzętu kablowego, którego konstrukcja wyklucza możliwość błędnego montażu, ma ogromne znaczenie dla każdego zakładu energetycznego [2, 3]Do osprzętu elektroenergetycznych linii kablowych należą elementy przeznaczone do łączenia, rozgałęzienia lub zakończenia kabli [10]:
- mufy kablowe, które zapewniają właściwości elektryczne i mechaniczne połączenia nie gorsze od właściwości kabla. Konstrukcja mufy zależy od napięcia znamionowego, rodzaju kabla, liczby i przekroju żył oraz technologii ich wykonania. Najczęściej stosuje się mufy przelotowe, łączące odcinki tego samego rodzaju kabla, oraz przejściowe, łączące różne rodzaje kabli, jakimi są trójfazowe kable w izolacji papierowo-olejowej i jednofazowe kable w izolacji z tworzywa sztucznego, najczęściej w kształcie litery Y lub T. Mogą być wykonane w technologii: taśmowej, termokurczliwej, zimnokurczliwej, nasuwanej i zalewanej, choć coraz popularniejsze są rozwiązania hybrydowe;
- złączki kablowe, przeznaczone do łączenia lub zakończenia żył roboczych i powrotnych;
- głowice kablowe, które zapewniają właściwą wytrzymałość elektryczną i mechaniczną zakończenia kabla oraz uszczelnienie przed wilgocią i ewentualnym wyciekiem syciwa. Ich konstrukcja zależy od: napięcia znamionowego, przeznaczenia do linii napowietrznych lub kablowych, liczby i przekroju żył, rodzaju izolacji i technologii jej wykonania [3].
Złączki i końcówki
Złączki i końcówki są stosowane głównie do trwałego łączenia pod względem elektrycznym i mechanicznym żył przewodów elektroenergetycznych miedzianych i aluminiowych. Stosuje się je najczęściej do łączenia przewodów zarówno jednodrutowych, jak i wielodrutowych dla niskich i średnich napięć [3, 4].
Złączki śrubowe, jak również końcówki kablowe w zależności od przeznaczenia muszą charakteryzować się różnorodnymi cechami, co doprowadziło do powstania bogatej oferty na rynku. Dla osoby dobierającej złączki i końcówki oznacza to konieczność znajomości kryteriów, które decydują o wybraniu konkretnego produktu o danych parametrach. Na rynku obserwuje się też dążenie producentów do wykonywania uniwersalnych złączek i końcówek zapewniających połączenie różnych rodzajów żył w pewnych zakresach ich przekrojów [4].
Kryteria te w znacznej mierze są zdefiniowane przez poziom napięcia, wykonanie żył kablowych, metodę montażu, jak również przez rodzaj mufy bądź głowicy kablowej. Oprócz związanych z tym okoliczności determinujących wybór, istnieje cały szereg kryteriów wyboru opartych na indywidualnym doświadczeniu lub preferencjach.
Kablowe złączki i końcówki śrubowe stanowią nowoczesną alternatywę dla technologii zaprasowywania złączek tulejowych. Podstawą technologii są tutaj śruby, których parametry określają przydatność złączki do konkretnych przekrojów żył kablowych oraz wpływają na szybkość, niezawodność oraz ergonomię montażu [4].
Śruby mogą być w wykonaniu z łbami zrywalnymi i niezrywalnymi. Śruby zrywalne ulegają zerwaniu przy określonym momencie dokręcania i nie ma konieczności użycia klucza dynamometrycznego. Najbardziej nowoczesną formą śruby z łbem zrywalnym jest tzw. śruba inteligentna. Śruba ta jest wykonana w postaci szeregu krążków umieszczonych na wspólnym rdzeniu. Na krążkach tych wykonany jest gwint. Takie wykonanie zapewnia poprawne zerwanie się śruby dla konkretnego przekroju żyły. Zastosowane śruby pozwalają na użycie złączki/końcówki dla szerokiego zakresu przekroju żył kablowych. Zapewniają pełną powtarzalność montażową, co wpływa na niezawodność połączenia. Zakłady i producenci osprzętu, stosujący tę technologię, uzyskują oszczędności w dziedzinie utrzymywania zapasów magazynowych. Wystarczy zamówić np. cztery typy złączek na magazyn zamiast 16, aby zapewnić połączenia żył w zakresie 16–300 mm2 [5]. Technologia ta eliminuje również błędy montażowe, przyspiesza i ułatwia montaż. Mały klucz, używany do dokręcania, zapewnia łatwość wykonania połączenia nawet w trudno dostępnych miejscach.
Interesującą innowacją jest zastosowanie przez producentów prasek ręcznych, hydraulicznych i elektrycznych na specjalnych matrycach oznaczeń przekrojów, do których są one przeznaczone.
