Infrastruktura kablowa musi być niezawodna – nie ma tu miejsca na dyskusję. Wszystkie niedopatrzenia, zaniedbania czy błędy monterskie prowadzą do awarii, a następnie do gigantycznych strat finansowych. Można mówić o szczęściu, kiedy są to tylko straty finansowe, aniżeli zdrowotne. Z drugiej strony o szczęściu na pewno nie będzie mówić właściciel parku wiatrowego tracący nawet kilkaset tysięcy złotych na godzinę przez awaryjny przestój podczas pełnej generacji energii elektrycznej.
Na niezawodność linii kablowych wpływa cały szereg czynników. Dziś skupię się na pierwszej linii obrony kabla przed uszkodzeniami – powłoce, przy której naprawie miałem okazję uczestniczyć.
Budowa kabla SN
Wracając do podstaw, wyjaśnię, że budowa kabla średniego napięcia znacząco odbiega od budowy kabli niskiego napięcia, które znajdują się w naszych domach. Podczas prac, w których brałem ostatnio udział, dokonywaliśmy napraw na kablach XRUHAKXS o różnych średnicach oraz napięciu 18/30 kV.
Rozwijając skrót opisujący wspomniany kabel, dowiemy się prawie wszystkiego o jego budowie, mianowicie że jest to kabel (K) elektroenergetyczny z żyłą aluminiową (A), o polu promieniowym (H), o izolacji z polietylenu usieciowanego (XS) z uszczelnieniem wzdłużnym (U) i promieniowym (R) i o powłoce z polietylenu termoplastycznego (X).
To właśnie ostatni opisany przeze mnie element w pierwszej kolejności odpowiedzialny jest za ochronę kabla przed wpływem światła słonecznego, środków chemicznych, wody czy też uszkodzeniami mechanicznymi.
Z racji swojego zadania, to właśnie powłoka jest najczęściej spotykanym miejscem uszkodzeń kabla. Jednocześnie te uszkodzenia najczęściej są bagatelizowane przez właścicieli, co może doprowadzić do dostania się wilgoci w głąb kabla. Wpływa to na szybszą degradację izolacji prowadzącą do awarii oraz braku możliwości energetyzacji linii kablowej aż do czasu naprawy. Taki ciąg przyczynowo-skutkowy możemy przerwać dzięki regularnym pomiarom, a następnie naprawom zlokalizowanych uszkodzeń.
Obsługa infrastruktury kablowej średniego napięcia
Proces prawidłowej obsługi oraz eksploatacji infrastruktury kablowej polega na regularnych oględzinach, przeglądach oraz pomiarach. Pierwsze badania kabla przeprowadzamy jeszcze przed jego podłączeniem do sieci, co wymagane jest przez Operatorów Systemu Dystrybucyjnego. Sugerując się Prawem Budowlanym, Rozdział VI Art. 62 ust. 1 pkt 2 pomiary powinniśmy wykonywać nie rzadziej niż co 5 lat, a nawet częściej, kiedy kable znajdują się w środowiskach szczególnych. Na pomiarach się kończy, kiedy z wyników rzetelnie przeprowadzonych badań dowiadujemy się, że kable są w odpowiedniej kondycji. W przeciwnym wypadku należy przystąpić do bezzwłocznego usuwania wykrytych usterek.
Pomiary kabli średniego napięcia w dużym stopniu różnią się od pomiarów kabli niskiego napięcia, z którymi do tej pory miałem najczęstszy kontakt. Procedura pierwszego badania kabla SN obejmuje kilka pomiarów, takich jak:
- sprawdzenie zgodności faz,
- pomiar ciągłości żył głównych i powrotnych,
- próba napięciowa powłoki zewnętrznej,
- próba napięciowa izolacji głównej,
- pomiar tg δ linii kablowej,
- pomiar wyładowań niezupełnych.
Ten sam komplet badań wykonuje się po przebudowie lub remoncie danego odcinka linii kablowej.
Do zdiagnozowania stanu omawianej dziś powłoki kabla wykonywana jest próba napięciowa zaczynająca się od obustronnego odłączenia, uziemienia żyły głównej, odziemienia żył powrotnych kabla oraz podaniu na nie napięcia stałego wysokości 5000 V względem ziemi na czas jednej minuty. Oczywiście są do tego dedykowane mierniki. Komplikacje zaczynają się, kiedy żyła powrotna kabla wykazuje niewystarczającą rezystancję względem ziemi. Pomiar szczelności powłoki kabla jedynie wskaże nam jej obecność lub jej brak. Aby przystąpić do naprawy, należy wykonać lokalizację uszkodzenia dedykowanymi do tego systemami.
