HRVATSKI OGRANAK ME UNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE HO CIRED 1. savjetovanje Šibenik, 18. - 21. svibnja 2008. SO1 21 Zdravko Pami, dipl.ing. HEP ODS d.o.o., Elektra Zagreb zdravko.pamic@hep.hr ISKUSTVA KOD PRIJELAZA RADA KABELSKE MREŽE S 10 kv NA 20 kv SAŽETAK Zbog sve ve eg broja novih kupaca te sve ve e potrošnje elektri ne energije kod postoje ih kupaca, dosadašnji rad na 10 kv zahtijevao je pripremu cjelokupnog distribucijskog sustava za rada na 20 kv. U referatu se posebno obra uje problematika kojom smo bili suo eni u Elektri Zagreb kod pripreme postoje ih srednjonaponskih kabela i kabelskog spojnog pribora za rad na 20 kv. Posebno je obra eno stanje srednjonaponskih kabela tipa EHP 48-A 12/20 (24) kv, koji su do sada radili na 10 kv naponskoj razini, te njihova mogu nost upotrebe nekih postoje ih kabelskih vodova za novi naponsku razinu 20 kv. Životni vijek srednjonaponskih kabela odre en je stanjem izolacijskog materijala kabela koje je tijekom dosadašnjeg rada na 10 kv dosta narušeno. Uslijed starenje izolacijskog materijala, deklarirani životni vijek ovih srednjonaponskih kabela, položenih još prije 35-40 godina, ve je istekao, što je imalo za posljedicu sve ve i broj kvarova na kabelima. Stanje pojedinih kabelskih vodova je kriti no te se za dugoro niju sigurnu i pouzdanu isporuku elektri ne energije kupcima preporu a zamjena tih dionica s novim srednjonaponskim kabelima tipa XHE 49-A 12/20 (24) kv. Klju ne rije i: prijelaz s 10 kv na 20 kv, EHP 48-A, XHP 48-A, XHE 49-A, životni vijek kabela, dijagnostika kabelskih vodova EXPERIENCES BY REPLACEMENT WORKING ON CABLE LINES FROM 10 kv TO 20 kv SUMMARY Because of more and more new consumers and more and more consumption of power energy by existing consumers, working up to date on voltage level 10 kv is required preparation of whole distribution system for working on voltage level 20 kv. The paper is described separately some problems in Elektra Zagreb with which we have met during preparation MV cables and accessories for working on voltage level 20 kv. Particularly, here you will find our problems with condition of old cables type EHP 48-A 12/20(24) kv, which are worked till now on voltage level 10 kv, and their possibility for using some cable lines for working on voltage level 10 kv. Life time for MV cables is definite by condition of insulation material which, during working till now on voltage level 10 kv, is enough disturbed. Because of insulation material's ageing, declaration life time for these type MV cables, which are laid before 35-40 years, is already over, what is caused a lot of more and more faults on the cables. Condition of some cable lines is very critical and for longer safety and reliable deliver power energy for all consumers, is recommended to exchange those lines with new MV cables type XHE 49-A 12/20 (24) kv. Key words: replacement working from 10kV to 20kV, EHP 48-A, XHP 48-A, XHE 49-A, life time of cable, diagnostic of cable lines 1
1. UVOD Šire podru ja grada Zagreba obuhva a današnje gradove Samobor, Zapreši, Veliku Goricu, Dugo Selo i Sv. Ivan Zelinu te podru je Klare. Svakodnevni sve ve i porast broja kupaca te sve ve a potrošnja elektri ne energije kod postoje ih kupaca, zahtijevao je dosadašnji rad cjelokupnog distributivnog sustava na 10 kv pripremiti i osposobiti za rad na 20 kv. Zabilježen je posebno veliki broj novih kupaca u Pogonu Velika Gorica, ukupno ve i od porasta u svim ostalim Pogonima Elektre Zagreb zadnjih 10 godina. Izgradnjom 110/10(20) kv trafostanice 4 TS 26 VELIKA GORICA, u blizini grada Velika Gorica, prije više od 30-tak godina, SN kabeli ugra eni u mrežu Pogona Velika Gorica deklarirani su za 20 kv napon i cijelo vrijeme bili su priklju eni na 10 kv mrežu. Uglavnom su to kabeli tipa EHP 48-A (oznake i A2YHSY) dok su kasnije polagani i kabeli tipa XHP 48-A, a u novije vrijeme i tip kabela XHE 49-A [5]. Obzirom na specifi ne konstruktivne elemente ovih tipova kabela, potrebno je razjasniti neke bitne konstruktivne razlike kako bi se lakše prihvatilo injeni no stanje o njihovoj funkcionalnosti [1]. 