Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa (część 6.)

8. Badania linii kablowej

Odbiór linii kablowej powiązany jest z koniecznością przeprowadzenia prób pomontażowych (odbiorczych), które powinny być wyszczególnione w wymaganiach projektowych, wraz ze szczegółowymi dodatkowymi warunkami związanymi z ich wyborem i sposobem wykonania oraz metodyką postępowania do czasu przyłączenia linii kablowej do sieci. Wymagane może być wykonanie badań sprawdzających, diagnostycznych podczas procesu budowy i instalacji linii. W niniejszej Normie przedstawiono podstawowe wymagania w zakresie badań sprawdzających i odbiorczych. Wymagania dotyczą całych linii kablowych, a podany czas prób powinien być mierzony od czasu ustabilizowania się wartości napięcia pomiarowego. Wszystkie czynności pomiaru wielkości elektrycznych należy wykonać z zachowaniem zasad bezpiecznej pracy przy urządzeniach i instalacjach elektroenergetycznych.

8.1. Pomiar zgodności faz oraz ciągłości żył roboczych i powrotnych

Poszczególne żyły linii kablowej nie powinny mieć przerw. Końce poszczególnych żył kabli powinny być jednakowo opisane. Dotyczy to zarówno kabli elektroenergetycznych, jak i sygnalizacyjnych. Oznaczenia każdej z faz na obu końcach linii powinny być identyczne. Zgodność faz oraz ciągłość żył roboczych i powrotnych należy sprawdzić przyrządem o napięciu nie wyższym niż 24 V.

8.2. Rezystancja żył roboczych i powrotnych

8.2.1. Pomiar rezystancji żył roboczych i powrotnych kabli

Pomiar rezystancji żył roboczych i powrotnych w linii wykonuje się metodą mostkową lub techniczną, przy użyciu przyrządów o klasie dokładności 0,5. Prąd pomiarowy może być wymuszany napięciem nie wyższym niż 24 V. Podczas pomiarów rezystancji żył należy określić ich temperaturę. Przeliczony na temperaturę 20°C wynik pomiaru powinien być mniejszy lub odpowiadać wartościom podanym w dokumentacji projektowej lub w specyfikacji technicznej producenta kabli. Przeprowadzanie pomiaru wymagane jest zarówno dla linii nowych, jak i linii po wykonaniu naprawy. Celem pomiaru rezystancji jest sprawdzenie poprawności wykonania połączeń poszczególnych żył w linii.

8.2.2. Rezystancja żył roboczych i żył powrotnych:

a) dla kabli o napięciu > 1 kV rezystancja żył roboczych i powrotnych linii powinna być zgodna lub mniejsza od wartości określonych w specyfikacji technicznej kabla,

b) rezystancje poszczególnych żył kabli w linii kablowej powinny być wzajemnie porównywalne,

c) dla kabli o napięciu > 1 kV z uszczelnieniem promieniowym lub/i zbrojonych zaleca się wykonanie pomiaru wypadkowej rezystancji żyły powrotnej i porównania jej wartości z danymi obliczeniowymi, dokumentacją powykonawczą lub specyfikacją techniczną kabla,

d) rezystancja żył roboczych musi być zgodna z wartościami określonymi w przedmiotowej normie (PN-EN 60228),

e) pomiar należy skorygować do temperatury żyły roboczej wynoszącej 20°C,

f) przekrój ekranu metalicznego określony jest w specyfikacji technicznej kabla.

8.3. Rezystancja izolacji linii kablowych, sprawdzenie pojemności

8.3.1. Przed pomiarem rezystancji izolacji kabel linii każdorazowo należy rozładować i pozostawić uziemiony do czasu pomiaru (na czas nie krótszy niż 5 min). Powierzchnie zewnętrzne głowic powinny być oczyszczone. Czyszczenie głowic powinno być wykonane z zastosowaniem technik wskazanych przez producenta. Pomiary należy wykonać miernikiem rezystancji o napięciu pomiarowym 2,5 kV.

8.3.2. Pomiar rezystancji izolacji należy wykonać dla każdej żyły kabli względem pozostałych żył zwartych i uziemionych. Zmierzona lub przeliczona na 1 km długości linii wartość rezystancji (w stanie ustalonym, przy 2,5 kV), odniesiona do temperatury 20°C, nie powinna być mniejsza niż wartości podane w pkt. 8.3.5.