Lokalizacja uszkodzenia powłoki kabla średniego napięcia
System lokalizacji wstępnej uszkodzenia powłoki kablowej wskazuje nam, na którym metrze kabla doszło do jego uszkodzenia – jest to szczególne przydatne wtedy, kiedy kabel jest długi, a rezystywność gleby wysoka. Pomiar wstępny minimalizuje ryzyko przeoczenia miejsca upływu prądu, czyli zlokalizowanie miejsca uszkodzenia. Niestety, przez czynniki takie jak brak odpowiedniej inwentaryzacji powykonawczej trudno jest z dużą dokładnością odnaleźć wskazany metr kabla zakopanego w ziemi. Ogromną pomoc niesie nam wtedy kolejne urządzenie – lokalizator zwarć doziemnych. Dzięki temu miernikowi jesteśmy w stanie z bardzo dużą precyzją wyznaczyć miejsce uszkodzenia kabla.
Zlokalizowane uszkodzenie zaznaczamy na powierzchni gruntu. Warto również przenieść namiar uszkodzenia poza obszar kopania, aby po zrobieniu wykopu nadal szacunkowo wiedzieć w którym miejscu znajduje się uszkodzenie bez konieczności ponownej lokalizacji.
Odkopanie kabla
Proces odkopania kabla dla osób wykonujących te prace co dzień jest banalnie prosty. Natomiast dla operatora koparki, który do tej pory nie brał udziału w takich pracach, może być bardziej skomplikowany. Warto więc w paru słowach opisać bezpieczne prace ziemne w okolicach kabla.
W pierwszej kolejności należy pamiętać o odłączeniu oraz uziemieniu wszystkich kabli, które znajdują się w wykopie. Przystępując do odkrywania zakopanego kabla, należy zawsze brać pod uwagę fakt, że monterzy wykonujący trasę kablową nie musieli robić tego zgodnie z wymogami. Możemy nie zobaczyć czerwonej foli. Mając to na uwadze, należy powolnie zdejmować małe warstwy ziemi, po uprzednim ręcznym sprawdzeniu łopatą możliwości zdjęcia warstwy ziemi przez koparkę. Kiedy znajdziemy czerwoną folię, najlepiej ręcznie dokopać się do kabla, żeby sprawdzić, na jakiej głębokości jest zasypany oraz czy jest ułożony równo. Jeżeli mamy to szczęście, że trasa wykonana jest w sposób rzetelny, po odkryciu przez koparkę warstwy zasypki piaskowej możemy przystąpić do ręcznego odsypania kabla.
W momencie, kiedy kabel znajduje się w powietrzu, możemy go wyczyścić z resztek gruntu oraz doszukiwać się uszkodzenia, w większości przypadków całkiem szybko je znajdziemy. W innym przypadku z pomocą przyjdzie profesjonalny zestaw lokalizacyjny uzbrojenia podziemnego vLoc3 z funkcją punktowej lokalizacji uszkodzeń kabli [2].
Uszkodzenia kabli SN
Nie ważne z jak dużą rzetelnością będziemy dbać o linię kablową, niestety, nie będzie ona działać wiecznie. Starzenie się materiału po jakimś czasie będzie prowadzić do dużej ilości uszkodzeń, w takim momencie trzeba będzie rozważyć czy bardziej opłacalne będzie wymienienie kabla na nowy. Jednak poza aspektem zmęczenia materiału jest wiele innych powodów niesprawności kabli – począwszy od błędów konstrukcyjnych i defektów technologicznych, poprzez elektryczne przepięcia oraz przetężenia wynikające z niewłaściwych zabezpieczeń, na błędach montażowych kończąc. Powodów znajdziemy więcej, nie sposób wymienić je wszystkie. Osobiście najczęściej spotykałem się z uszkodzeniami wynikającymi z błędnego montażu, takimi jak:
- Zła podsypka oraz zasypka kabla lub ich brak. Kiedy w bezpośrednim kontakcie znajduję się powłoka i kamień o ostrych krawędziach dociskany ciężarem gruntu, po upływie czasu prowadzi to do przebicia warstwy powłoki, a nawet izolacji żyły głównej (rys. 5)
- Mechaniczne uszkodzenia. Podczas prac ziemnych zdarzają się przypadki, gdy operator koparki zawadzi o kabel, powodując uszkodzenie jego powłoki, żyły powrotnej lub izolacji (rys. 6). Takie same uszkodzenia spowodować może monter innymi narzędziami lub elektronarzędziami. Zaniechanie naprawy oraz pomiarów lub zignorowanie wyników pomiarów po takim incydencie prowadzi do późniejszej awarii.