2. KONSTRUKTIVNE RAZLIKE 2.1. Op enito o konstruktivnim zna ajkama Pregledom osnovnih konstruktivnih zna ajki kabela, prema Tablici I., uo avaju se razlike koje bitno uti u na kvalitetu kabela, a to su: vrsta izolacije, zaslona izolacije (ranije korišteni izraz: poluvodljivi sloj preko izolacije ili 2. PV sloj), vodonepropusna zaštita zaslona kabela i vrsta vanjskog zaštitnog plašta. Tablica I. Konstruktivne zna ajke Element Tip kabela Konstrukcije kabela EHP 48-A XHP 48-A XHE 49-A 1. Vodi Al uže zbijeno klase 2 Al uže zbijeno klase 2 Al uže zbijeno klase 2 2. Zaslon vodi a vodljivi PE vodljivi XLPE vodljivi XLPE 3. Izolacija PE XLPE XLPE 4. Zaslon izolacije grafit+vodljiva traka brizgani vodljivi XLPE brizgani vodljivi XLPE 5. Zaslon kabela 2 Cu trake Cu žice + Cu traka Cu žice + Cu traka 6. Vodonepropusna bubrive trake ispod i nema nema zaštita zaslona kabela iznad zaslona kabela 7. Vanjski zaštitni plašt PVC PVC HD PE 2.2. Vodi Vodi od aluminijskog užeta zbijenog klase 2 korišten je za sva tri tipa kabela i treba osnovno napomenuti da se vodi i u kabelu tipa EHP 48-A smiju zagrijavati tijekom rada kabela najviše do 70 0 C, a kod kabela tipova XHP 48-A i XHE 49-A do 90 0 C, bez obzira na naponski nivo. Sve ostale dozvoljene temperature vodi a, u posebnim uvjetima rada, navedene su u Tablici II. Ova ograni enja temperatura u vezi su sa najvišim dozvoljenim temperaturama izolacijskih materijala. Uslijed prolaska struje kroz vodi, javlja se elektromagnetsko polje u kabelu, koje je najve e upravo u vodi u te se širi radijalno i slabi prema rubnim dijelovima izolacije. 2.3. Zaslon vodi a Zaslon vodi a, za sva tri tipa kabela, izra en je iz ekstrudiranog sloja i to od vodljivog PVC-a kod kabela tipa EHP 48-A, odnosno vodljivog umreženog polietilena kod kabela tipova XHP 48-A i XHE 49-A. Ekstrudirani sloj vrsto prianja uz vodi kabela i omogu ava homogeno elektromagnetsko polje unutar izolacijskog sloja. Zbog nepravilnosti vanjske površine vodi a, tj. me uprostora žica od kojih je vodi izra en, elektromagnetske silnice na površini vodi a imaju nepravilne smjerove te se zaslonom vodi a ostvaruje radijalno elektromagnetsko polje unutar izolacijskog sloja. 2
2.4. Izolacijski materijal Izolacija, kod kabela EHP 48-A, izra ena je od ekstrudiranog sloja termoplasti nog polietilena tipa ETI 1 dok je kod kabela tipa XHP 48-A i XHE 49-A izolacija izra ena od ekstrudiranog sloja umreženog polietilena tipa XI 1, zna ajki prikazanih u Tablici II. Tablica II. Zna ajke izolacijskih materijala Zna ajka ETI 1 XI 1 1. Dozvoljena radna temperatura vodi a 70 0 C 90 0 C 2. Dozvoljena temperatura kratkotrajnog preoptere enja vodi a 85 0 C 130 0 C 3. Dozvoljena temperatura vodi a tijekom kratkog 130 0 C 250 0 C spoja (najdulje 5 sekundi) 4. Prije starenja: - prekidna vrsto a - prekidno istezanje 5. Nakon starenja: - uvjeti starenja - prekidna vrsto a - prekidno istezanje 7,5 N/mm 2 250 % 7 dana na 80±2 0 C 7,5 N/mm 2 250 % 12,5 N/mm 2 200 % 7 dana na 135±2 0 C 12,5 N/mm 2 200 % 6. Specifi ni izolacijski otpor, pri 20 0 C 10 11 10 13 7. Faktor dielektri nih gubitaka tg : - na 20 0 C - na najvišoj radnoj temperaturi vodi a 10 10-4 10 10-4 40 10-4 80 10-4 8. Dielektri na vrsto a 12 kv/mm 18 kv/mm 9. Dielektri na konstanta r 4,5 2,3-2,7 Izolacijski materijal ETI1 sastavljen je od pravilno izgra enih lanaca C-H veza, dok su kod izolacijskog materijala XI1 lanci C-H veza, dodatnim tehnološkim postupkom umrežavanja, me usobno povezani. Zbog ovog povezivanja lanaca C-H veza, umreženi polietilen ima veliki broj zna ajki bitno boljih od termoplasti nog polietilena, prikazano u Tablici II. Osim ve e dozvoljene temperature vodi a u svim slu ajevima optere enja, umreženi polietilen ima i bolje mehani ke zna ajke (prekidnu vrsto u i prekidno istezanje, kako prije, tako i nakon starenja izolacijskog materijala). Sve ovo ima za posljedicu i ve u dielektri nu vrsto u i izolacijski otpor. Vrlo bitna zna ajka je i dielektri na konstanta r, koja je manja kod umreženog polietilena, što ima za posljedicu manji kapacitet i manje gubitke kabela. 