Przy porównywaniu rezystancji izolacji linii kablowej należy wziąć pod uwagę fakt, że rezystancja ta jest zwykle mniejsza od rezystancji izolacji kabli ze względu na obecność głowic i muf.

8.3.3. Zmierzoną rezystancję izolacji (R_zm) przelicza się na 1 km długości kabla wg wzoru:

                                                R_lkm = R_zm x l

gdzie l oznacza długość kabla, w [km].

8.3.4. Po pomiarze rezystancji izolacji kabel powinien być rozładowany, a poszczególne żyły – zwarte i skutecznie uziemione do czasu następnej czynności pomiarowej lub do czasu tuż przed podłączeniem linii do sieci. Należy określić długość linii kablowej, która może się różnić od długości trasy linii. Zmierzone wartości rezystancji izolacji należy przeliczyć na wartość przypadającą na 1 km długości linii kablowej, o ile ta jest dłuższa od 1 km. Jeżeli temperatura kabli podczas pomiaru rezystancji izolacji jest mniejsza niż 20°C, należy wynik pomiaru rezystancji skorygować (szczególnie dla kabli o izolacji papierowej).

8.3.5. Rezystancja izolacji każdej żyły kabla w linii względem pozostałych – zwartych, połączonych z żyłą powrotną powłoką metalową, pancerzem i uziemionych – odniesiona do temperatury 20°C, nie powinna być mniejsza niż:

a) w linii kablowej o napięciu znamionowym do 1 kV:

75 MΩ – dla kabla o izolacji gumowej,

20 MΩ – dla kabla o izolacji papierowej,

20 MΩ – dla kabla o izolacji z polichlorku winylu (PCW),

100 MΩ – dla kabla o izolacji polietylenowej,

b) w linii kablowej o napięciu znamionowym powyżej 1 kV:

50 MΩ – dla kabla o izolacji papierowej,

40 MΩ – dla kabla o izolacji z polichlorku winylu (PCW),

100 MΩ – dla kabla o izolacji polietylenowej,

1000 MΩ – dla kabla o napięciu znamionowym 110 kV.

8.3.6. Rezystancja izolacji zmierzona po próbie napięciowej izolacji nie powinna być mniejsza niż 90% wartości zmierzonej przed próbą.

8.3.7. Po zakończeniu pomiarów rezystancji izolacji kabel należy rozładować przez opornik o rezystancji równej co najmniej 0,1 MΩ i skutecznie uziemić żyły robocze i powrotne.

8.3.8. Sprawdzenie i pomiar pojemności kabla należy wykonać mostkiem do pomiaru pojemności. Pojemność kabla powinna być podana w [µF/km] i nie powinna znacząco różnić się od wartości podanych przez producenta. Pomiar pojemności kabli ma istotne znaczenie w bilansie mocy biernej i jego rola wzrasta wraz z długością linii kablowych. Dla linii kablowych o napięciu znamionowym niższym niż 30 kV wymagania te są nieobligatoryjne.

8.4. Próba napięciowa izolacji kabli

8.4.1. Próby napięciowe izolacji kabli należą do najważniejszych badań linii kablowej. Wybór układu probierczego, celu jego zastosowania i procedury pomiaru ma istotne znaczenie dla oceny jakości linii kablowej. Wartość napięcia, jego przebieg i częstotliwość oraz czas przyłożenia mają zasadniczy wpływ na wytrzymałość elektryczną układu izolacyjnego linii. W pkt. 8.4.4 wymieniono rodzaje napięć probierczych, które alternatywnie powinny być wykorzystane do wykonania prób napięciowych linii kablowych.

8.4.2. Podstawą wyboru rodzaju napięcia jest znajomość skutków oddziaływania określonego napięcia na linię kablową i korelacji wyników badań w stosunku do wyników otrzymywanych przy badaniu kabli napięciem probierczym sinusoidalnym, tj. napięciem, pod którym to dany system normalnie pracuje. Wybór jednej metody prób napięciowych i oceny stanu linii kablowej jest autonomiczną decyzją operatora sieci. Wybór układu probierczego zależy również od tego, czy próby wykonuje się w ramach prób pomontażowych, odbiorczych czy badań diagnostycznych. Zespoły probiercze 0,1 Hz mają ograniczone możliwości w zakresie wyższych napięć probierczych WN i najczęściej stosowane są w celach diagnostycznych lub w sieciach SN o mniejszych napięciach znamionowych. Zaleca się wykonywanie prób napięciowych izolacji kabli linii napięciem sinusoidalnym o częstotliwości zbliżonej do 50 Hz z wykorzystaniem zespołów probierczych napięcia przemiennego, w tym rezonansowych.

