Při provozu kabelů jako prvků elektrické sítě je vždy nutné řešit problémy související s jejich provozními podmínkami a údržbou. Od vynálezu kabelu a širokého použití kabelových silových vedení jsou naléhavými a vážnými problémy spolehlivost a životnost kabelů, stejně jako kabelové tvarovky (konektory a koncovky), zajišťující dlouhodobý provoz kabelových vedení.
Přítomnost velkého množství podzemních inženýrských sítí (potrubí teplé a studené vody, plynovodů atd.), pozemní a podzemní kolejová elektrická doprava, komunikační vedení včetně vysokofrekvenčních atd. v městském prostředí negativně ovlivňuje provoz podzemních elektrických kabelů tradičního provedení s kovovým pláštěm a také jejich životnost. Kromě toho vysoká chemická a elektrochemická aktivita půdy v obydlených oblastech rychle ničí ochranný plášť kabelu. Ve druhé polovině dvacátého století studie ukázaly, že použití oleje jako izolačního média, olověného ochranného pláště, má negativní dopad na životní prostředí.
Konstrukce kabelu s izolací ze zesíťovaného polyetylénu (XPE) je obecně jednotná. Jádro kabelu je pokryto vrstvou základní izolace, na kterou je naneseno elektricky vodivé koncentrické stínění, nejčastěji ve formě měděných drátů a fólie. V řadě modifikací je na povrch izolace jádra aplikována těsnící vrstva vodoabsorpční (vodotěsné) pásky nebo ohnivzdorné a ohnivzdorné prvky. Vnější strana kabelu je pokryta utěsněným, světlem stabilizovaným pláštěm ze zesítěného polyetylenu nebo PVC plastu, který nepodporuje hoření.
Zesíťovaný polyethylen XLPE (XLPE, v souladu s označením IEC) se vyznačuje dobrými dielektrickými vlastnostmi a velkou rezervou tepelné a mechanické odolnosti, vysokou odolností vůči agresivním půdám a bludným proudům. Pro kabely s izolací XLPE neexistují žádná omezení pro pokládání podél složitých tras a vertikálních úrovní. Tyto vlastnosti vedly k převládajícímu použití takových kabelů ve vyspělých zemích Evropy a Ameriky.
XLPE izolované kabely mají díky svému designu, pokročilé výrobní technologii, neustálé kontrole procesu a moderním materiálům lepší elektrické a mechanické vlastnosti a delší životnost ve srovnání s jinými typy komerčně vyráběných kabelů.
Vzhledem k současné úrovni vývoje technologií a zkušenostem výrobců kabelů již není nutné hovořit o elektrických poruchách izolace kabelů spojených s výrobními vadami výrobce.
Hlavními důvody poruch kabelových vedení jsou vnější mechanické poškození, které nejčastěji vzniká nebo vzniká při pokládce kabelů a montáži kabelových tvarovek. Nedbalostí a často nedostatečnou dovedností pracovníků CMO, používáním opotřebovaného zařízení nesplňujícího podmínky pokládky, porušováním technologie pokládky kabelů a montáží kabelových tvarovek dochází k většině poškození kabelových vedení za provozu. Mezi takové důvody patří:
- ponechání kabelu po dlouhou dobu bez uzávěru (koncovka, která slouží k utěsnění konců kabelu);
- překročení povoleného úsilí při tažení kabelu;
- nedodržení přípustného poloměru ohybu kabelu;
- přehřátí izolace při instalaci spojky;
- cizí předměty vnikající do spojky;
- přítomnost mastných stop na jádru a izolaci;
- zničení pláště vnějšími mechanickými vlivy a elektrochemickou korozí.
Technologie pokládky a instalace kabelových vedení je prakticky nezávislá na konstrukci kabelu a izolačním materiálu. Provozní organizace jsou povinny používat při pokládání kabelů naviják se zařízením pro kontrolu napnutí lanka, používat lineární a úhlové válečky, vodicí trychtýře atd. absolutně neodporuje regulačním dokumentům a pokynům z 50. a 60. let dvacátého století.
Přímým potvrzením toho jsou kabelová vedení 6-10-35-110 kV položená v těchto letech a fungující dodnes. Když otevírám kabelové vedení 50. let, chci smeknout klobouk před lidmi, kteří tyto kabely položili. A zásyp byl perfektně proveden pískem a kabel byl posypán jak má být a cihla byla položena rovnoměrně, na některých místech byla zachována křída na jutové krytině, ale v té době nebylo tolik techniky.