2.5. Vodene gran ice i parcijalni izboji Ranije spomenuto prisustvo vode u kabelu, kada voda ve do e do izolacijskog sloja, ima za posljedicu slabljenja izolacije i stvaranje vodenih gran ica, tzv. "water treeing". Naime, kako su ovi kabeli položeni pretežno u vrlo mo varnom tlu, za o ekivati je da je tijekom ovih 30-tak godina došlo do postepenog ulaska vode u kabel kroz vanjski zaštitni plašt kabela, uslijed ranijih ili naknadnih ošte enja vanjskog zaštitnog plašta kabela. Upijanje vode kod PVC-a je 2,5 mg/cm 2, dok je kod kabela, oplaštenih sa HD polietilenom to manje od 0,1 mg/cm 2. Poznate su još i elektri ne gran ice, tzv. "electrical treeing", kao posljedica raznih ne isto a u izolaciji, koji isto, pod djelovanjem napona, uzrokuju pojavu parcijalnih izboja i, u kona nosti, proboj izolacije. Gran ice se formiraju kao: a) "vented tree" tj. rastu a napuklina u izolacijskom materijalu koja nastaje od ruba izolacije i širi se prema unutrašnjosti kabela tj. prema vodi u, b) "bow-tie tree" tj. dodatno grananje gran ica u izolacijskom materijalu koje nastaje kao posljedica ne isto e u izolaciji. Gran ice tipa "vented tree" opasnije su, brže se granaju i dugotrajnije su za kabel od ostalih oblika gran ica, zbog nailaska na sve ja e elektromagnetno polje u kabelu što se ide prema središtu kabela. Najgora varijanta je kombinirano djelovanje gran ica, kada one djeluju prema vodi u kabela i granaju se u jednom ili drugom smjeru unutar same izolacije. Ove gran ice mikroskopskih su veli ina, reda manje i od 1 m i predstavljaju potencijalno mjesto stvaranja parcijalnih izboja tj. malih proboja u tim to kama izolacije. Izbijanja se doga aju pojedina no, iznenada i kontinuirano i ne uzrokuju direktne 3
kvarove, jer je energija tih izboja mala. Nivo energije parcijalnih izboja s vremenom raste, zbog ega onda dolazi do kvara, tj. ošte enja i proboja izolacije kabela. Ova izbijanja prouzrokuju tako er i termi ko starenje izolacionog materijala, ime se smanjuje životna dob kabela. Na mjestu izboja, nastaju dva elektromagnetska vala koji se šire prema oba kraja kabela koji je pod ispitivanjem. Val, koji se širi prema mjestu gdje je postavljen ure aj za detekciju izboja, sti i e na mjesto detekcije prije vala kojem je smjer širenja prema kraju kabela gdje nema postavljenog instrumenta za detekciju izboja. Razlog tome je dulji put koji val mora prije i, a to je dvostruka udaljenost od mjesta nastanka vala do kraja kabela. Na temelju poznate duljine kabelskog voda i razlike u vremenima pristiglih valova može se to no odrediti mjesto nastanka izboja. Zato je ova metoda ispitivanja vrlo korisna, jer se to nim odre ivanjem mjesta kvara kabela smanjuju gra evinski troškovi kod izrade kabelske spojnice. 2.6. Zaslon izolacije Najve i problem kod kabela tipa EHP 48-A je izvedba zaslona izolacije. Naime, u vrijeme kada su se po eli proizvoditi ovi kabeli, još nije bila poznata tehnologija tzv. trostrukog ekstrudiranja (istovremeno ekstrudiranje zaslona vodi a, izolacije i zaslona izolacije), tako da su se istovremeno ekstrudirali samo sloj zaslona vodi a i izolacija, a zaslon izolacije izra en je naknadno. U to vrijeme, kod kabela tipa EHP 48-A, zaslon izolacije ra en je od sloja grafitne prašine koja se omotala vodljivom trakom, ime se postigla elektri na veza izme u izolacije i zaslona kabela, ali ne i " vrsta" veza izolacije sa zaslonom izolacije kao kod kabela tipova XHP 48-A i XHE 49-A, izra enih tehnologijom trostruke ekstruzije. Dolaskom vode do grafitnog sloja kabela, "izbrisao" se je sloj grafita, voda je slobodno došla preko vanjske površine u izolacijski sloj te je došlo do prekida elektri ne veze izolacija-zaslon izolacije. Na taj na in došlo je do stvaranja vodenih gran ica, koje e biti to ja e, i dovesti u kona nosti do proboja izolacije kabela, što e biti ja e elektromagnetno polje u izolaciji, a to je u našem slu aju 20 kv napon umjesto dosadašnjeg 10 kv. Zbog mogu eg pove anja broja proboja na postoje im EHP 48-A kabelima, nakon prelaska rada kabela na 20 kv, elektroenergetska sposobnost kabela bit e ugrožena, a pouzdanost opskrbe elektri ne energije kupcima biti e smanjena. 