Tradycyjne oraz alternatywne sposoby łączenia i napraw kabli elektroenergetycznych SN w świetle obowiązujących aktów normatywnych
Tradycyjne oraz alternatywne sposoby łączenia i napraw kabli elektroenergetycznych SN
W artykule omówiono różnice w wymaganiach normatywnych stawianych mufom do kabli SN o izolacji papierowej przesycanej syciwem, określonych w wycofanej normie PN-90 E-06401 oraz wymagania określone w normie PN-HD 629.2 S2:2006. Przedstawiono również szczegóły nowego rozwiązania muf do ich łączenia i napraw.
Zobacz także
Franciszek Spyra - Energopomiar - Elektryka Sp. z o.o. Metody ochrony kabli przed pożarem
Z pierwszymi większymi pożarami kabli zetknęliśmy się z chwilą wprowadzenia do produkcji kabli z tworzyw sztucznych. Przedtem kable produkowane były w izolacji papierowej i miały powłokę metalową. Duża...
Z pierwszymi większymi pożarami kabli zetknęliśmy się z chwilą wprowadzenia do produkcji kabli z tworzyw sztucznych. Przedtem kable produkowane były w izolacji papierowej i miały powłokę metalową. Duża ilość metalu w konstrukcji kabla utrudniała jego zapalenie. Pierwszy duży pożar kabli w Polsce powstał w grudniu 1970 r. w jednej z elektrowni. Wcześniej z problemem tym zetknęli się Węgrzy i w tym czasie mieli już pewne doświadczenia. Energopomiar zajął się wyjaśnieniem przyczyny powstania tego pożaru.
mgr inż. Andrzej Cichy, Ireneusz Słupicki, Sebastian Zakrzewski Układanie kabli WN w izolacji XLPE w powłoce polietylenowej w niskich temperaturach
Jednym z podstawowych warunków bezawaryjnej eksploatacji linii kablowych WN jest zastosowanie odpowiedniej technologii układania kabli, która powinna uwzględniać: wymagania i zalecenia producenta kabla,...
Jednym z podstawowych warunków bezawaryjnej eksploatacji linii kablowych WN jest zastosowanie odpowiedniej technologii układania kabli, która powinna uwzględniać: wymagania i zalecenia producenta kabla, pełnienie nadzoru nad układaniem kabli przez przedstawiciela producenta kabla, wyposażenie wykonawcy układającego kable, organizację pracy i BHP na budowie, wymagania przyszłego użytkownika linii kablowych, warunki terenowe, warunki pogodowe panujące podczas układania kabli.
mgr Marta Czerniec, inż. Adam Pahl Proces formalnoprawny realizacji inwestycji liniowych
Zmiany w obowiązujących przepisach znacznie wydłużyły czas niezbędny do przygotowania dokumentacji projektowej dla inwestycji budowlanych w celu uzyskania pozwolenia na budowę. Niniejszy artykuł ma na...
Zmiany w obowiązujących przepisach znacznie wydłużyły czas niezbędny do przygotowania dokumentacji projektowej dla inwestycji budowlanych w celu uzyskania pozwolenia na budowę. Niniejszy artykuł ma na celu przybliżenie Czytelnikom schematu postępowania wraz z podaniem czasu niezbędnego do uzyskania koniecznych decyzji i pozwoleń aż do otrzymania pozwolenia na budowę dla danej inwestycji.
StreszczenieEfektem procesu ujednolicenia wymagań Polskich Norm z wymaganiami norm europejskich są zmiany lub wycofanie niektórych norm krajowych. Dotyczy to między innymi norm określających wymagania dla osprzętu do kabli elektroenergetycznych SN o izolacji papierowej przesycanej syciwem. Zgodność z wycofaną normą PN-90 E-06401 nie oznacza automatycznie zgodności z PN-HD 629.2 S2.AbstractTraditional and alternative ways to connect and repair of medium voltage power cables in accordance with current normative actsUnification of requirements of Polish Standards with the requirements of European standards resulted in changes or withdrawal of certain national standards. This includes the standards defining the requirements for cable accessories for MV power cables with paper insulation. The compliance with the withdrawn PN-90 E-06401 standard does not automatically mean the compliance with PN-HD 629.2 S2. |
Kable SN o izolacji papierowej przesycanej syciwem nieściekającym obecnie są niestosowane, ale w krajowych elektroenergetycznych liniach kablowych wciąż stanowią znaczny udział. Do ich łączenia i napraw stosowane są mufy kablowe wykorzystujące różne technologie montażu, począwszy od taśmowo-żywicznej poprzez termokurczliwą, zimnokurczliwą, a skończywszy na różnorodnych kombinacjach poszczególnych technologii. Najbardziej popularna jest wciąż technologia taśmowo-żywiczna.