Mufy kablowe
Mufy kablowe służą do połączenia dwóch lub większej liczby kabli. Najczęściej są wykonywane w technologii termokurczliwej, zimnokurczliwej, nasuwanej i zalewanej, choć można również spotkać rozwiązania hybrydowe, łączące te metody. W zależności od typu służą one do łączenia kabli jedno- i wielożyłowych w izolacji z tworzywa sztucznego, jak również papierowej.
Interesującym rozwiązaniem jest guma silikonowa, z której wykonana jest mufa zimnokurczliwa. Dzięki bardzo dobrym właściwościom elektroizolacyjnym oraz niskim odkształceniom trwałym jest coraz częściej stosowana w osprzęcie kablowym. Miarą elastyczności elementów zimnokurczliwych jest ich współczynnik sprężystości. Określa on różnicę między średnicą swobodnie obkurczonego elementu a średnicą tego samego elementu przed rozciągnięciem i nasunięciem na spiralę nośną [9]. Wstępnie rozciągnięty prefabrykat izolacyjny umieszczony jest na usuwalnej spirali nośnej. Po wykonaniu połączenia żył kabla przy zastosowaniu złączki prasowanej lub śrubowej oraz rozprowadzeniu masy uszczelniająco-wypełniającej nasuwa się prefabrykat na miejsce połączenia. Obkurczenie polega na usunięciu spirali nośnej przez jej wyciągnięcie.
Głowice kablowe
Do zakończenia kabli stosuje się głowice kablowe nazywane także czasami „mufami końcowymi”. Głowice muszą zapewniać odpowiednią wytrzymałość elektryczną i mechaniczną zakończenia kabla oraz jego uszczelnienie przed wilgocią, a także uniemożliwić wyciek syciwa w przypadku kabli w izolacji papierowo-olejowej [1].
W zależności od przeznaczenia wyróżnia się wiele rozwiązań konstrukcyjnych głowic. Podstawowy podział dotyczy miejsca zainstalowania głowicy. Wyróżnia się tu głowice napowietrzne i wnętrzowe. Ze względu na sposób wykonania i montażu głowic dzieli się je na zimnokurczliwe oraz prefabrykowane. Ze względu na kształt wyróżnia się głowice proste oraz kątowe. Na rodzaj głowicy mają wpływ także liczba i przekrój żył kabla [1].
Sterowanie polem elektrycznym
W przypadku kabli SN należy zwrócić uwagę na linie ekwipotencjalne pola elektrycznego – przy zakończeniu ekranu izolacji leżą blisko siebie, co wiąże się z wysokimi wartościami pola. Są one wystarczające do zapoczątkowania jonizacji powietrza i inicjacji wyładowań niezupełnych. Temperatura i produkty rozkładu doprowadzą do degradacji powierzchni izolacji. Występowanie nacięć lub ostrzy przewodzących może prowadzić do przeskoku ładunku lub przebicia izolacji [3, 6, 7].
Najczęściej w mufach kablowych możemy spotkać refrakcyjne podejście sterowania polem w zakończeniach łączonych kabli, które polega na użyciu materiału o wysokiej przenikalności elektrycznej lub o wysokiej stałej dielektrycznej. Materiał ten załamuje linie ekwipotencjalne, a zatem obniża koncentrację pola elektrycznego [3, 8].
Uszkodzenia kabli SN
Uszkodzenia kabli średniego napięcia polegają najczęściej na powstaniu zwarć doziemnych lub międzyfazowych. Może się to odbywać na drodze mechanicznej (uszkodzenie kabla w wyniku prac ziemnych, uszkodzenie przez gryzonie, uszkodzenie przez drzewa, gałęzie i sadź na podejściach kabli do stacji lub konstrukcji wsporczych), ale także w wyniku procesów starzeniowych (stopniowe osłabienie izolacji prowadzące do jej przebicia).
W przypadku kabli o izolacji z polietylenu uszkodzenia polegają najczęściej na powstaniu zwarć doziemnych lub międzyfazowych w wyniku tzw. drzewienia izolacji. Liczne uszkodzenia są skutkiem niewłaściwego ułożenia kabla i polegają na jego przemieszczaniu się względem miejsca pierwotnej lokalizacji w wyniku oddziaływania sił zewnętrznych, co skutkuje jego zniszczeniem mechanicznym [1].
Uszkodzenie głowic kablowych SN polega najczęściej na powstaniu zwarć doziemnych lub międzyfazowych. Znaczna liczba awarii skutkuje ich całkowitym zniszczeniem w wyniku spalenia lub wybuchu.
Uszkodzenie mufy polega najczęściej na jej zniszczeniu mechanicznym (rozszczelnienie, rozerwanie) lub elektrycznym (zwarcie). Liczne są także przypadki nadmiernego wzrostu rezystancji przejścia w miejscu połączenia kabli. W przypadku uszkodzenia mechanicznego skutkiem może być jedynie przerwanie ciągłości obwodu elektrycznego, częściej jednak występują zwarcia doziemne lub międzyfazowe [1].