2.7. Vodonepropusna zaštita zaslona kabela U Tablici I. navedeno je da kabeli tipa EHP 48-A i XHP 48-A nemaju ugra enu vodonepropusnu zaštitu zaslona kabela, kao kod tipa XHE 49-A, tako da je kod tih tipova kabela zaslon kabela u direktnom kontaktu sa zaslonom izolacije. Upravo je prisustvo vode u kabelima, pa i u kabelima tipa XHP 48-A, rezultiralo razvoj, po etkom 80-tih godina prošlog stolje a, nove konstrukcije SN kabela sa vodonepropusnom izvedbom zaslona kabela. Vodonepropusnost se postiže ugradnjom vodljive vodobubrive trake ispod zaslona kabela i separacijske vodobubrive trake iznad zaslona kabela. U slu aju prolaska vode kroz vanjski zaštitni plašt kabela, koji ima ugra enu vodonepropusnu zaštitu, voda dolazi u kontakt sa bubrivim prahom (koji se kod obje trake nalazi izme u dviju netkanih traka) i koji tada pove ava svoj volumen za 10-tak puta te se time popunjavaju svi me uprostori u zaslonu kabela (izme u pojedinih Cu žica zaslona i Cu trake kod jednožilnih kabela, odnosno izme u Cu traka kod trožilnih kabela). Kako je brzina bubrenja obih traka vrlo velika (10-15 mm u minuti), gotovo istodobno se stvara barijera od nastalog gela (gel nastaje miješanjem vode sa bubrivim prahom), koji sprije ava daljnje uzdužno širenje vode kroz zaslon kabela. Kvaliteta ovih traka ispituje se dugotrajnim ispitivanjem (1000 sati) u uvjetima gdje nakon 125 ciklusa, prvo zagrijavanje 5 sati na povišenoj temperaturi vodi a (najve a dopuštena temperatura vodi a se uve ava za 10 0 C, što za tip kabela XHE 49-A iznosi 100 0 C) te hla enje 3 sata na sobnu temperaturu, voda u zaslonu kabela smije pro i na jednu i drugu stranu, od mjesta ulaska vode u kabel, najviše 150 cm. U normalnim uvjetima rada kabela, koji ima vodonepropusnu zaštitu, voda se uspije proširiti tek 10- tak cm na obje strane od mjesta ulaska vode u zaslona kabela. Ovaj podatak se odnosi na kabele izra ene sa kvalitetnim bubrivim trakama, gdje voda u zaslonu kabela, u postupku ranije opisanog dugotrajnog ispitivanja od 1000 sati, pro e najviše 50-60 cm na obje strane od mjesta ulaska vode u zaslon kabela. To zna i da je nakon detektiranja greške u kabelu, zbog prisustva vode u zaslonu kabela, dovoljno odrediti mjesto greške, odstraniti vanjski zaštitni plašt kabela do suhog mjesta kabela i postaviti na tom mjestu servisnu manšetu izra enu od skupljaju eg materijala, koja sa unutarnje strane ima sloj ljepila i koje e, pri grijanju i skupljanju osnovnog materijal, popuniti sve me uprostore na mjestu ošte enja, ime je greška sanirana i ponovno je uspostavljena vodonepropusnost zaslona kabela. 4
2.8. Vanjski zaštitni plašt kabela Kabeli tipova EHP 48-A i XHP 48-A imaju vanjski zaštitni plašt izra en od PVC-a, a kabeli tipa XHE 49-A od HD polietilena. U to ci 2.5. ovog referata opisane su razlike izme u ovih materijala, prvenstveno sa aspekta upijanja vode tijekom vremena. Treba napomenuti i da je HD poletilen vrš i i otporniji na udarce i habanje od PVC-a. Zbog svega ovoga HD polietilen je potisnuo PVC kao materijal za izradu plašteva kabela još krajem 80-tih godina prošlog stolje a i danas se više ne proizvode srednjonaponski kabeli oplašteni PVC-om. 3. REGENERACIJA OŠTE ENIH KABELA Kako kod kabela tipova EHP 48-A i XHP 48-A vodonepropusne zaštite nema, na kabelskim dionicama gdje je ustanovljena prisutnost vode u kabelu (a to zna i da su u kabelu vjerojatno ve prisutne vodene gran ice i da je samo pitanje dana kada e do i do proboja izolacije), te je iz raznih razloga teško ili nemogu e odmah izvršiti zamjenu sa kabelom tipa XHE 49-A, postoji mogu nost regeneracije ošte ene izolacije pove anjem dielektri ne tvrdo e izvedeno pomo u injektiranja dielektri ne silikonske teku ine u žilu kabela. Tehnologija CableCURE predstavlja jednu od poznatih metoda regeneracije ošte enih ili kabela koji e biti ošte eni zbog vodenih gran ica, prisutna ve 20-tak godina u Sjevernoj Americi i mnogim državama Europe (Njema ka, Austrija, Nizozemska, Belgija, Poljska i zemlje Skandinavije) i kojom je "izlije eno" više od 4.500 km kabela, prvenstveno tipa EHP 48-A. Silikonska teku ina se širi po žicama vodi a i penetrira (uslijed pove anog pritiska, izme u 3,45-8,27 bara) kroz zaslon vodi a u izolaciju te tako potiskuje gran ice i pove ava dielektri nu vrsto u izolacijskog materijala. U tu svrhu izvedena su mnoga laboratorijska i terenska