Większość muf w technologii taśmowo-żywicznej do kabli o izolacji papierowej przesycanej syciwem nieściekającym była wprowadzana do obrotu w czasie, kiedy obowiązującymi aktami normatywnymi określającymi parametry techniczne osprzętu kablowego były wycofane już obecnie normy:
- PN-76/E-05125 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa,
- PN-90 E-06401 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Osprzęt do kabli o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 30 kV.
Po przystąpieniu Polski do Unii Europejskiej zaistniała konieczność ujednolicenia wymagań Polskich Norm z wymaganiami norm europejskich. Odbywa się to poprzez wdrażanie norm europejskich do zbioru Polskich Norm. Wdrożenie norm europejskich związane jest z wycofaniem sprzecznych z nimi dotychczasowych norm krajowych.
W przypadku PN-76/E-05125 zapisy jej zostały ponownie opracowane przez SEP i funkcjonują pod nazwą SEP-E-004. Natomiast w zakresie, do którego odnosiła się wycofana w grudniu 2010 roku norma PN-90 E-06401, aktualne są obecnie normy:
- PN-HD 629.1 S2:2006 Badania osprzętu przeznaczonego do kabli na napięcie znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV. Część 1: Kable o izolacji wytłaczanej,
- PN-HD 629.2 S2:2006 Badania osprzętu przeznaczonego do kabli na napięcie znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV. Część 2: Kable o izolacji papierowej przesyconej,
- PN-EN 61442:2005 Metody badań osprzętu przeznaczonego do kabli energetycznych na napięcia znamionowe od 6 kV (Um=7,2 kV) do 36 kV (Um=42 kV)
będące wdrożeniem norm europejskich oraz dokumentów harmonizacyjnych opracowanych przez Europejską Komisję Normalizacyjną ds. Elektrotechniki CENELEC – European Committee for Electrotechnical Standardization.
W związku z tym, że w Ustawie z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji została zapisana zasada dobrowolności stosowania norm, wycofanie normy nie jest równoznaczne z jej unieważnieniem. Normy wycofane mogą być nadal stosowane, ale ten fakt powinien być uzgodniony między współpracującymi stronami (np. pomiędzy dostawcą i odbiorcą).
Wycofanie normy oznacza wyłączenie jej ze zbioru norm aktualnych ze względu na dezaktualizację jej treści. Jednakże prezentowane w nich rozwiązania nie są błędne. W praktyce, na przykład w specyfikacjach istotnych warunków zamówień ogłaszanych przez zakłady energetyczne, przywoływana jest zarówno norma PN-90 E-06401, jak i PN-HD 629-1 S2:2006.
Ich wymagania w dużym stopniu pokrywają się. Istnieją jednak pewne różnice dotyczące sekwencji wykonywanych badań, a także parametrów niektórych prób.
W dotychczasowych analizach [1] wskazywano głównie na różnice w wymaganiach odporności na działanie cieplne prądu zwarciowego, wynikające z różnych warunków eksploatacji sieci średniego napięcia w Polsce i krajach Europy Zachodniej.
Dla kabli, w których funkcję żyły powrotnej pełni powłoka ołowiana według PN-90 E-06401 prąd zwarciowy, którym należy obciążyć żyłę powrotną, oblicza się według wzoru:
gdzie:
Sn – przekrój poprzeczny powłoki ołowianej zmierzony przed próbą,
tz – czas przepływu prądu zwarciowego.
W najbardziej typowym przypadku kabla trójżyłowego o przekroju 3x120 mm2 na napięcia 12/20 kV i izolacji papierowej przesycanej syciwem nieściekającym i wspólnej powłoce ołowianej, wartość jednosekundowego prądu zwarciowego, którym należy obciążyć żyłę powrotną odcinka probierczego, wynosi I=9,6 kA.
