Badania odbiorcze linii kablowych średniego i wysokiego napięcia w świetle obowiązujących norm, standardów i instrukcji
Linie kablowe średniego napięcia są powszechnie stosowanym rozwiązaniem w sieciach energetycznych i należy się liczyć z sukcesywnym przyrostem długości tych sieci. W Polsce coraz częściej, także w sieciach WN, stosuje się linie kablowe. Są to zarówno linie kablowe budowane przez przedsiębiorstwa dystrybucyjne i polskiego operatora sieci przesyłowych, jak i linie kablowe budowane np. na potrzeby przyłączenia do systemu energetycznego powstających farm wiatrowych.
Zobacz także
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.
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Rodzina złączek instalacyjnych 221 wciąż się powiększa!
Otwórz dźwignię, wsuń przewód i gotowe! Tak proste jest łączenie przewodów za pomocą złączek instalacyjnych z dźwigniami z serii 221. Ta dobrze znana rodzina złączek instalacyjnych WAGO właśnie się powiększyła!...
Otwórz dźwignię, wsuń przewód i gotowe! Tak proste jest łączenie przewodów za pomocą złączek instalacyjnych z dźwigniami z serii 221. Ta dobrze znana rodzina złączek instalacyjnych WAGO właśnie się powiększyła! Dzięki nowej, 2-rzędowej złączce instalacyjnej z dźwigniami z serii 221 można intuicyjnie i bez użycia narzędzi połączyć ze sobą do dziesięciu przewodów na tym samym potencjale.
BRADY Polska sp. z o.o. Szybciej, bezpieczniej, lepiej: profesjonalne i efektywne zarządzanie kablami
Wyraźna i dokładna identyfikacja przewodów, kabli i komponentów jest kluczowa dla elektryków. Dzięki dobrze oznakowanym kablom z odpowiednimi i niezawodnymi etykietami mogą oni szybko zrozumieć konfigurację...
Wyraźna i dokładna identyfikacja przewodów, kabli i komponentów jest kluczowa dla elektryków. Dzięki dobrze oznakowanym kablom z odpowiednimi i niezawodnymi etykietami mogą oni szybko zrozumieć konfigurację systemu, co skraca czas rozwiązywania problemów i minimalizuje ryzyko błędów. To nie tylko poprawia wydajność, ale także zwiększa bezpieczeństwo.
StreszczenieArtykuł koncentruje się na zaleceniach norm w zakresie prób napięciowych izolacji kabli podczas badań odbiorczych linii kablowych. Obejmuje on analizę krajowych i międzynarodowych norm i standardów w tym zakresie.AbstractField testing of MV and HV power cables under the standards and guidesThe paper focuses on the recommendations of standards for field testing of power cables system. It includes analysis of national and international standards and guides in this area. |
W związku ze zgromadzeniem dużego doświadczenia w budowie linii kablowych SN i WN na świecie, ale i także w Polsce, należałoby spodziewać się istnienia jednolitych standardów w zakresie prób odbiorczych tych linii. Niestety, nie jest tak nawet na poziomie linii kablowych SN.
Zagadnienie prób odbiorczych linii kablowych jest w Polsce obszarem wielu dyskusji i debat. Punktem wyjścia do nich jest wprowadzona w 2011 roku znowelizowana instrukcja ramowa eksploatacji sieci kablowych (wydana przez PTPiREE), jak i zatwierdzona przez prezesa SEP 10 października 2013 r. nowelizacja normy SEP‑E‑004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
Artykuł koncentruje się na zaleceniach norm w zakresie prób napięciowych izolacji kabli podczas badań odbiorczych linii kablowych.