ispitivanja, kako bi se dokazao porast dielektri ne vrsto e "izlije enih" kabela te proizvo ove silikonske teku ine, uz sanaciju, nudi i financijsku garanciju za puni iznos sanacije kabela za razdoblje od 20 godina. O samom postupku "izlje enja" kabela napisano je nekoliko referata objavljenih na savjetovanjima CIGRÉ u Hrvatskoj, Sloveniji i Bosni i Hercegovini te itav niz stru nih lanaka objavljenih u raznim stru nim publikacijama. U Sloveniji je izveden i pilot projekt regeneracije ošte enog kabela na podru ju Elektro Gorenjske. U Hrvatskoj je do sada napisan samo elaborat, na zahtjev Elektroistre Pula, za sanaciju 35 kv kabela TS 35/10(20) kv Centar TS 35/10(20) kv Pula Zapad. Sam projekt nije realiziran zbog pronalaska trajnijeg rješenja: ugradnje novog kabela tipa XHE 49-A. Naime, na samoj kabelskoj trasi bilo je ugra eno, zbog velikog broja proboja, ve puno neprolaznih spojnica (neprolazne su zbog ugradnje neprolaznih spojnih ahura vodi a) što bi rezultiralo pove anim troškovima same sanacije. U isto vrijeme, sama dionica je prekopavana zbog ugradnje drugih komunalnih instalacija, tako da se odlu ilo na zamjenu starog tipa kabela. Uspješnost regeneracije SN kabela pomo u tehnologije CableCURE u svjetskoj razini je 98,5%. Prednosti ove metode su garancija, ekonomska opravdanost i pouzdanost. Ekonomsku opravdanost karakteriziraju niski troškovi, u usporedbi s izgradnjom novog kabelskog voda, jer su prosje ni troškovi 30-60 % od troškova novog kabelskog voda. Za Pulu je to bilo 37,76 %. Ugradnja novog kabela bila je, zbog brzog rješavanja problema i korištenja stare trase, bez skupih imovinsko-pravnih troškova i smetnji za gra ane i promet. 4. DOSADAŠNJE AKTIVNOSTI U POGONU VELIKA GORICA Prijelaz sadašnje 10 kv mreže Pogona Velika Gorica na naponsku razinu 20 kv odvija se kroz dvije etape, o emu je zadužena posebna Radna grupa koja, do kona nosti provedbe akcije prelaska mreže Pogona Velika Gorica, najmanje dva puta mjese no održava koordinacije i izvještava rukovodstvo Elektre Zagreb o u injenim aktivnostima. Do sada je izmijenjeno preko 120 kabelskih završetaka na postoje im kabelskim dionicama. Naknadnim ispitivanjem, nakon ovih zamjena, došlo je do novih 18 proboja na 9 kabelskih dionica. Ispitivanja su u po etku ra ena istosmjernim naponom 48 kv u trajanju 5 minuta, a naknadno je odlu eno pre i na ispitivanje izmjeni nim naponom 36 kv, 0,1 Hz, u trajanju 30 minuta. Zbog pove anog broja proboja na pojedinoj kabelskoj dionici, zamijenjeno je 14 dionica novim kabelima tipa XHE 49-A, a uzorci proboja dani su u Odjel za održavanje kabelskih vodova Elektre Zagreb na daljnju analizu. Ovaj Odjel izvršio je do sada sva ispitivanja kabelskih trasa i, po okon anju pojedinog dijela ispitivanja, predo io poseban izvještaj o izvršenim radnjama i stanju ispitanih kabelskih dionica. 5
Zamjena pojedinih kabelskih dionica može i i vrlo teško, jer pojedine trase mogu biti dosta nepristupa ne, zbog velikog broja razli itih drugih komunalnih instalacija u blizini te vrlo prometnih trasa, a neke dionice mogu i i i kroz samo središte grada. To može uzrokovati pove ane troškove polaganja uz neophodno zatvaranje pojedinih prometnica, što može imati za posljedicu i prometni kolaps u gradu. 5. ŽIVOTNI VIJEK KABELA Životni vijek kabela tipa EHP 48-A je 30 godina, kabela tipa XHP 48-A je 40 godina, a kabela tipa XHE 49-A je 50 godina, prema garanciji proizvo a. Kako su kabeli tipa EHP položeni i u upotrebi od po etka 70-tih godina prošlog stolje a, tj. ve preko 30 godina, za o ekivati je da je tijekom vremena došlo do starenja izolacijskog materijala i zato danas možemo govoriti da se od ove izolacije više ne može ekivati da posluži svojoj osnovnoj svrsi: odvo enje topline u okolni prostor uslijed zagrijavanja vodi a protokom struje kroz njega, bez obzira što su ovi kabeli cijelo vrijeme radili na nominalnom naponu mreže 10 kv. Prelaskom na nominalni napon mreže 20 kv, elektromagnetno polje oko vodi a pove at e se za dvostruko te bi, u ovakvom današnjem stanju kabela, izolacijski materijal mogao još vrlo malo izdržati u novonastalim prilikama. Uz saznanje da u ovim kabelima ima vode ispod vanjskog zaštitnog