Natomiast norma PN-EN 61442:2005 nie określa specyficznych wymagań dla tej próby. Wartość prądu zwarciowego i czas trwania zwarcia powinny zostać uzgodnione pomiędzy producentem osprzętu i klientem z uwzględnieniem specyficznych warunków zwarciowych sieci. Ponieważ większość producentów osprzętu kablowego SN to firmy zagraniczne, wykonując badania według normy HD 629 stosują one wartości prądu zwarciowego charakterystyczne dla swoich sieci kablowych.
Prąd zwarcia, którym należy obciążyć żyły robocze odcinków probierczych w celu zbadania odporności na oddziaływanie cieplne prądu zwarcia, określany jest w następujący sposób:
– według PN-90 E-06401 (tab. 1.):
gdzie:
j – gęstość prądu z uwzględnieniem wartości temperatury dopuszczalnej przy zwarciach dla danego rodzaju kabla,
Sn – przekrój znamionowy żyły kabla,
tz – czas przepływu prądu zwarciowego.
– według PN-EN 61442:2005:
dla żył aluminiowych:
dla żył miedzianych:
gdzie:
I – wartość skuteczna prądu zwarcia,
t – czas przepływu prądu zwarcia,
Sn – przekrój znamionowy żyły kabla,
Θsc – maksymalna dopuszczalna temperatura żyły,
Θ1 – początkowa temperatura żyły.
W najbardziej typowym przypadku, jakim jest kabel z żyłami aluminiowymi o przekroju 3x120 mm typu HAKnFtA, 12/20 kV, obliczenia wymaganego normami prądu zwarcia jednosekundowego przy temperaturze żyły kabla w chwili wystąpienia zwarcia wynoszącej 20°C oraz maksymalnej dopuszczalnej temperatury przy zwarciach dla kabli o izolacji papierowej przesycanej syciwem nieściekającym wynoszącej 150°C dają następujące wartości:
- według PN-90 E-06401: I=11,4 kA,
- według PN-HD 629.2 S2:2006: I=11,53 kA.
Jak widać z powyższego przykładu wymagania wytrzymałości zwarciowej dla kabli o izolacji papierowej przesycanej syciwem nieściekającym są dla obu norm bardzo zbliżone, przy czym wyższe wymagania stawia norma PN-HD 629.2.
Dość istotne są także różnice w parametrach próby wytrzymałości elektrycznej krótkotrwałej. Na podstawie normy PN-E90/06401 próba ta dla muf na napięcia 12/20 kV była wykonywana napięciem 55 kV przez 60 s. Według PN-HD 629.2 S2:2006 jest to wartość 4,5 Uo, czyli 54 kV, ale w czasie 5 minut (tab. 2.).
W przypadku próby wytrzymałości elektrycznej napięciem stałym według normy PN-E90/06401 dla muf na napięcia 12/20 kV badanie wykonywano przy napięciu 96 kV przez 30 minut. Norma PN-HD 629.2 S2:2006 określa te wymagania jako 6 Uo (72 kV) w czasie 15 minut.
Obok różnic dotyczących poszczególnych prób dość istotne są różnice w sekwencjach badań wymaganych przez obie normy oraz w liczbie obiektów badanych. Dla przypadku muf do kabli o izolacji papierowej przesycanej syciwem nieściekającym przedstawiono je w tabeli 3. i tabeli 4.
W przypadku normy PN-90 E-06401/04 ten sam odcinek testowy zawierający dwa obiekty badań był poddawany zarówno sprawdzeniu długotrwałej wytrzymałości elektrycznej i odporności na zmiany temperatury w powietrzu i w wodzie, jak i sprawdzeniu odporności na działanie cieplne prądu zwarcia. Drugi odcinek testowy, zawierający również dwa obiekty badań, poddawany był jedynie sprawdzeniu odporności na działanie dynamiczne prądu zwarcia, sprawdzeniu wytrzymałości udarowej oraz sprawdzeniu wytrzymałości elektrycznej napięciem stałym. W praktyce przyjęło się wykonywanie całej sekwencji badań na jednym odcinku testowym.
