1

mgr inż. Remigiusz Joeck ENERGA S.A. Oddział Gdańsk dr hab. inż. Aleksandra Rakowska, prof. nadz. Politechnika Poznańska inż. Żaneta Łopat ENERGA SA Oddział Gdańsk

ZASTOSOWANIE AGREGATU DO DOSYCANIA GŁOWIC KABLOWYCH POD NAPI ĘCIEM,

JAKO SPOSÓB ZMNIEJSZENIA AWARYJNO ŚCI GŁOWIC KABLOWYCH SN

Streszczenie: W referacie omówiono zagadnienia związane z dosycaniem głowic kablowych SN pod napięciem. Przedstawiono konstrukcję kabli SN o izolacji papierowej przesyconej (zwanej popularnie izolacją papierowo-olejową) oraz aktualnie stosowane technologie dosycania PPN, ze szczególnym uwzględnieniem temperatury, w której należy przeprowadzać ten zabieg dla poszczególnych syciw kablowych. 1. Wprowadzenie Spółki Dystrybucyjne w Polsce posiadają na swoim majątku jeszcze dużą ilość linii kablowych SN o izolacji papierowo-olejowej [8]. W samej ENERDZE jest to około 1600 km linii wykonanych głównie kablem typu HAKnFtA 8,7/15 kV. Po kilkudziesięcioletniej eksploatacji głowic olejowych w tych liniach coraz częściej dochodzi do ich uszkodzeń [7] [14].

Doświadczenia eksploatacyjne innych Spółek Dystrybucyjnych są bardzo podobne do ENERGI. O przewadze w sieci SN kabli o izolacji papierowej (często nazywanej izolacją klasyczną lub tradycyjną) należy pamiętać przy ocenie awaryjności osprzętu kablowego. Stosunkowo prosto można ocenić wskaźniki uszkodzeń dla linii elektroenergetycznych różnego rodzaju. Znajomość długości danej linii eksploatowanej w analizowanym obszarze i znajomość zanotowanych przypadków jej uszkodzeń w roku kalendarzowym pozwala na precyzyjne określenie wskaźnika awaryjności. Podobnie w przypadku np. izolatorów liniowych oblicza się wskaźniki na podstawie liczby zainstalowanych izolatorów i tego samego typu izolatorów uszkodzonych. Niestety, w przypadku osprzętu kablowego nie mogą być prowadzone kompleksowe analizy awaryjności, ponieważ nie są rejestrowane liczby zainstalowanych elementów osprzętu danego rodzaju. Podczas budowania nowych linii dane takie są zapisywane w dokumentach budowy, jednakże dane nie są gromadzone dla linii kablowych ułożonych dawniej – a nadal z powodzeniem eksploatowanych. Dlatego przy ocenie głowic i muf kablowych posłużono się wskaźnikiem odniesionym do długości linii o poszczególnych rodzajach izolacji.

Analiza awaryjności została przeprowadzona na podstawie danych z 5 Spółek Dystrybucyjnych [16]. W tablicy 1 przedstawiono procentowy udział uszkodzeń osprzętu kablowego danego rodzaju zarejestrowanych w roku 1999 i 2000 dla sieci kablowej - o sumarycznej długości ponad jedenaście tysięcy kilometrów linii SN. Natomiast w tablicy 2 zestawiono przykładowo, wyłonione z wszystkich kart awaryjności w roku 2000, awarie osprzętu kablowego zanotowane w jednym z zakładów energetycznych (76% linii kablowych o izolacji papierowej, sumaryczna długość eksploatowanych linii to ponad półtora tysiąca km linii kablowych SN).

2

Zdecydowanie największa liczba uszkodzeń osprzętu jest wynikiem wadliwej pracy głowic kabli o izolacji papier+syciwo. Najczęściej powtarzającą się przyczyną awarii głowic jest wyciek syciwa – czyli osuszenie korpusu w głowicach typu 3GOn i 3GOw. Głowice tego typu przez wiele lat były jedynymi głowicami instalowanymi w liniach kablowych (o izolacji PAP). Jak wynika z kart awaryjności linii kablowych SN uszkodzeniom ulegają głowice tego typu - zarówno w liniach wybudowanych w latach sześćdziesiątych, jak i również w połowie lat dziewięćdziesiątych. Bardzo często wynika to z wadliwego montażu głowic i nieprecyzyjnego przestrzegania technologii napełniania syciwem – czy ewentualnego dosycania instalacji.