Současné regulační dokumenty obsahují konkrétní pokyny o pravidlech pro navrhování kabelových vedení a elektrického vedení vyrobeného pomocí kabelů a vodičů bez specifikace konkrétních typů izolace. Odkazy na chybějící normy pro kabely s izolací XLPE nejsou podložené, což svědčí o nedostatečné způsobilosti pracovníků projekčních, elektroinstalačních a často i provozních organizací. To vede k potížím při navrhování, pokládání a instalaci vnějších kabelových vedení a elektrických rozvodů uvnitř a vnějších elektrických sítí, jejich provozu a v některých případech neumožňuje přijímat technicky správná rozhodnutí. Do určité míry se tyto problémy promítají do pokynů výrobců kabelů a kabelových a drátěných výrobků.
Nedodržení předpisů pro pokládku kabelu v těchto případech může vést k nejméně dvěma negativním jevům – tepelné destrukci kabelu při jeho provozu ve jmenovitém režimu nebo místnímu snížení elektrické pevnosti izolace na určitém „speciálním“ úseku kabelu. Degradace izolace pod kombinovaným vlivem elektrických a tepelných polí má větší vliv na snížení její elektrické pevnosti při vysokofrekvenčních pulzních přepětích, která mohou např. iniciovat spínací přepětí. Nesprávný návrh, porušení technologie pro pokládku a instalaci kabelového vedení s jakýmkoli typem izolace ve „speciálních oblastech“ může časem vyvolat nouzovou situaci spojenou s tepelnou destrukcí izolace kabelu nebo jejím elektrickým průrazem.
Položení kabelu do země
Pokládku a instalaci kabelů musí provádět specializovaná instalační organizace, která má odpovídající vybavení, přístroje, nástroje, materiály a kvalifikované odborníky, kteří prošli speciálním školením. Instalace kabelů musí být provedena podle pracovního plánu (WPP), s přihlédnutím k požadavkům pokynů výrobce, jakož i aktuálním regulačním dokumentům: SNiP 3.05.06-85 „Stavební předpisy a předpisy. Elektrická zařízení“ a „Pravidla pro elektrické instalace“ (PUE).
Pokládka kabelů je povolena pouze v případě, že existuje projektová dokumentace pro kabelové vedení a plán provádění prací (WPP).
Před zahájením pokládky kabelů musí být dokončeny stavební práce na výstavbě tunelů, kanálů, nadjezdů, studní, včetně montáže zapuštěných dílů pro upevnění kabelových konstrukcí, musí být dokončeny dokončovací práce, elektrické osvětlení, větrání, atd. protože musí být instalovány systémy hašení a odstraňování vody.
Před zahájením práce musí být plně připraveny příkopy a bloky pro pokládku kabelů.
Kabely musí být při instalaci taženy pomocí tažného navijáku pomocí drátěné kabelové punčochy nainstalované na plášti kabelu nebo klínové rukojeti připevněné k vodiči. Při protahování kabelů potrubím je použití klínové svorky nepřijatelné, protože v potrubí může být voda. Tahové síly na kabelu P vznikající během instalace by neměly překročit následující hodnoty:
- 50 N/mm 2 (5 kg/mm 2 ) – pro kabely s měděným vodičem;
- 30 N/mm 2 (3 kg/mm 2 ) – pro kabely s hliníkovým jádrem.
Trakční naviják musí mít speciální zařízení, která umožňují:
- ovládání napětí kabelu;
- zaznamenejte tuto sílu do diagramu během celého procesu tažení kabelu;
- automatické vypnutí tažného navijáku, pokud tažná síla překročí stanovenou hodnotu;
- Lanko tažného navijáku musí být vybaveno zařízením proti překroucení.
Tažné síly kabelu při instalaci je nutné vypočítat při návrhu kabelového vedení a zohlednit je při objednávání délek kabelů.
Při přípravě k tahání drátěnou punčochou nebo koncovkou je nutné je zajistit tak, aby nedošlo k poškození ochranné krytky na konci kabelu. Aby punčocha (koncová rukojeť) nesklouzla z kabelu, je nutné ji ovázat tenkým drátkem a lepicí PVC páskou (obr. 1).