Normy międzynarodowe
W Polsce, w sposób szczególny, należy brać pod uwagę europejskie normy zharmonizowane, przyjęte przez PKN. Normy zharmonizowane są opracowane przez europejskie jednostki normalizacyjne (CEN, CENELEC, ETSI) na podstawie mandatu udzielonego przez Komisję Europejską i przyjmowane przez te europejskie jednostki normalizacyjne zgodnie z ich procedurami wewnętrznymi. Norma EN, opracowana na poziomie europejskim, staje się normą krajową, poprzez przyjęcie jej do zbioru norm krajowych przez przynajmniej jedno państwo członkowskie, norma taka staje się „normą zharmonizowaną”. Zalecenia w zakresie badań odbiorczych kabli SN i WN zawarte są w normach:
- PN-HD 620 S2:2010E Kable elektroenergetyczne o izolacji wytłaczanej na napięcia znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV włącznie. Norma ta dotyczy kabli o izolacji z tworzyw wytłaczanych, stosowanych w sieciach rozdzielczych średniego napięcia. Podano w niej charakterystyki i wymagania w zakresie produkcji oraz określono metody sprawdzenia zgodności z tymi wymaganiami. Norma ta obejmuje także badania odbiorcze kabli (ang. electrical test after installation). Zaleca, w tym zakresie, przeprowadzenie badania szczelności powłoki oraz dokonywanie próby napięciowej kabli SN napięciem AC lub napięciem wolnozmiennym 0,1 Hz, nie dopuszcza prób napięciowych wykonywanych napięciem stałym. W tabeli 1. przedstawiono zakres badań odbiorczych (po wybudowaniu linii kablowej),
- PN-HD 632 S2:2009E Kable energetyczne o izolacji wytłaczanej i ich osprzęt na napięcie znamionowe powyżej 36 kV (Um = 42 kV) do 150 kV (Um = 170 kV). Opisano w niej metody badania i wymagania dotyczące kabli o izolacji wytłaczanej z polietylenu usieciowanego, polietylenu termoplastycznego dużej i małej gęstości oraz z gumy etylenowo-propylenowej oraz osprzętu do tych kabli, na napięcie znamionowe powyżej 36 kV (Um = 42 kV) do 150 kV (Um = 170 kV), przeznaczonych do układania na stałe w instalacjach przesyłowych i rozdzielczych oraz w elektrowniach i podstacjach elektroenergetycznych. Norma ta, licząca aż 472 strony, jako metodę badania odbiorczego linii po zainstalowaniu wskazuje badanie napięciem przemiennym AC 20–300 Hz oraz napięcie DAC, tłumione napięcie przemienne (ang. Damped Alternating Current Voltage). Podczas monitorowanego badania odbiorczego linii metodą DAC, zgodnie z zaleceniami normy IEC 60270 (PN-EN 60 270 Wysokonapięciowa technika probiercza. Pomiar wyładowań niezupełnych) – pozwala wykonać próbę napięciową połączoną z oceną wyładowań niezupełnych. Norma PN-HD 632 S2:2009E nie dopuszcza prób napięciowych wykonywanych napięciem stałym.
Kluczową rolę w międzynarodowej normalizacji odgrywa IEEE. W roku 2012 został opracowany przewodnik w zakresie badań linii kablowych metodą DAC – IEEE Std 400-2012 Guide for field testing and evaluation of the insulation of shielded power cable systems rated 5 kV and above.
Ważnym przewodnikiem w zakresie wykorzystania, do prób napięciowych kabli, napięcia wolnozmiennego VLF jest Stanfard IEEE 400.2-2013 Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency (VLF).
Norma IEC 60502 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV up to 30 kV, odnosząca się do kabli SN z izolacją wytłaczaną (nie jest certyfikowana przez Polski Komitet Normalizacyjny), zaleca w zakresie badań odbiorczych:
- przeprowadzenie badania szczelności powłoki,
- w razie potrzeby wykonanie próby napięciowej izolacji kabla. Może ona być przeprowadzona napięciem AC (przyłożone napięcie międzyfazowe na czas 5 min lub fazowe na 24 godz.) lub DC (napięcie o wartości 4U0, przez czas próby napięciowej 15 min). Próba napięciowa napięciem stałym jest podana jako alternatywa dla testu AC. W normie zwraca się uwagę na fakt, że test DC może stanowić zagrożenie dla układu izolacyjnego badanej linii kablowej i że należy w związku z tym brać pod uwagę inne metody badań. W przypadku instalacji, w których ogranicza się tylko do badania powłoki, w drodze porozumienia między zamawiającym a wykonawcą, procedury kontroli jakości w trakcie montażu osprzętu mogą zastępować testy izolacji (próbę napięciową).