plašta kabela, a djelomi no ve i u izolaciji, nikakvo višekratno rješavanje proboja, na istoj kabelskoj dionici, ne e poboljšati stanje kabela. Kod ispitivanja kabela do proboja uvijek dolazi samo na najslabijem mjestu kabela, ne odjednom na dva potencijalna mjesta proboja, tako da se, rješavanjem jednog proboja na kabelskoj trasi, nikada unaprijed ne zna koliko e još proboja izolacije biti na toj kabelskoj trasi u kona nosti. Zbog toga je i predlagano da se nakon sanacije proboja ne vrši uobi ajeno naponsko ispitivanje pove anim izmjeni nim naponom, ve da se kabeli priklju e samo na nominalni napon, prvo na 10 kv, a ukoliko ni nakon 24 sata ne do e do novog proboja na istoj dionici, podigne napon na 20 kv. Time e se sprije iti dodatno uništavanje izolacije uslijed ispitivanja kabela pove anim izmjeni nim naponom. 6. DIJAGNOSTIKA KABELSKIH VODOVA 6.1. Op enito o dijagnostici kabela Dijagnostika kabela je bitan dio preventivnog održavanja kabelskih vodova. Pomaže prvenstveno spre avanju neželjenih kvarova i smanjenju izravnih i neizravnih posljedica kvarova na kabelima. Cilj dijagnostike je utvr ivanje stanja kabela i ugra enog kabelskog spojnog pribora (završeci, spojnice ), njegov daljnji pogonski status te mjere potrebne za dovo enje kabelskog voda u ispravno stanje. Time se utvr uje nužnost zamjene odre enih duljina ili cijele promatrane duljine kabelskog voda. Uvo enje dijagnostike bitno pridonosi stalnom rastu pouzdanosti pogona kabelskog voda te smanjenje neisporu ene elektri ne energije potroša ima. Dijagnostikom se sprje avaju neplanirani kvarovi, a time se smanjuju posljedice kvarova u obliku izravnih i neizravnih šteta. Da li je dijagnostika stanja kabelskog voda trošak ili ušteda, pitanje je na koje se može dati odgovor samo ako se uzmu u obzir svi parametri koji uti u na odre ivanje cijene ovih troškova. Naime, ušteda, koju karakteriziraju niži izravni i indirektni troškovi kvarova te manji rizik, daje prednost pred troškovima koji nastanu prilikom neplaniranog iskap anja kupaca iji troškovi zbog neplanski neisporu ene elektri ne energije mogu biti i višestruko ve i od samih troškova rješavanja kvara na kabelu. Dokazano je da su troškovi dijagnostike opravdani u odnosu na postignutu pouzdanost pogona, nabavnu vrijednost kabela te izravne i neizravne troškove kvarova. Dijagnostika je potrebna ve danas, a bit e potrebnija još više i u budu nosti, jer imamo veliki broj starih kabela iji životni vijek je ve istekao, a sutra e ovi kabeli još stariji. Zato dijagnostiku starih kabela treba promatrati kao redovni lije ni ki sistematski pregled svakog ovjeka, koji je to u estaliji što je ovjek stariji. Veliki broj problema, opisanih u prethodnim poglavljima, bili bi na zadovoljavaju i i efikasniji na in riješeni daleko ranije da se je do sada vodila redovna dijagnostika o stanju pojedinih kabelskih vodova. Dijagnostikom, kao i po potrebi planskom zamjenom pojedinog kabelskog voda, osigurava se održavanje broja kvarova na jednoj prihvatljivoj razini za njegovo održavanje, a sve u cilju osiguranja za dugoro niju sigurnu i pouzdanu isporuku elektri ne energije kupcima. Liberalizacija tržišta elektri nom energijom, posebno i za male kupce (ku anstva), dovodi naše distributere pred sve ve i zahtjev da se raznim metodama radi redovna procjena stanja kabelskih vodova. Time e se izbje i nepotrebni troškovi ulaganja u za sada nepoznate investicije, dok bi se sigurnost i pouzdanost isporuke elektri ne energije svim kupcima zadržala na visokoj razini. 6
Do sada je osnovni kriterij stanja kabelskog voda bio broj kvarova na nekoj dionici, što ponekad i nije bio pravi pokazatelj. esto se nije znalo to no o cijeloj povijesti kabela, uglavnom zbog neadekvatne dokumentacije tijekom eksploatacije kabela (projektiranje kabelskog voda, odabir kabela, polaganje, održavanje provjera stanja, popravci ) te je bila ponekad upitna procjena kada e se izvrši zamjena pojedinog kabelskog voda. Vremensko korištenje kabela te broj kvarova na razini njihove prihvatljivosti ne mogu dati dovoljno pravu sliku stanja kabela, kao što je to redovno održavanje kabelskog voda kroz primjenu odgovaraju e dijagnostike. Odgovor na