Není dovoleno tahat kabel po povrchu země, po dně příkopu, podél konstrukcí nadjezdů a kabelových kanálů bez použití válečků a jiných speciálních zařízení a vzdálenost mezi válečky a jejich počtem by měla zabraňte kontaktu kabelu s povrchem a konstrukcí při pokládání (tahu), aby nedošlo k poškození kabelu horních krytů (obr. 2). Neméně důležitá (zodpovědná) je technologie podestýlky a zasypání kabelu zeminou. Práškování a zásypy kabelů i prosévanými zeminami, které jsou na bázi oxidu hlinitého, vedou ke zhoršení podmínek chlazení kabelů v provozním i pohavarijním režimu (obr. 3).
Na Obr. Obrázek 3 znázorňuje řez kabelovým vedením 10 kV, k jehož poškození došlo v důsledku přehřátí vodiče s proudem (TCC) v důsledku nesprávné volby průřezu (při výpočtu nebyly zohledněny podmínky instalace ). Obrázek jasně ukazuje na pravé straně kabelu částice oxidu hlinitého, kterými byl kabel pokryt, „uvařené“ na jeho plášť. Na levé straně Obr. 3 na plášti kabelu nejsou žádné stopy půdy, protože směs písku a štěrku se jednoduše vylila, když byl kabel odstraněn ze země.
Na Obr. Obrázek 4 ukazuje položení kabelů do výkopu s plastovými svorkami a Obr. 5 – pokládka kabelů s měděným drátem.
Při instalaci kabelových vedení do země [2, 3, 8] se kabely s izolací XLPE pokládají do výkopů a musí mít zespodu zásyp a nahoře zásyp ze směsi písku a štěrku (písek o zrnitosti max. než 2 mm a štěrk s velikostí částic do 5 mm v poměru 1:1). Konečné zasypání výkopu se provádí přírodní zeminou bez stavebních zbytků, rostlinných zbytků atd.
K ochraně kabelu před mechanickým poškozením se používají především plné cihly a nevyztužené betonové desky. V současné době se objevily plastové desky vyztužené skelným vláknem. Takové desky o rozměrech 1000×500 mm se aktivně používají v západní Evropě a splňují britskou normu BS 2484 a německou DIN 54841-5. Použití tzv. signálních ochranných pásek je přípustné pouze jako doplňkový prostředek signalizace přítomnosti kabelového vedení v jeho blízkosti. Na základě provozních zkušeností bylo zjištěno, že když bagr zahákne takový pás, vytáhne jej ze země o 20-30 m žádná organizace tento pás nevykope a neobnoví.
V řadě případů projekční organizace neberou v úvahu části pokynů výrobců, které podrobně popisují metodiku výpočtu přípustných proudů na kabelech s přihlédnutím k podmínkám instalace a provozu. Jmenovitý průřez TPG se podle [1, 8] volí na základě dlouhodobě přípustného proudu, upraveného s ohledem na podmínky instalace a provozu kabelu, pomocí korekčních faktorů, to znamená, že různé způsoby instalace vyžadují různé průřezy kabelů pro přenos stejného výkonu. Pro úsek trasy s nejhoršími podmínkami chlazení, jehož délka přesahuje 10 m, musí být přijaty korekční faktory.
Převody potrubí
Jednofázové provedení kabelu s izolací XLPE klade na rozdíl od kabelů tradičních třífázových provedení s impregnovanou papírovou izolací určitá omezení na způsoby jejich instalace. Například v [3, 4, 8] jsou uvedeny přípustné teplotní podmínky pro provoz kabelu pro různé způsoby jeho uložení a v [7] jsou zdůrazněny vlastnosti uložení kabelů s izolací XLPE v místech, která vyžadují jejich mechanickou ochranu pomocí potrubí: při křížení inženýrských staveb, přírodních překážek atd. V řadě projektů na určitých úsecích kabelové trasy (často pod silnicemi a železničními náspy) se předpokládá fázová pokládka kabelů v kovových trubkách, což je v pokynech všech výrobců zakázáno. U této instalace jsou dalším zdrojem tepla Foucaultovy proudy protékající kovovou trubkou. Zahřívání potrubí samo o sobě způsobuje dodatečné zahřívání kabelu uzavřeného v potrubí, čímž se snižuje jeho průchodnost.
Přeložky potrubí musí být provedeny buď azbestocementovým potrubím nebo potrubím HDPE, spoje potrubí musí být hermeticky spojeny. Spoje AC potrubí musí být zabetonovány, spoje HDPE potrubí musí být svařeny. Přenosy potrubí provedené střídavým potrubím musí být zkontrolovány na přenos. Před vytažením kabelu je nutné trubky vyčistit a případně omýt vodou pod tlakem. Při utahování tažného lana do trubky je nutné jím protáhnout pístový kalibr, jehož průměr je o 5 mm menší než vnitřní průměr trubky. Pro potrubí do délky 10 m musí být průměr potrubí alespoň 1,5 průměru kabelu, pro potrubí delší než 10 m – alespoň 2 průměry kabelu.