8.4.3. Podczas prób napięciowych wszystkie przewodzące części lub urządzenia towarzyszące (np. wyłączniki) znajdujące się w pobliżu zakończeń kabli (głowic) powinny być uziemione. Dopuszcza się przeprowadzanie prób napięciowych przy odłączonych głowicach od innych urządzeń linii kablowej. Należy zapewnić odpowiednie odległości między głowicami a innymi obiektami, aby zabezpieczyć się przed ewentualnymi przeskokami podczas próby napięciowej. Odległości te powinny być podane w odpowiednich instrukcjach, łącznie z przypadkami zastosowania przegród izolacyjnych. Wykonanie prób w rozdzielniach GIS wymaga dodatkowych uzgodnień i ustaleń z producentem głowic.

8.4.4. Próbę napięciową izolacji kabli w linii (wraz z zainstalowanym osprzętem) należy wykonać jednym z podanych poniżej rodzajów napięć probierczych:

1. Napięciem przemiennym sinusoidalnym (AC) o stałej amplitudzie i stałej częstotliwości, zawartej między 20 Hz a 300 Hz. Zaleca się, aby nominalną częstotliwością w tych próbach było 50 Hz (nominalna sieciowa); napięciem próby jest wartość skuteczna napięcia.

2. Napięciem przemiennym cosinusoidalno-prostokątnym (VLF-CP) o stałej amplitudzie i stałej częstotliwości zawartej między 0,01 Hz a 1 Hz. Nominalną częstotliwością napięcia w tych próbach powinno być 0,1 Hz (nominalna VLF). Zmiana biegunowości napięcia powinna zachodzić wg krzywej napięcia przemiennego o nominalnej częstotliwości 50 Hz. Dopuszcza się zmianę biegunowości wg krzywej z zakresu 20–300 Hz. Napięciem próby jest wartość maksymalna napięcia.

3. Napięciem stałym lub wyprostowanym (DC ±) o stałej amplitudzie i polaryzacji. Zaleca się stosowanie napięcia DC o biegunowości dodatniej. Napięciem próby jest wartość maksymalna napięcia.

Próbę napięciową izolacji kabla przeprowadza się, poddając go działaniu napięcia probierczego przez określony czas.

Napięcie próby odnosi się liczbowo do wartości skutecznej napięcia fazowego linii. Wartość napięcia probierczego oraz czas jego przyłożenia podano w tabeli.

8.4.5. Izolacja każdego kabla (każdej żyły) powinna wytrzymać działanie napięcia probierczego przez cały czas próby bez przeskoków i przebicia. Próbę napięciową izolacji kabla (izolacji żył) należy wykonać na wszystkich kablach linii kablowej. Podczas próby napięciowej żyły robocze pozostałych kabli oraz żyły powrotne i pancerze oraz inne metalowe elementy budowy kabla powinny być zwarte i uziemione. Podczas próby napięciowej należy unikać przeskoków do uziemionych przedmiotów znajdujących się w otoczeniu głowic kablowych.

8.4.6. Podczas wykonywania próby napięciem stałym lub wyprostowanym linii kablowych o napięciu znamionowym mniejszym od 30 kV należy mierzyć i rejestrować zmiany prądu upływu każdej żyły. Napięcie podnosi się do wartości wymaganej lub do wartości, przy której charakterystyka napięciowo-prądowa zaczyna odbiegać od liniowej. Taka zmiana charakterystyki może świadczyć o występowaniu uszkodzenia w układzie izolacyjnym systemu kablowego lub niewłaściwego oczyszczenia głowic. Prądy upływu w poszczególnych fazach powinny być porównywalne. Zaleca się dołączenie do dokumentacji pomiarowej danych dotyczących zmian prądu upływu w funkcji napięcia i czasu próby napięciem stałym.