- Błędny montaż osprzętu lub niewłaściwie dobrany osprzęt. Po montażu muf kablowych ciepłokurczliwych należy przed zasypaniem kabla odczekać do jego ostygnięcia. W przeciwnym razie bardzo łatwo uszkodzić jego powłokę zasypując kabel (rys. 7). Podczas montażu muf kablowych monter może wykazać się całą gammą błędów prowadzących do późniejszych awarii.
Naprawa uszkodzenia powłoki kabla SN
Usunięcie odpowiednio zlokalizowanego oraz odkopanego kabla rozpoczynamy od przygotowania miejsca pracy. Należy oddzielić uszkodzony kabel od pozostałych znajdujących się w wykopie, w sposób udostępniający odpowiednią ilość miejsca na operowanie materiałami naprawczymi wokół kabla. Trzeba pamiętać również o odsunięciu ziemi oraz piasku od kabla na taką odległość by mieć pewność, że nie dostanie się do kabla ani materiałów naprawczych w czasie wykonywania naprawy.
Po odpowiednim przygotowaniu przechodzimy do wyczyszczenia kabla w okolicy uszkodzenia – należy to zrobić bardzo starannie, dbając o usunięcie wszystkich wtopionych elementów. Najlepiej wykonać to za pomocą papieru ściernego odpowiedniej gradacji. Po wyczyszczeniu uszkodzenia odtłuszczamy je specjalnym środkiem (w przypadku opisywanych napraw został użyty izopropanol). Posiadając już przygotowany do naprawy kabel, możemy przystąpić do nakładania materiałów naprawczych. W zależności od rodzaju uszkodzenia powłoki oraz osoby usuwającej uszkodzenie, stosuje się różne środki naprawcze. Jeżeli nie doszło do uszkodzenia żyły powrotnej jak na rys. 6, wystarczy nam komplet odpowiednich taśm lub płaszcz termokurczliwy. W opisywanym przypadku zostały użyte trzy rodzaje taśm marki 3M:
- Taśma mastykowa – pierwszą warstwą, bezpośrednio przylegającą do uszkodzenia była taśma 3M Scotch-Seal mastyk 2229. Wytrzymałość elektryczna na milimetr produktu scharakteryzowana w karcie produktu zapewnia nam odpowiednią wytrzymałość przy jednej warstwie taśmy. Dodatkowo taśma ta charakteryzuje się właściwościami samonaprawiania po przebiciu lub przecięciu. Wykazuje też właściwości uszczelniające, co zapewnia nam szczelność przed dostaniem się wody w miejsce uszkodzenia.
- Taśma samowulkanizująca – drugą warstwą położoną na taśmę mastykową była taśma samowulkanizacyjna 3M Scotch 23T. Zapewnia nam dodatkową ochronę przed wilgocią w miejscu uszkodzenia, która powodowałaby ponowne uszkodzenie.
- Taśma izolacyjna – do wykonania ostatniej warstwy została użyta taśma elektroizolacyjna PCW SCOTCH 33.
Pamiętajmy o wykonaniu nawinięcia taśm na odległość kilkunastu centymetrów od miejsca uszkodzenia, co zapewni nam wyższą ochronę przed przyszłymi uszkodzeniami. Podczas nawijania taśm trzeba zwrócić również uwagę na to, by nawinięcie było zrobione szczelnie. Po tak wykonanej naprawie możemy być pewni, że w tym miejscu nie dojdzie już nigdy do uszkodzenia.
W opisywanym przypadku zostały zastosowane aż 3 różne taśmy, aby zwiększyć właściwości elektroizolacyjne, uszczelniające oraz zapewnić bezawaryjność w przypadku uszkodzenia którejkolwiek z taśm.
Przy odpowiednich działaniach prewencyjnych podczas obsługi sieci kablowej, w ogólnym rozrachunku ograniczamy koszty utrzymania infrastruktury kablowej. Regularne pomiary i naprawy w zaplanowanych terminach pozwalają nam ograniczyć straty i stres związany z niespodziewanymi wyłączeniami. Szczególnie ważne jest to przy odbiorcach wrażliwych na zanik energii. Dlatego korzystajmy z dostępnych technologii i zawsze bądźmy krok przed wyłączeniem!
Źródła:
[1] Kable elektroenergetyczne średniego napięcia z izolacją XLPE https://nkt.widen.net/content/ystafphod9/pdf/XRUHAKXS-12_20kV.pdf [2] Sprzęt do lokalizacji uszkodzeń kabli https://pl.megger.com/produkty/pomiary-diagnostyka-i-lokalizacja-uszkodzen-kabli/sprzet-do-lokalizacji-uszkodzen-kabli