Tablica 1. Udział procentowy uszkodzeń różnych typów osprzętu kablowego dla pięciu Zakładów

Rok

Procentowy udział uszkodzeń danego typu osprzętu kablowego [%]

głowica PAP

mufa PAP głowica PE mufa

PE głowica XLPE

mufa XLPE

mufa przejściowa

1999 45 32 11 4 5 0 3

2000 47 32 6 3 5 3 4

Tablica 2. Uszkodzenia osprzętu kablowego zanotowane w Zakładzie 3 w roku 2000

Miesiąc awarii, rok ułożenia kabla

Materiał izolacji

Symbol kabla

Uszkodzony element osprzętu, przyczyny awarii

styczeń, 1998 PAP /XLPE HAKnFtA /XRUHAKXS mufa przejściowa termokurczliwa marzec, 1991 PAP HAKnFtA głowica 3GOn marzec, 1994 PAP HAKnFtA osłabienie izolacji – głowica 3GOn marzec, 1981 PE YHdAKX głowica „sucha” marzec, 1984 PAP HAKnFtA mufa MŻ-1200 marzec, 1980 PAP HAKnFtA głowica 3GOn marzec, 1997 PAP HAKnFtA głowica marzec, bd PAP HAKnFtA głowica 3Gon; przepięcia i wada konstrukcji kwiecień,1978 PAP HAKnFtA głowica z syciwem kwiecień, 1960 PAP HKnFtA głowica z syciwem maj, 1982 PE YHAKX głowica taśmowa maj, 1995 PAP HAKnFtA głowica z syciwem maj, 1994 PAP HAKnFtA mufa termokurczliwa maj, 1997 PAP HAKnFtA głowica 3GOn czerwiec, 1998 PAP HAKnFtA głowica z syciwem czerwiec, 1995 PAP HAKnFtA głowica czerwiec, 1966 PAP HAKnFtA głowica z syciwem czerwiec, 1980 PAP HAKnFtA głowica z syciwem czerwiec, 1996 PAP HAKnFtA głowica 3GOn; wyciek syciwa

czerwiec, 1984 PAP HAKnFtA głowica 3GOn wyciek syciwa lipiec, 1992 PAP HAKnFtA głowica z syciwem lipiec, 1980 PE YHdAKX głowica z syciwem lipiec, 1996 PAP HAKnFtA głowica z syciwem sierpień, 1995 PAP HAKnFtA głowica; wyciek syciwa

sierpień,1997 PAP HAKnFtA głowica 3GOn sierpień, 1966 PAP HAKnFtA głowica z syciwem sierpień, bd PAP HAKnFtA mufa MŻ, wpływ przepięć atmosferycznych sierpień, 1996 PAP/XLPE HAKnFtA/YHAKXS mufa przejściowa sierpień, 1987 PE YHAKX głowica taśmowa sierpień, 1983 PE YHAKX głowica taśmowa sierpień, 1998 PAP HAKnFtA głowica z syciwem wrzesień, 1997 PAP HAKnFtA głowica 3GOn, przepięcia atmosferyczne wrzesień, bd PAP HAKnFtA głowica, wpływ wyładowań atmosferyczne październik, 1999 PAP/ XLPE HAKnFtA/YHdAKX mufa przejściowa

3

październik, 1991/98 PAP /XLPE HAKNFtA YHAKXS mufa przejściowa, błędy montażowe listopad, 1972/95 PAP HAKnFtA głowica z syciwem grudzień, 96/99 PAP HAKnFtA mufa przejściowa, błędy montażowe grudzień, 1990 XLPE YHAKXS głowica taśmowa

2. Budowa kabli SN o izolacji papierowo-olejowej Typowa konstrukcja kabla HAKnFtA 8,7/15 kV została przedstawiona na rys. 1 [11] [2].

1

2

3 4

5 6 7 8

Rys. 1. Budowa kabla SN typu HAKnFtA 8,7/15 kV 1 - żyła aluminiowa, 2 - półprzewodzący ekran na żyle, 3 - izolacja papierowa, 4 - ośrodek kabla, 5 - powłoka ołowiana, 6 - włóknista osłona, 7 - pancerz z taśm stal.,8 - włóknista osłona ochronna pod pancerzem Kable te cieszą się dobrą opinię, sprawdziły się bowiem w wieloletniej eksploatacji. W stosunku do kabli o izolacji z polietylenu usieciowanego mają jedynie niższą obciążalność prądową, a montażu osprzętu wymaga wysokich kwalifikacji [1] [13]. 3. Awaryjność głowic olejowych [7] Jest to najstarszy typ głowic (rys. 2 i 3), który był stosowany głównie do zakańczania kabli typu HAKnFtA. Ich montaż był skomplikowany, ponadto występowały problemy z uzupełnieniem syciwa w głowicy.