8.4.7. W przypadku badania kabli o izolacji np. XLPE napięciem stałym należy unikać przeskoków na głowicach lub do uziemionych konstrukcji. Przeskoki te lub gwałtowne rozładowania (zwarcia) mogą być przyczyną inicjacji wad w kablach w czasie ładowania lub nawet po wykonaniu próby napięciowej napięciem stałym. Na czas próby napięciowej DC zaleca się instalowanie ogranicznika przeciwprzepięciowego, dopasowanego do wartości ok. 0,7 poziomu ochrony badanej linii. Po próbie napięciowej DC żyły kabli należy uziemić i zewrzeć do czasu tuż przed podłączeniem do sieci. Dotyczy to również prób diagnostycznych przeprowadzanych innymi rodzajami napięć probierczych lub prowadzonych w czasie dłuższym aniżeli przewidziany dla prób napięciowych odbiorczych.

8.4.8. Nie dopuszcza się wykonywania prób napięciowych odbiorczych linii kablowych napięciem przemiennym tłumionym (damped alternating voltage, oscillating waves) z uwagi na to, że metoda ta realizuje dokładnie to, co jest zabronione podczas prób napięciem stałym DC (patrz: pkt 8.4.6). Metoda DAC (OWTS) polega na ładowaniu kabla napięciem stałym i bardzo szybkim jego oscylacyjnym rozładowaniu (jak podczas przeskoku przy DC). Procedurę powtarza się wielokrotnie (50–100 razy), co prowadzi do postępującej degradacji izolacji wzdłuż całej długości linii kablowej. Dopuszczenie do wielokrotnego powtarzania rozładowania kabla w DAC staje w sprzeczności z procedurą prób DC, podczas których należy w ogóle unikać przeskoku, czyli szybkiego rozładowania linii, wskazując na niebezpieczeństwo uszkodzenia kabla podczas prób i dalszej eksploatacji.

8.4.9. Kable po każdej próbie napięciowej powinny być rozładowane i uziemione. Rozładowanie kabla po próbie napięciem stałym (DC) powinno być wykonane wolno, poprzez uziemienie żyły roboczej z włączonym szeregowo rezystorem (50–150 kΩ). Zaleca się rozładowywanie kabla przez co najmniej 0,5 godz./km, ale nie krócej niż wynosi czas próby napięciowej (15 lub 30 min). Po wykonaniu próby napięciowej i rozładowaniu badanego kabla wszystkie żyły kabli oraz żyły powrotne i pancerze oraz inne metalowe elementy budowy kabla powinny być zwarte i uziemione do czasu tuż przed załączeniem do sieci, ale nie krócej jak 3 godziny. Zaleca się załączenie linii kablowej do sieci po upływie co najmniej 24 godzin od czasu uziemienia linii po badaniach, gdy jej długość przekracza 1 km.

8.4.10. Linię kablową o napięciu znamionowym ≤ 110 kV i długości do 1 km przed przyjęciem do eksploatacji należy poddać 24-godzinnemu ruchowi próbnemu, według zasad określonych w projekcie powykonawczym. Dla linii dłuższych czas ruchu próbnego powinien wynosić co najmniej 48 godzin. Próba ruchu próbnego powinna być elementem prób odbiorczych linii kablowych.

8.5. Odporność osłony/powłoki izolacyjnej kabli na działanie napięcia (badania szczelności powłoki)

Na kablach opancerzonych lub kablach z żyłą powrotną i osłoną/powłoką wytłoczoną z tworzywa sztucznego należy wykonać próbę napięciową osłony/powłoki napięciem stałym lub wyprostowanym o polaryzacji dodatniej i o wartości:

• 5 kV dla kabli o napięciu znamionowym 1 kV < U_{n ≤ 30 kV},
• 10 kV dla kabli o napięciu znamionowym wyższym niż 30 kV.

Osłona/powłoka powinna wytrzymać napięcie stałe lub wyprostowane o wymaganej wartości w czasie 5 minut bez przebicia lub przeskoku.

Próbę należy wykonać przy wszystkich ogranicznikach napięcia odłączonych. Napięcie probiercze należy przyłożyć pomiędzy żyłą powrotną kabla (połączoną z metalowym uszczelnieniem promieniowym) i ziemią, na czas 5 minut. Czas przyłożenia napięcia powinien być liczony od momentu ustabilizowania się napięcia próby.