vje no pitanje, koji je to najve i broj kvarova na jednom kabelskom vodu koji e se dopustiti prije donašanja odluke o zamjeni kabela, nije tako jednozna no lako definirati, a planska dijagnostika utvr ivanja stanja izolacije kabela u tome može puno pridonijeti [2]. Na temelju rezultata dijagnosti kih ispitivanja, omogu ava se djelotvornije i lakše odre ivanje stanja kabela. Razinu do koje se može održavati ukupan broj kvarova tek treba utvrditi. Broj kvarova na kabelima izoliranim umreženim polietilenom (kabeli tipa XHP 48-A i XHE 49-A) razmjeran je njihovom ukupnom udjelu u duljini položenih kabelskih vodova. Udio kvarova kod ovih kabela razmjeran je i vremenom izrade ovih kabela. Naime, uvo enje tehnologije izoliranja u dušiku (tzv. dry-curing tehnologija, ili suha tehnologija ), kod kabela sa izolacijom od umreženog polietilena, smanjila je broj kvarova uzrokovanih vodenim gran icama. Nedvojbeno je da tehnologija izoliranja ovih kabela u pari (tzv. wet-curing tehnologija, ili mokra tehnologija ) daje statisti ki ve i broj kvarova od broja kvarova na istim kabelima izoliranim tehnologijom u dušiku. Nešto je ve i broj kvarova, kao i njihov odnos prema ukupnom broju položenih kabela, na kabelima sa izolacijom od papira i uljem impregniranog papira, što je i razumljivo, jer su papirni kabeli najstariji pa je i logi no da se o ekuje pove ani broj kvarova na kabelima s ovom izolacijom. Najve i broj kvarova zabilježen je na kabelima sa PVC izolacijom (tipovi kabela PP 41-A) i na kabelima izoliranim s termoplasti nim polietilenom (tipovi kabela EHP 48-A). I ovo je logi an podatak obzirom da se radi o kabelima izoliranim materijalima ija najve a dozvoljena temperatura zagrijavanja vodi a ne prelazi 70 0 C i ije su mehani ke zna ajke manje od izolacije izra ene od umreženog polietilena. 6.2. Metode dijagnosti kih ispitivanja Do sada još nisu odre ene normirane metode za dijagnosti ka ispitivanja, tako da razna distribucijska podru ja koriste raznovrsne metode, koje su uglavnom vezne za opremu kojom raspolažu. Uglavnom je to stanje odziva pobu ene izolacije te govorimo o metodama odziva u frekventnoj i vremenskoj domeni. U frekventnoj domeni koristi se oprema kojom se može mjeriti tg pri 0,1 Hz ili kod 50 Hz. U vremenskoj domeni koriste se metoda mjerenja polarizacijske i depolarizacijske struje, metoda mjerenja povratnog napona i mjerenje izotermalne relaksacijske struje. Svaka od ovih domena ima svoje prednosti i mane. Tako se kod metoda u vremenskoj domeni, kao glavni nedostatak govori o dugom vremenu ispitivanja (i do 1 sat po fazi) te nemogu nosti detekcije brzih polarizacijskih procesa, dok je analiza podataka dosta komplicirana. Metode u frekventnoj domeni vrijeme ispitivanja svode na 30 minuta po fazi, omogu avaju detekciju brzih polarizacijskih procesa a analiza podataka je vrlo jednostavna, dok je glavna mana ovih ispitivanja u relativno visokoj cijeni ure aja za ova ispitivanja. Uz navedena ispitivanja, koristi se i metoda reflektometrijske analize parcijalnih izboja. Nizozemski institut KEMA patentirao je ispitivanje parcijalnih izboja kabela koji je pod naponom. PD-OL (partial discharge on-line) metoda bazira se na ugradnji induktivnih senzora na oba kraja kabela, povezanih opti kim kabelom, koji detektiraju PD signal odre ivanjem vremena povratka signala, od mjesta prona ene greške do oba kraja kabela [3] i [4]. Razlikom u ovim vremenima odre uje se mjesto greške u kabelu, uz pogrešku manje od 1% duljine kabela koji se ispituje. Najve a duljina kabelske trase može biti do 4 km. Ispitni napon je od 1,7 2 U 0 uz frekvenciju 0,1 Hz a signal se emitira svakih 10 minuta. Vrijeme ispitivanja nije ograni eno (u pravilu se ne ispituje dulje od 6 mjeseci), jer su kupci cijelo vrijeme priklju eni, a ukoliko do e do grupiranja ve ine loših mjesta na jednom ili više mjesta i ranije, ispitivanje se prekida i vrši se sanacija kabela: popravak na lošim mjestima ugradnjom kabelske spojnice ili izmjena cijele trase. Ispitivanje tg izvodi se malim naponom u kratko vrijeme i ovo ispitivanje ne uti e na op e stanje izolacijskog materijala, zbog ega je vrlo popularno u svim distribucijama. Ovim ispitivanjem