Rys. 2. Głowica olejowa typu I Rys. 3. Głowica olejowa typu II

4

Jak wykazały doświadczenia eksploatacyjne zgromadzone w ENERDZE, awarie głowic kabli o izolacji papierowej przeważnie powodowały wypalenie łącznika w polu, a czasami nawet ich eksplozja rozrywała budynek stacji (rys. 4 i 5). W ENERDZE zanotowano już kilka takich przypadków. Obecnie nie są stosowane tego typu głowice [17], jednakże nadal znajduje się ich sporo w eksploatacji - łącznie z kablami o izolacji papierowo-olejowej.

Rys. 4 i 5. Rozerwana stacja po eksplozji głowicy olejowej

Rocznie dosyca się w ENERDZE około kilkuset głowic olejowych bez napięcia z uwagi na to, że większość sieci SN pracuje w układzie pierścieniowym. Stosowany jest impregnat B-60, który składa się z: oleju kablowego, sosnowej kalafonii balsamicznej oraz poliizobutylenu [1]. 4. Stosowane technologie dosycania głowic olejowych metodą PPN W przypadku linii kablowych SN zasilanych promieniowo, korzystna byłaby możliwość dosycania głowic olejowych pod napięciem. Obecnie na rynku polskim dostępne już są metody dosycania w technologii PPN [9] [10] [12]. Różnią się one między sobą: wyposażeniem (pompka nożna lub elektryczna), zakresem i regulacją temperatury [3] [5] [6] (rys. 6 i 7).

5

Rys. 6 Widok agregatu do dosycania

I producenta Rys. 7 Widok agregatu do dosycania II producenta

Na początku należy otworzyć otwory wlewowe. Producent II przewiduje uprzednie dostosowanie głowic do dosycania pod napięciem poprzez zastąpienie śrub otworów wlewowych odpowiednimi zatyczkami (rys. 8 – element H090-05 – zatyczka otworu wlewowego głowicy kablowej). Producent I proponuje zastosowanie 4 różnych śrub zamykających głowicę w zależności od jej typu [3].

Rys. 8 Narzędzia do dosycania oferowane przez producenta II Przed rozpoczęciem dosycania należy pamiętać, że zabrania się napełniania pod napięciem gorącym impregnatem pustych głowic kablowych (brak widocznego poziomu impregnatu w korpusach izolacyjnych) ze względu na prawdopodobieństwo zalegania wilgoci w metalowym korpusie głowicy, które wskutek nagłego odparowania może być przyczyną niebezpiecznego zwarcia w głowicy [6]. Osobnym zagadnieniem jest rodzaj użytej zalewy kablowej przy montażu głowicy lub jej późniejszym dosycaniu. W praktyce w Polsce nie oznacza się w pobliżu głowicy typu tej cieczy. W literaturze podaje się różne zalewy czy impregnaty:

- impregnat B-60 lub syciwo rodzaju II (nieściekające) [1], - impregnat B-30 [6],

6

- zalewa kablowa typu A dla głowic pracujących w temperaturze otoczenia nie przekraczającej +35oC przy napięciu do 10 kV [13],

- zalewa kablowa typu B dla głowic instalowanych na wolnym powietrzu lub we wnętrzach o temperaturze otocznia nie przekraczającej +65oC przy napięciu do 10 kV [13].

Dostęp do otworu wlewowego w warunkach polskich może być znacznie utrudniony. Konstruktorzy polskich głowic olejowych nie uwzględnili faktu, że mogą być one dosycane w przyszłości pod napięciem. Na rys. 9 i 10 pokazano niemieckie głowice, których otwory do dosycania znajdują się w linii poziomej bezpośrednio od czoła pola SN [10]. 5. Wpływ temperatury syciwa kablowego w trakcie dosycania na dalszą pracę głowicy Zalewy, syciwa, impregnaty kablowe są dość złożonymi substancjami pochodzącymi od różnych producentów. Ich właściwości fizyczne zależą od aktualnej temperatury i przebiegu procesu grzania, czy usunięcia wilgoci. Producent II w swojej instrukcji obsługi agregatu do dosycania głowic [3] podaje 6 producentów mieszanek zalewowych. Ich temperatura dosycania znacznie się różni między sobą i wynosi od 60oC, 110oC lub 120oC. Z kolei producent I agregatu w swojej instrukcji [6] wymaga podgrzania impregnatu do temperatury 80oC umożliwiającej jego tłoczenie. Najwyższą temperaturą impregnatu zaleca jeden z producentów głowic, gdzie przy ich montażu należy impregnat podgrzać do temperatury 130oC [4]. Inny producent głowic [1] w ogóle nie określa tej temperatury podając: „przez korki wlewowe wlać ogrzane, pozbawione wilgoci syciwo rodzaju II lub impregnat kablowy B60”. W przypadku zalewy kablowej typu B w opracowaniu [13] określono temperaturę zalewy aż na 180oC.