Pro snížení tření kabelu v potrubí je nutné použít lubrikant. Jako lubrikant lze použít technickou vazelínu nebo mýdlový roztok (obr. 6). Přenosy potrubí by měly být rovné, zatáčky by měly být plynulé (ne více než 3°), protože při velkých úhlech se může tažné lano zaseknout. Zatáčky s velkými úhly musí být otevřené o délce minimálně 3 m, s možností instalace rohových válečků. Použití vlnitých trubek je nepřijatelné, protože v důsledku jejich nízké mechanické pevnosti dochází při tažení kabelu k proříznutí stěn trubek a při průchodu „punčochového“ uchopovače řezanou trubkou dochází k jeho zničení.
Kabelové armatury
Kabelové tvarovky (CA) obsahují integrální prvky silového vedení, určené pro spojování a ukončování kabelů a spojující všechny prvky vedení do jednoho celku tak, aby byl zajištěn dlouhodobý a nepřerušovaný provoz kabelového vedení jako jednoho systému. Moderní kosmické lodě umožňují zkrátit dobu instalace vedení a zjednodušit ji ve stísněných a nepříznivých podmínkách a také minimalizovat vliv lidského faktoru na kvalitu finálního produktu – kabelového vedení.
Ukončování a spojování kabelových úseků jsou nejsložitější operace v kabeláži. Navíc se tyto operace nejčastěji provádějí v polních podmínkách a za různých povětrnostních podmínek. Přípravu pracoviště, řezání kabelů, montáž koncových a spojovacích spojek musí provádět speciálně vyškolený personál s certifikáty a nářadím, protože instalační technologie se u různých výrobců kosmických lodí může výrazně lišit. Po položení kabelu a přípravě jímek se provádí instalace spojovacích a koncových spojek. Typ kabelu je určen konstrukcí v souladu s doporučeními výrobce kabelu.
Testování pláště kabelů s izolací XLPE
Plášť kabelu po uložení do země musí být testován konstantním napětím 10 kV aplikovaným mezi kovovou clonu a zemnící elektrodu po dobu 5 minut. Pro včasné odhalení možného poškození se doporučuje otestovat skořepiny ihned po položení stavebních délek v oblastech mezi jímkami (spojkami) před zasypáním rýhy. Po položení konstrukční délky kabelu je nutné z výkopu vyjmout nářadí a zařízení a posypat kabel pískovo-štěrkovou směsí o tloušťce nejméně 100 mm.
Během testu je třeba dbát na to, aby se nikdo přítomný u testu nebo přihlížející nemohl dotknout pláště kabelu po celé délce testovacího úseku.
Pokud plášť kabelu neprojde zkouškami, je nutné identifikovat a otevřít pro kontrolu místo poškození (MP) a plášť opravit. MF lze určit pomocí indukčních a akustických metod nebo metodou nadzemního rámu.
Opravy pláště kabelu musí provádět vyškolený personál. K opravě skořepiny se doporučuje použít teplem smrštitelné manžety obalené těsnícími materiály (obr. 7).
Po opravě je nutné naplnit kabel písko-štěrkovou směsí o tloušťce minimálně 100 mm a znovu vyzkoušet plášť kabelu.
Pokud byly při zkoušení plášťů otevřeny konce kabelů, uzavřené krytkami, musí se po testování na tyto konce okamžitě nainstalovat nové krytky.
Aby nedošlo k poškození hlavní izolace žil kabelu, je přísně zakázáno pálit poškozenou oblast pláště kabelu (obr. 8).
Po kompletní instalaci kabelu, koncovek a spojek je nutné přezkoušet plášť kabelu.
Závěry
Důvodem 40% poškození kabelů jak při instalaci, tak během provozu je neschopnost zákazníka, inspekční služby a provozní organizace plně implementovat technologii pro instalaci kabelů a kosmických lodí, dále chyby v návrhu, technický dozor stavby a periodický dozor nad kabelovými vedeními provozními organizacemi.
Autor článku: Dmitriev M.V., Ph.D., docent, St. Petersburg Polytechnic University
192007 Rusko Petrohrad, Ligovsky Ave., 140
125130 Rusko Moskva, Staropetrovsky proezd, 11, bldg. 1
Položte otázku popř
požádat o službu