Analizując zalecenia normy IEC 60502 można zauważyć, że jako badanie podstawowe zaleca się próbę szczelności powłoki. Jeżeli odstępuje się od próby napięciowej, strony (wykonawca, zlecający) powinny ustalić inne sposoby sprawdzenia jakości wykonania osprzętu. Widoczna jest tu pewna sprzeczność w zapisach normy. Norma opisuje szczegółowo, jak można dokonać próby napięciem stałym, po czym nie zaleca się jej wykonywania, z drugiej strony, nie opisuje szczegółowo rodzaju badań, jakimi można tę próbę zastąpić, ale zaleca je wykonać.
Badania odbiorcze linii kablowych WN i NN prądu przemiennego zazwyczaj wykonuje się zgodnie ze standardem IEC 62067 – Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150 kV (Um = 170 kV) up to 500 kV (Um = 550 kV) – Test methods and requirements. W normie tej przedstawiono wymagania dotyczące badań elektrycznych podczas badań odbiorczych (ang. electrical tests after installation). Napięcie stałe zostało wymienione jedynie jako napięcie do badania powłoki zewnętrznej (ang. DC voltage test of the oversheath) – w polskiej nomenklaturze nazywane badaniem szczelności powłoki. Natomiast próba napięciowa izolacji według tej normy może być wykonywana jedynie napięciem przemiennym (ang. AC voltage test of the insulation). Wskazywana jest częstotliwość napięcia zmiennego od 20 Hz do 300 Hz. Wartości zalecanego napięcia probierczego podano w tabeli 2. W normie IEC 60840 (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) dopuszczono także możliwość alternatywnego zastosowania badania napięciem równym napięciu znamionowemu linii przez 24 godziny. O ile jest to zrozumiałe ze względu na trudności techniczne wykonywania badań odbiorczych linii kablowych na coraz wyższe napięcia, jednak ten sposób badania budzi wiele kontrowersji i oceniany jest jako próba, która tak naprawdę nie potrafi wykryć nawet ewidentnych wad zainstalowanych elementów linii kablowej. W normie dodano także uwagę, że dla kabli już zestarzanych, czyli eksploatowanych przez dłuższy okres, można skrócić czas wykonywania próby oraz zastosować niższą wartość napięcia probierczego.
Standardy IEC definiują parametry napięcia probierczego dla prób odbiorczych dla linii kablowych. Należy stosować napięcie probiercze o wartości zgodnej z wartościami podanymi w tabelach 2. i 3. lub zastosować napięcie probiercze o wartości dobranej do specyficznych warunków eksploatacyjnych.
W konkretnych warunkach odbioru danej linii można stosować (za zgodą producenta i inwestora) inne wartości napięcia probierczego. Dla wyższych poziomów napięć linii kablowych poziom napięcia probierczego zmniejsza się i wynosi wówczas:
- 1,4U0 (220–230 kV),
- 1,3U0 (275–345 kV),
- 1,2U0 (380–500 kV),
- 1,1U0 dla kabli na napięcie 500 kV.
Każdorazowo dla kabli najwyższych napięć wymagane jest wspólne opracowanie zakresu badań przez producenta i inwestora (odbiorcę, właściciela linii). W przypadku prób odbiorczych po remontach lub usuwaniu uszkodzenia, można stosować niższe napięcia lub krótsze czasy prób w zależności od wieku, dotychczasowej „historii eksploatacyjnej” i stanu linii.
Normy krajowe
Problem z jednorodnym określeniem zakresu badań odbiorczych kabli SN i WN występuje także w krajowych instrukcjach i normach. Praktycznie, ze względu na fakt przyjęcia przez PKN zharmonizowanych norm europejskich: PN-HD 620 S2:2010E Kable elektroenergetyczne o izolacji wytłaczanej na napięcia znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV włącznie oraz PN-HD 632 S2:2009E Kable energetyczne o izolacji wytłaczanej i ich osprzęt na napięcie znamionowe powyżej 36 kV (Um = 42 kV) do 150 kV (Um = 170 kV) można uznać je jako normy krajowe.