Norma PN-HD 629.2 S2:2006 przewiduje wykonanie badań dwóch odcinków testowych, ale bardziej równomiernie rozkłada obciążenia związane z wymaganą sekwencją badań na poszczególne odcinki testowe. I tak na przykład odcinek, który poddany jest sprawdzeniu odporności na działanie cieplne prądu zwarcia, nie przechodzi badań wytrzymałości elektrycznej i odporności na zmiany temperatury w powietrzu i w wodzie. Próba ta jest wykonywana na drugim odcinku badawczym, który z kolei nie jest poddawany sprawdzeniu odporności na działanie cieplne i dynamiczne prądu zwarcia. W efekcie łączne obciążenia każdego z odcinków testowych są mniejsze niż w poprzedniej sytuacji.
Występują także różnice dotyczące zakresu zgodności z normą w odniesieniu do rodzaju obiektu badanego. Według PN-HD 629.2 S2:2006 badania należy wykonywać na kablach o przekroju żył roboczych 120 mm2, 150 mm2, 185 mm2 lub 240 mm2. Pokrywa się to w zasadzie z wymaganiami PN-90 E-06401, która zakłada, że badania powinny być wykonywane na kablach o przekrojach 120 mm2 lub 150 mm2, ale w uzasadnionych przypadkach dopuszcza wykonanie badań na kablach o przekrojach 185 mm2 lub 240 mm2.
Należy zwrócić jednak uwagę, że o ile wykonane z efektem pozytywnym badanie według PN-90 E-06401 uprawnia do uznania za zgodną z tą normą całej rodziny osprzętu niezależnie od przekroju żył kabla, dla którego jest przeznaczony, to norma PN-HD 629.2 S2:2006 ogranicza tę możliwość tylko do osprzętu dla kabli o przekroju żył roboczych 95–300 mm2. Dla osprzętu do kabli spoza tego zakresu, w celu uznania zgodności z normą należy wykonać dodatkowo badania uzupełniające.
Większość badań typu przeprowadzanych w Polsce dla różnych rodzajów osprzętu kablowego została wykonana na kablach o najbardziej typowym przekroju – 120 mm2. Zgodnie z PN-90 E-06401 na ich podstawie można stwierdzić zgodność z normą osprzętu dla kabli 70 mm2. W przypadku zastosowania procedury badań zgodnej z PN-HD 629.2 S2:2006 badanie takie jest jednak niewystarczające do stwierdzenia zgodności z normą osprzętu do kabli o przekroju żył poniżej 95 mm2 i powyżej 300 mm2.
Uwzględnienie powyższych różnic może zapewnić poprawę kompatybilności i zamienności wyrobów, co jest określane jako jeden z podstawowych z celów normalizacji. Sama publikacja normy CENELEC HD 629 i wdrożenie jej do zbioru aktualnych polskich norm jako PN-HD 629 nie unieważnia uzyskanych wcześniej na podstawie lokalnych norm i specyfikacji aprobat technicznych, jednakże w ich przypadku nie można stwierdzić zgodności z normą CENELEC bez przeprowadzenia stosownych badań zgodnie z jej wymogami.
W tej sytuacji zasadna wydaje się potrzeba aktualizacji badań muf do kabli o izolacji papierowej przesycanej syciwem wprowadzanych do obrotu w czasie obowiązywania poprzednich aktów normatywnych. Jest to jednak proces dość długotrwały i kosztowny, przez co nie każdy z producentów osprzętu kablowego zdecyduje się na jego przeprowadzenie. Rozwiązaniem dla użytkowników chcących zadbać o zgodność stosowanego osprzętu z aktualnie obowiązującymi normami może być stosowanie konstrukcji wprowadzonych do obrotu już po zmianach w zbiorze Polskich Norm.
Mufy typu INSERT
Przykładem muf do kabli o izolacji papierowej przesycanej, które są obecnie badane na zgodność z wymaganiami aktualnie obowiązujących norm, może być unikalne rozwiązanie mufy naprawczej do kabli o izolacji papierowej przesycanej syciwem i powłoce ołowianej typu INSERT, jak również rodzina standardowych muf w technologii taśmowo-żywicznej serii EROJ (mufy przelotowe) oraz EROP (mufy przejściowe).