odre uje se stanje izolacije te se, u slu aju da se radi o lošem mjestu samo na jednom mjestu kabelske dionice, naknadnim naponskim ispitivanjem ili ispitivanjem parcijalnih izboja može to no locirati loše mjesto kabela. Za ova ispitivanja danas se na tržištu nudi veliki izbor instrumenata od raznih proizvo a [6]. Na Slici 1. prikazan je princip spajanja mjerne opreme preko posebnog senzora na kabel koji se ispituje te daljnje povezivanje na ra unalo gdje se dobiveni rezultati prikazuju tabelarno i grafi ki. Dvojbe, da ili ne kupiti opremu za dijagnosticiranje stanja kabela, ne bi smjelo više biti, jer se ulaganjem u ovu opremu, uskoro višestruko vra aju uložena sredstva za nabavku ove opreme. A nabavka opreme za dijagnostiku podrazumijeva i redovno educiranje radnika koji rade u Odjelima za održavanje kabelskih vodova. 7
Slika 1. Princip spajanja mjerne opreme za mjerenje tg 7. ZAKLJU AK Stanje pojedinih dionica kabela tipa EHP 48-A u Pogonu Velika Gorica vrlo je kriti no za daljnju dugoro niju sigurnu i pouzdanu isporuku elektri ne energije kupcima, dok je situacija sa kabelima tipa XHP 48-A nešto povoljnija. Kona no rješenje je zamjena svih dionica u kojima su položeni kabeli tipa EHP 48-A sa tipom XHE 49-A, a kabele tipa XHP 48-A mijenjati samo po potrebi, uz obavezno redovno dijagnosticiranje stanja pojedinih dionica. Kako su kabeli tipa EHP 48-A u pogonu, u Pogonu Velika Gorica, ve preko 30 godina, dakle više od deklarirane životne dobi kabela od strane proizvo a kabela, daljnja sanacija kabela, u kojima je detektirana voda, na dosadašnji uobi ajeni na in (ugradnja spojnice na mjestu proboja) ne daje kona no rješenje, jer ostaje i dalje velika vjerojatnost da e uskoro, na istoj duljini popravljenog kabela, do i do novog proboja. Eventualno bolja situacija bila bi da se nakon ugradnje novih završetaka i spojnica ne ispituje pove anim izmjeni nim naponom, ve kabel priklju i ponovno na napon bez ispitivanja. Time e se izbje i daljnje naponsko starenje ve i ovako loše izolacije ovih kabela te neefikasna daljnja ugradnja novih kabelskih spojnica. Situacija sa kabelima tipa XHP 48-A je nešto bolja, u odnosu sa kabelima tipa EHP 48-A, zbog ekstrudiranog zaslona izolacije, ime se ostvaruje vrsti spoja zaslona izolacije s izolacijom. Zbog toga je manja vjerojatnosti prodora vode preko zaslona izolacije u izolaciju i pojava vodenih gran ica u izolaciji. Zamjenu kabela tipa XHP 48-A vršiti samo po potrebi, kada se ustanovi da je pojedina dionica nepopravljiva. Dionice kabela tipova EHP 48-A i XHP 48-A, u kojima je detektirana voda, a nemaju zabilježen još nijedan proboj, dielektri nu vrsto u izolacije mogu e je poboljšati ubrizgavanjem silikonske teku ine u kabel, upotrebom CableCURE tehnologije. Pri donašanju odluke o zamjeni kabela, treba uvažiti rezultate dobivene nekim od dijagnosti kih ispitivanja i ukupnog broja kvarova na toj kabelskoj trasi. Nužnost eš eg ispitivanja problemati nih kabelskih vodova iziskuje dodatne troškove, koji su esto manji od direktnih i indirektnih troškova kod iznenadnog proboja kabela. Potrebno je više ulagati u vlastitu dijagnosti ku opremu, posebno prate i razvoj novih tehnologija i mjerne opreme u svijetu, te u edukaciju radnika u Odjelima za održavanje kabelskih vodova. 8
LITERATURA [1] Z.Pami, " Problematika SN kabela u pogonu Velika Gorica, Elektra Zagreb, Služba za održavanje, Odjel za pripremu i tehnološki razvoj, travanj 2007. [2] D.Živakovi, N.Vrande, "Pra enje srednjonaponskih kabela tijekom eksploatacije, 8. savjetovanje HRO CIGRÉ, Cavtat, studeni 2007. [3] F.Steennis, "Permanent on-line monitoring of MV power cables based on partial discharge detection and localisation an update", 7 th International Conference on Insulated Power Cables JICABLE'07, Versailles-Francuska, juni 2007. [4] F.Steennis, "Service ageing and field diagnostics", Tutorial T1, 7 th International Conference on Insulated Power Cables JICABLE'07, Versailles-Francuska, juni 2007. [5] HRN HD 620 S1 Distribucijski kabeli s ekstrudiranom izolacijom za nazivne napone od 3,6/6 (7,2) kv do 20,8/36 (42) kv, 2007 [6] Prospektni materijal proizvo a HV Diagnostics-Švicarska i BAUR-Austrija 9