8.6. Wytrzymałość elektryczna przekładki izolacyjnej muf

Przekładka izolacyjna muf i głowic powinna wytrzymać bez przebicia napięcie probiercze 25 kV DC przez 1 minutę. Próbę należy wykonać przed rozpoczęciem montażu mufy, w układzie z krzyżowaniem powłok (cross – bonding). Czas przyłożenia napięcia powinien być liczony od momentu ustabilizowania się napięcia próby.

8.7. Badania sprawdzające i diagnostyczne

8.7.1. Próby międzyinstalacyjne powłoki

Po ułożeniu warstwy otaczającej lub płyt ochronnych, a przed zasypaniem pozostałej części wykopu, powinno się wykonać międzyinstalacyjną próbę szczelności powłoki kabla w sekcji. Próba napięciowa powłoki może być wykonana dla każdego odcinka kabla przed zasypaniem części rowu kablowego. Badania szczelności powłoki powinno się wykonać również przed ułożeniem płyt ochronnych i zasypaniem rowu kablowego materiałem wypełniającym – w przypadku podejrzenia o ewentualne uszkodzenie powłoki podczas instalacji kabli.

Próbę napięciową osłony/powłoki należy wykonać napięciem stałym lub wyprostowanym o polaryzacji dodatniej i o wartości 5 kV. Osłona/powłoka powinna wytrzymać napięcie stałe lub wyprostowane o wymaganej wartości w czasie 5 minut bez przebicia lub przeskoku.

8.7.2. Badania napięciowe diagnostyczne

8.7.2.1. Badania diagnostyczne mogą być przeprowadzone za zgodą właściciela/inwestora linii podczas budowy i eksploatacji. Właściciel/inwestor linii musi otrzymać pisemną informację o metodyce proponowanych badań oraz o spodziewanych efektach badań oraz ich interpretację, a także informacje o metodyce wnioskowania, w tym o zagrożeniach dla żywotności linii, spowodowanych przeprowadzeniem badań diagnostycznych. W przypadku linii kablowej objętej gwarancją właściciel/inwestor linii powinien uzyskać zgodę na ww. badania od producentów kabli i osprzętu.

8.7.2.2. Wybór metody badań diagnostycznych powinien być zgodny z wytycznymi z pkt. 8.4. Przed wyborem zespołów probierczych powinna być przeprowadzona analiza podstaw dla wyboru parametrów pomiarowych, jakie można uzyskać podczas prób. Podstawą do porównania są zawsze wyniki badań przy napięciu sieciowym w odniesieniu pomiarowym i literaturowym. Należy zwrócić uwagę, że pomiar np. wyładowań niezupełnych czy tangensa delta ma inne znaczenie i wartości w odniesieniu do pomiarów przy 50 Hz. Każda z metod może być przydatna w innym celu. Ważna jest interpretacja wyników pomiarów w odniesieniu do oceny i prognozowania przydatności eksploatacyjnej diagnozowanej linii kablowej. Dotyczy to również pomiarów w różnych układach 0,1 Hz.

8.7.2.3. Dla oceny stanu technicznego budowanej/przebudowywanej, remontowanej lub eksploatowanej linii kablowej dopuszcza się przeprowadzenie badań diagnostycznych z wykorzystaniem napięć probierczych podanych w tabeli 1. 

Wartość napięcia probierczego w badaniach diagnostycznych nie powinna przekraczać wartości 1,3 U₀. Dopuszcza się również wykonanie badań napięciem o innych kształtach i częstotliwościach. Zaleca się wykonywanie tych badań napięciem nie wyższym niż 0,8 U₀. Po zakończeniu badań diagnostycznych żyły robocze kabli powinny być uziemione do czasu tuż przed podłączeniem do sieci, bez względu na rodzaj przeprowadzonych prób diagnostycznych napięciowych.

8.7.2.5. W następstwie przeprowadzenia badań diagnostycznych napięciem wyższym niż 1,3 U₀ wymaga się wykonania badań odbiorczych linii kablowej w zakresie próby napięciowej izolacji kabli. Zaleca się, aby badania diagnostyczne napięciowe linii kablowych > 30 kV wykonywać z wykorzystaniem zespołów probierczych napięcia sinusoidalnego o częstotliwości 20–300 Hz, w tym rezonansowych zespołów probierczych.