Rys. 9. Odkręcanie śruby otworu wlewowego

Rys. 10. Dosycanie głowicy

Osobnym zagadnieniem jest usuwanie wilgoci z syciw kablowych. Powszechną praktyką jest przegrzewanie syciwa w czasie do dwóch godzin bez pomiaru temperatury, aż ustanie tworzenie się piany oraz zniknie piana z powierzchni ogrzewanej zalewy [13]. Powyższy sposób może prowadzić do zmiany właściwości fizycznych takiego syciwa. Ponadto w instrukcji [3] opisano przebieg temperatury syciwa w czasie grzania i jego chłodzenia (rys. 11) oraz podkreślono, że koniecznym jest, aby lepkość zalewy była mniejsza lub równa 200 mm2/s w temperaturze 120oC.

7

Często zdarza się, że po wieloletniej eksploatacji dochodzi do krystalizacji lub znacznego zgęstnienia syciwa (szczególnie impregnat B60), zwłaszcza przy niskich temperaturach. Można próbować ogrzać korpus głowicy, jednakże w technologii PPN będzie to znacznie utrudnione. Także występują problemy z mieszaniem syciw różnych producentów, zwłaszcza przy wielokrotnym dosycaniu. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że syciwa te nie będą dobrze ze sobą współpracowały, szczególnie w różnych zakresach temperatur. 6. Wnioski

• Wydaje się uzasadnione przeprowadzenie badań dostępnych w Polsce syciw kablowych z uwzględnieniem temperatury dosycania i jej wpływu na dalszą pracę głowicy.

• Ze względu na zagrożenie wybuchu głowicy olejowej w trakcie dosycania pod napięciem, warto przeprowadzić symulację takich prób zwarciowych.

• Dobrze by było uzupełnić narzędzia do dosycania o uchwyt drążka manipulacyjnego do podgrzewania korpusu głowicy.

7. Literatura [1] Gajos W., Garbacz K., Miller K.: Budowa linii kablowych 15 i 0,4 kV. Północny Okręg Energetyczny,

Bydgoszcz, 1988 [2] Heinhold L.: Kabel und Leitungen für Starkstrom. Siemens AG Berlin und München, 4 Auflage, 1987 [3] Instructions for use NFG MS Refilling Device. DELTEC Safety Equipment. DEHN + SÖHNE,

Neumarkt, 2003 [4] Instrukcja montażowa: Głowica wnętrzowa olejowa typu SKV. Felten & Guilleaume AG, Nordenham,

1986 [5] Instrukcja obsługi: Agregat do uzupełniania syciwa w głowicach kablowych pod napięciem do 36 kV.

AVA ELEKTRA sc, Zielona Góra, 2004 [6] Instrukcja obsługi: Urządzenie do napełniania głowic kablowych pod napięciem do 36 kV. HUBIX,

Żabia Wola, 2004 [7] Joeck R.: Awaryjność głowic kablowych w stacjach wnętrzowych SN/nN. Konferencja Naukowo-

Techniczna „Stacje elektroenergetyczne WN/SN i SN/nN” – Gdynia 22-23.06.2004r. PTPiREE

Faza grzewcza Faza chłodzenia

Czas grzania Czas chłodzenia

8

[8] Joeck R.: Wstępna analiza ankiety dotyczącej sieci kablowej średniego napięcia będącej na majątku Zakładów Energetycznych w Polsce. Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej, Poznań, 1994

[9] Katalog: Agregat do uzupełniania syciwa w głowicach kablowych pod napięciem do 36 kV. AVA ELEKTRA sc, Zielona Góra, 2004

[10] Katalog: DELTEC Arbeitsschutz. DEHN + SÖHNE, Neumarkt, 2002 [11] Katalog: Kable i przewody elektroenergetyczne. Telefonika S.A., Myślenice, 2002. [12] Katalog: Sprzęt do napełniania głowic kablowych pod napięciem do 36 kV. HUBIX, Żabia Wola,

2004, www.hubix.com [13] Laskowski L., Masztak R., Stokłosa J.: Zasady budowy linii kablowych. Polskie Towarzystwo

Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej, Poznań, 1999 [14] Minorski S.: Awaryjność urządzeń energetycznych. PWT, Warszawa, 1960 [15] Norma SEP: N SEP-E-004 „Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i

budowa” [16] Rakowska A., Awaryjność osprzętu w liniach kablowych średniego napięcia, Biuletyn PTPiREE: Klient,

Dystrybucja, Przesył, Nr 5/2001 [17] STANDARDY TECHNICZNE OBOWIĄZUJĄCE DLA URZĄDZEŃ SN i nn

EKSPLOATOWANYCH W ENERDZE GDAŃSKIEJ KOMPANII ENERGETYCZNEJ S.A. Gdańsk, styczeń 2004 (www.energa.pl)