W przypadku uszkodzenia kabla w wyniku awarii elektrycznej lub urazu mechanicznego na odcinku długim na tyle, że nie można zastosować pojedynczej mufy, tradycyjne sposoby łączenia kabli elektroenergetycznych o izolacji papierowej przesycanej polegają na wykonaniu dwóch muf przelotowych i wykorzystaniu wstawki kabla tego samego typu. Znany jest także sposób łączenia tego typu kabli polegający na wykonaniu dwóch muf przejściowych i wykorzystaniu wstawki trzech kabli o izolacji XLPE.
Niedogodnością wspomnianych powyżej metod jest konieczność wykonania dwóch muf, co wiąże się ze znacznym wydłużeniem prac montażowych oraz chociażby ze względu na konieczność przygotowania odcinka kabla stanowiącego uzupełnienie. Nie bez znaczenia jest także koszt samego odcinka uzupełniającego.
Mufy typu INSERT zawierają trzy odcinki uzupełniające ekranowanej żyły aluminiowej o odpowiednio dobranym przekroju czynnym z zestożkowaną izolacją z polietylenu usieciowanego.
Dzięki odcinkom uzupełniającym można wyciąć zniszczony odcinek kabla, uzupełnić go na pożądanej długości, a następnie wykonać jedną mufę przelotową. Daje to możliwość połączenia lub naprawy kabla o izolacji papierowej przesycanej i powłoce metalowej, uszkodzonego w wyniku awarii lub urazu mechanicznego na odcinku nawet do 1 m, zmniejszając tym samym czasochłonność i koszty naprawy.
Żyły robocze łączonych odcinków kabli łączone są z żyłami roboczymi odcinków uzupełniających za pomocą złączek kablowych, zaprasowywanych lub śrubowych (rys. 3.).
Ekran na żyłach roboczych odtwarzany jest za pomocą taśmy półprzewodzącej z papieru marszczonego. Izolacja fabryczna kabla jest odtwarzana za pomocą taśmy izolacyjnej z papieru marszczonego przesycanego syciwem kablowym. Ekran na izolacji dowiniętej odtwarzany jest za pomocą taśmy półprzewodzącej z papieru marszczonego. Na każdą z osobna zaizolowaną i zekranowaną żyłę nawija się folię polwinitową. Końce mufy oraz miejsca na granicach powłok zewnętrznych i pancerzy, pancerzy i powłok ołowianych, a także krawędzie powłok ołowianych uszczelnia się za pomocą taśmy butylowej.
Powłoki ołowiane i pancerze łączonych odcinków kabli łączy się stosując cylindryczną plecionkę miedzianą o przekroju czynnym 50 mm2, mocowaną za pomocą sprężyn krążkowych. Na całej długości połączenia nawija się siatkę polipropylenową i uszczelnia za pomocą przezroczystej taśmy PVC, która dodatkowo jest wzmacniana taśmą z włóknami szklanymi. Zabezpieczenie zewnętrzne i uszczelnienie stanowi żywica elektroizolacyjna, która jest wstrzykiwana w korpus mufy za pomocą rękawa wtryskowego lub pistoletu.
Dostępny typoszereg muf serii 24-INSERT umożliwia dobranie właściwego rozwiązania o liczbie komponentów dobranej w sposób zapewniający wygodne wykonanie połączenia lub naprawy kabla o izolacji papierowej przesycanej syciwem na napięcie znamionowe 12/20 kV na odcinku o wymaganej długości.
Literatura
- T. Wiśnik, P. Chudobiński, O potrzebie badań osprzętu kablowego średniego napięcia na zgodność z wymaganiami krajowymi.
- PN-HD 629.1 S2:2006 Badania osprzętu przeznaczonego do kabli na napięcie znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV. Część 1: Kable o izolacji wytłaczanej.
- PN-HD 629.2 S2:2006 Badania osprzętu przeznaczonego do kabli na napięcie znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV. Część 2: Kable o izolacji papierowej przesyconej.
- PN-EN 61442:2005 Metody badań osprzętu przeznaczonego do kabli energetycznych na napięcia znamionowe od 6 kV (Um = 7,2 kV) do 36 kV (Um = 42 kV).
- PN-76/E-05125 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- PN-90 E-06401 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Osprzęt do kabli o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 30 kV.