Aktualną normą pozostaje także PN-E-04700 Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych. Jednak norma ta, wydana w 1998 roku, nie uwzględnia rozwoju w dziedzinie kabli elektroenergetycznych i metod badania, jaki nastąpił w zakresie prób napięciowych linii kablowych. Pozostaje także w sprzeczności z ww. normami zharmonizowanymi. Dla kabli SN norma określa, że przez 20 min kabel powinien wytrzymać bez przebicia i przeskoków napięcie probiercze stałe o wartości 75% fabrycznego napięcia probierczego. Brak jest zapisów o powszechnie stosowanym napięciu probierczym wolnozmiennym 0,1 Hz. Kable polietylenowe 64/110 kV i 127/220 kV powinny wytrzymać bez przebicia i przeskoków napięcie probiercze stałe o wartości 3U0 przez 15 minut.
Jedyna polska norma poświęcona projektowaniu i budowie elektroenergetycznych linii kablowych to norma N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa, Biblioteka COSiW SEP, wydanie II, Warszawa 2014, obejmuje swym zakresem kable na napięcie do 110 kV i uwzględnia nowoczesne konstrukcje kabli o izolacji wytłaczanej. Modyfikacja tej normy (po raz pierwszy wydanej w roku 2003), która po wielu latach dyskusji została zatwierdzona przez prezesa SEP 10 października 2013 r. – została wydana w 2014. O ile nie budzi dyskusji tekst tej normy w części dotyczącej projektowania i budowy linii kablowej, to nadal trwają dyskusje nad częścią dotyczącą zakresu i rodzaju prób napięciowych podczas badań odbiorczych linii kablowych. Także komentarz dotyczący badań diagnostycznych zawarty w normie może budzić kolejne dyskusje. Norma SEP, w odróżnieniu od przyjętych zharmonizowanych norm europejskich, jako jedno z napięć, którym należy wykonać próbę napięciową izolacji wskazuje napięcie stałe DC. Jest ono zalecane zarówno dla kabli SN, jak i WN. Nie dopuszcza ta norma stosowania napięcia DAC, które coraz częściej jest stosowane w wielu krajach europejskich. Jest ono na przykład dopuszczone przez normę PN-HD 632 S2:2009E. Bardzo kontrowersyjnym zapisem normy jest ograniczenie napięcia VLF w próbach napięciowych izolacji wyłącznie do napięcia VLF-CP (napięcie przemienne cosinusoidalno-prostokątne). Taki zapis nie występuje w żadnej z przedstawionych w artykule norm czy w standardach. W konsekwencji ten zapis wyklucza stosowanie bardzo popularnych i sprawdzonych rozwiązań jednego ze światowych liderów na rynku systemów pomiarowych dla linii kablowych. Rozwiązania te stosowane są często w nie tylko przez krajowe przedsiębiorstwa dystrybucyjne.
Istotnym dokumentem odnoszącym się do badań odbiorczych linii kablowych jest także „Ramowa instrukcja eksploatacji elektroenergetycznych linii kablowych” opracowana przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE). Instrukcja znowelizowana w 2011 roku określa zasady prowadzenia i wykonywania czynności związanych z prawidłową eksploatacją elektroenergetycznych linii kablowych. Zalecane metody probiercze i diagnostyczne we wspomnianej instrukcji zawarto w tabeli 4., z przytoczonym poniżej komentarzem. Oczywiście metoda DAC to wykonywanie badań odbiorczych przy użyciu systemów OWTS.
W zakresie kabli o napięciu znamionowym powyżej 30 do 110 kV instrukcja wpisuje się w zalecenia badań wskazanych w zharmonizowanej normie PN-HD 632. Zakres badań przedstawiony jest w tabeli 5.
W zakresie badań linii kablowych od 1 kV do 30 kV instrukcja PTPiREE, poza badaniami określonymi w PN‑HD 620, dopuściła możliwość dokonywania prób napięciowych izolacji napięciem stałym. Jeszcze wiele takich zestawów probierczych jest powszechnie wykorzystywanych przez przedsiębiorstwa dystrybucyjne. Wprowadziła także możliwość wykorzystania, podobnie jak w przypadku linii na napięcie 110 kV, napięcia oscylacyjnego tłumionego. Zakres badań dla nowych linii kablowych PE i XLPE przedstawiono w tabeli 6.