Kable nn
Kable elektroenergetyczne niskiego napięcia budowane są w wielu różnych wariantach. Ze względu na ich konstrukcję wyróżnić można kable [1]:
- standardowe (o izolacji i powłoce polwinitowej),
- ekranowane z taśmą miedzianą,
- z koncentryczną żyłą ochronną,
- odporne na działanie materiałów ropopochodnych,
- bezhalogenowe,
- ognioodporne.
W sieciach niskiego napięcia najczęściej wykorzystywane są kable cztero- lub pięciożyłowe, z żyłami aluminiowymi lub miedzianymi, o izolacji i powłoce polwinitowej. Stosowane są także kable o izolacji z polietylenu usieciowanego. W porównaniu z kablami o izolacji z polwinitu charakteryzują się one większą odpornością na przeciążenia i zwarcia. Eksploatowane są zarówno kable z żyłami wielo-, jak i jednodrutowymi, przy czym te ostatnie są ograniczone do przekrojów od 35 do 120 mm2. Żyły wielodrutowe są natomiast stosowane także dla przekrojów 150, 185, 240 oraz 300 mm2. Żyły jednodrutowe są zazwyczaj żyłami sektorowymi, natomiast wielodrutowe – okrągłymi lub sektorowymi [1].
Obecnie w elektroenergetyce polskiej stosowane są powszechnie kable czterożyłowe niskiego napięcia, o izolacji z polwinitu lub polietylenu. Najczęściej wykorzystywane kable to: YAKY oraz YAKXS. W wielu przypadkach eksploatowane są jeszcze stare kable o izolacji z papieru nasyconego olejem (np. AKFtA). W ostatnich latach pojawiły się próby wprowadzenia do sieci niskiego napięcia kabli o izolacji z gumy silikonowej (np. kabel HDGs, NKGs, GsLGs). Kable te charakteryzują się bardzo wysoką odpornością na wpływ temperatury otoczenia oraz na działanie substancji chemicznych. Posiadają także dużą wytrzymałość na ścieranie powłoki. Ze względu na znaczne koszty nie są one jednak powszechnie stosowane [1].
W celu połączenia dwóch odcinków kabli niskiego napięcia stosuje się mufy przelotowe nn. Powszechnie wykorzystywane są mufy prefabrykowane. W przypadku kabli nn najczęściej stosowane są [1]:
- mufy taśmowe, wykonane przez ręczne nakładanie odpowiednich taśm,
- mufy taśmowo-żywiczne, w których pod osłoną mufy wykonywane jest wypełnienie żywiczne,
- mufy termokurczliwe, w których stosuje się prefabrykowane kształtki izolacyjne obkurczane termicznie,
- mufy taśmowo-termokurczliwe, łączące dwie poprzednie technologie,
- mufy zimnokurczliwe, w których stosuje się prefabrykowane elastyczne kształtki izolacyjne, dostarczane w stanie rozciągniętym i obkurczane przez usunięcie elementu rozpierającego po umieszczeniu kształtek na końcach kabla,
- mufy nasuwane, w których prefabrykowane elastyczne kształtki izolacyjne naciągane są ręcznie na końce linii.
Do łączenia żył roboczych kabli elektroenergetycznych niskiego napięcia stosowane są także wszelkiego rodzaju złączki zaprasowywane lub ze zrywalnym łbem. W złączach kablowych i rozdzielnicach nn żyły kabli można wyprowadzić bezpośrednio do zacisków złącza lub rozdzielnicy (np. zacisków typu V-klema) [1].
W publikacji [1] ciekawostką jest, że awarie w liniach napowietrznych i kablowych nn, zaobserwowane w ciągu 10 lat eksploatacji, wynosiły dla głowic kablowych nn 1,18% zaś dla muf kablowych – 1,10%. Natomiast podobna analiza awarii w liniach napowietrznych i kablowych SN w ciągu 15 lat obserwacji pokazuje, że stanowiły one 5,72% dla głowic kablowych SN oraz 5,66% dla muf kablowych SN [1].
Literatura
- A.Ł. Chojnacki, Analiza niezawodności eksploatacyjnej elektroenergetycznych sieci dystrybucyjnych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2013.
- G. Frankowski, Tradycyjne oraz alternatywne sposoby łączenia i napraw kabli elektroenergetycznych SN w świetle obowiązujących aktów normatywnych, elektro.info” 10/2012.
- K. Kuczyński, Osprzęt kablowy – wprowadzenie do muf i złączek kablowych, „elektro.info” 4/2015.
- Materiały firmy ARCUS Schiffmann.
- Materiały firmy ERKO.
- Materiały firmy Raychem.
- Materiały firmy Ensto.
- Materiały firmy Euromold.
- Materiały firmy 3M.
- http://bezel.com.pl.
- Materiały firmy Radpol.