8.7.3. Pomiar temperatury żył oraz lokalizacja uszkodzeń linii, zagrożeń mechanicznych i cieplnych

Dla oceny warunków obciążeniowych i ochrony linii kablowych sieci dystrybucyjnej przed kradzieżą zaleca się wykorzystywanie nowoczesnych technologii pomiarowych i stosowanie kabli SN z wbudowaną co najmniej jedną tubą światłowodową. Zaleca się też, aby instalowane kable 110 kV miały wbudowane w żyłę powrotną co najmniej 2 tuby światłowodowe, m.in. do wzdłużnego pomiaru temperatury kabla i optymalizacji obciążenia prądowego oraz ochrony i lokalizacji uszkodzenia. Obecność tub światłowodowych i podzespołów przygotowanych do łączności światłowodowej umożliwia późniejsze podłączenie układów pomiarowych do grupowego lub przełączalnego monitoringu linii. Układy pomiarowe typu DTS i DAS umożliwiają wzdłużne, dwu- i wieloparametryczne monitorowanie stanu linii kablowych na bazie dwóch różnych wielkości: akustycznej i temperaturowej. Jest to rozwiązanie nowoczesne i przyszłościowe. Po przyłączeniu trasa linii jest dokładnie zapisana na schemacie elektrycznym i sytuacyjnym oraz w profilu, który jest uwidoczniony na monitorze systemu (lub w innym, powiązanym). Każdy element trasy linii kablowej jest skorelowany z systemem nawigacyjnym umożliwiającym obejrzenie dowolnego miejsca trasy linii i warunków środowiskowych w jego najbliższym otoczeniu. Dotyczy to również przypadku wystąpienia zmian w przebiegu wielkości podczas wzdłużnego monitorowania linii kablowej w odniesieniu do temperatury oraz zdarzeń wewnątrz linii kablowej lub w jej bliskim czy dalszym otoczeniu.

9. Sprawdzenie zgodności wykonania linii kablowej z dokumentacją projektową

9.1. Przed zainstalowaniem kabli i wykonaniem badań linii należy sprawdzić zgodność parametrów kabli i osprzętu z wymaganiami norm przedmiotowych lub dokumentów, według których zostały wykonane. Należy sprawdzić, czy dostarczone kable elektroenergetyczne posiadają pełną dokumentację badania typu/systemu kablowego 64/110 kV, badań rutynowych i badań na próbkach. Dodatkowo w przypadku kabli elektroenergetycznych średnich napięć producent powinien przedstawić wyniki badań towarzyszących produkcji (np. zharmonizowane długotrwałe). Zgodność należy stwierdzić na podstawie atestów, protokołów odbioru albo innych stosownych dokumentów. Sprawdzenie dotyczy również innych urządzeń i osprzętu, który został zainstalowany w przedmiotowej linii kablowej.

9.2. Po zakończeniu budowy i instalacji linii kablowej oraz wykonaniu wszystkich badań należy sprawdzić zgodność wykonania linii kablowej z projektem technicznym. W następstwie powinna być wykonana pełna dokumentacja techniczna – z aktualnym rysunkiem trasy, opisem, przekrojami poprzecznymi itd. Wszystkie rysunki powinny być wykonane zgodnie z wymaganiami zamawiającego i przekazane w uzgodnionym formacie elektronicznym i papierowym. Do dokumentacji powinna być załączona instrukcja eksploatacji zbudowanej linii kablowej. Instrukcja powinna być opracowana zgodnie z instrukcją ramową eksploatacji linii kablowych zamawiającego.

9.3. Wyniki wszystkich badań i pomiarów oraz uwagi powinny być zarejestrowane i pokazane jako załącznik do dokumentacji powykonawczej budowy linii kablowej, a miejsca ich wykonania wyraźnie zaznaczone na przebiegu trasy linii kablowej.

10. Odpowiedzialność za budowę i instalację linii kablowej

Wykonawca jest odpowiedzialny za wszystkie prace związane z budową linii kablowej, w tym za prace związane z instalowaniem, łączeniem i zakończaniem wszystkich kabli, zgodnie z wymaganiami projektu i podpisanymi umowami.