Od momentu wprowadzenia polietylenowej izolacji kablowej w liniach wysokiego napięcia zauważono, że próby odbiorcze napięciem stałym mogą stanowić zagrożenie dla niezawodnej pracy linii. Między innymi w publikacjach największej światowej konferencji kablowej JICABLE, już w 1991 roku zwracano uwagę na konieczność zastąpienia badań odbiorczych linii ułożonych kablami o izolacji wytłaczanej także w przypadku sieci średniego napięcia [7]. Także w pracach CIGRE już wiele lat temu wskazywano na konieczność znalezienia metod alternatywnych do badań odbiorczych linii kablowych prowadzonych napięciem stałym [8].
Podsumowanie
Dynamiczny rozwój linii kablowych zarówno SN, jak i tych budowanych na coraz wyższe napięcia wymaga dostosowywania badań odbiorczych linii po zainstalowaniu lub ewentualnie po usunięciu awarii. Wraz z coraz częstszym stosowaniem linii kablowych jednocześnie rozwijają się także metody badań odbiorczych. Badania te wnoszą nową wartość do prób odbiorczych linii kablowych. Przede wszystkim w normach odchodzi się od badań, które mogą być szkodliwe dla izolacji kabla. Dlatego też następuje odejście od prób napięciowych DC linii kablowych o izolacji XLPE. Wdrażane na coraz szerszą skalę systemy zarządzania majątkiem sieciowym, oparte na ocenie stanu technicznego (ang. Condition Based Maintenance), wymagają dodatkowych danych, które pozwalają ocenić stan izolacji (nie tylko wykryć ewentualne błędy montażowe podczas instalowania linii). Krajowe i światowe doświadczenia wskazują na dużą wartość informacji otrzymywanych z pomiaru wyładowań niezupełnych mierzonych w trakcie próby napięciowej (tzw. próby napięciowe monitorowane). Prawidłowe przeprowadzenie badań linii kablowych powinno w sposób czytelny i jednoznaczny pozwolić na ocenę jej jakości zdolności do pracy w sieci elektroenergetycznej. Należy jednak pamiętać, że zbyt wysokie wymagania dotyczące badań linii kablowych mogą prowadzić do zmniejszenia żywotności czy nawet uszkodzenia kabla – czyli efektu odwrotnego niż zamierzony. Testy mają być nieniszczącymi badaniami układu izolacyjnego kabla.
Literatura
- PN-HD 620 S2:2010E Kable elektroenergetyczne o izolacji wytłaczanej na napięcia znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV włącznie.
- PN-HD 632 S2:2009E Kable energetyczne o izolacji wytłaczanej i ich osprzęt na napięcie znamionowe powyżej 36 kV (Um = 42 kV) do 150 kV (Um = 170 kV).
- IEC 60502-2 2005 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV up to 30 kV.
- IEC 62067 – Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150 kV (Um = 170 kV) up to 500 kV (Um = 550 kV) – Test methods and requirements.
- PN-E-04700 Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych.
- Ramowa instrukcja eksploatacji elektroenergetycznych linii kablowych, Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE), 2011.
- R. Bautz, F. Krahenbuhl, G. Wavre, Use after laying test methods for evaluation of the ageing of MV cables, International Conference JICABLE, June Versailles, 1991, s. 291–297.
- B. Fainaru, N. Van Schaik, W. Weissenberg, E. Dorison, G. Geerts, M. Laurent, K. Leeburn, A. Rynkowski, W. Zenger, Experiences with AC tests after installation of polymeric (E)HV cable systems, CIGRE TF 21.05, Electra, December 2002, s. 27–35.
- IEEE Std 400-2012 Guide for field testing and evaluation of the insulation of shielded power cable systems rated 5 kV and above.
- IEEE Std 400.2-2013 Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency.
- Norma SEP N SEP-E-004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa, 2014.
***
Artykuł prezentowany w formie referatu na konferencji KABEL 2014.
![Tab. 2. Napięcia probiercze podczas prób odbiorczych [4]](https://www.elektro.info.pl/media/cache/typical_view/data/201905/tab-2-5.jpg)
![Tab. 3. Napięcie probiercze podczas badań odbiorczych linii kablowych WN i NN [4]](https://www.elektro.info.pl/media/cache/typical_view/data/201905/tab-3-3.jpg)
![Tab. 4. Zalecane metody probiercze do prowadzenia badań odbiorczych linii kablowych [6]](https://www.elektro.info.pl/media/cache/typical_view/data/201905/tab-4-3.jpg)
