Pokládka kabelu s izolací ze síťovaného polyethylenu»

Každý podnik provozující elektrické sítě s napětím 6-10 kV a vyšším používá silové kabely.

Kabelové vedení má oproti nadzemnímu vedení obrovskou výhodu, protože zabírá méně místa, je bezpečnější, spolehlivější a snadněji se ovládá.

Převážná většina kabelů používaných v Rusku a zemích SNS jsou kabely s impregnovanou papírovou izolací (IPI), které mají řadu nevýhod:

— omezení rozdílu v úrovních snášky;

— nízká technologie instalace spojky.

V současné době se s ohledem na výše uvedené nedostatky aktivně nahrazují kabely s papírovou izolací kabely s izolací ze zesítěného polyethylenu.

Přední energetické systémy země aktivně používají kabely se síťovanou polyethylenovou izolací při výstavbě nových kabelových vedení nebo opravách stávajících.

Přechod od kabelů s papírovou impregnovanou izolací (BPI) ke kabelům se síťovanou polyethylenovou izolací (XLPE) je spojen se stále rostoucími požadavky provozovatelů na technické parametry kabelů. V tomto ohledu jsou výhody kabelů XLPE zřejmé.

Tabulka (podle údajů ze skupiny společností Forum Electro) ukazuje hlavní ukazatele kabelů středního napětí:

Typ izolace kabelu

1 Dlouhodobě přípustná provozní teplota, °C

2. Teplota při přetížení, °C

3. Odolnost proti zkratovým proudům, °C

– při položení do země

– když je položen ve vzduchu

5. Rozdíl úrovní během pokládky, m

6. Pracovní náročnost během instalace a oprav

7. Ukazatele spolehlivosti – měrné poškození, -ks/100 km za rok

– v olověných nábojích

– v hliníkových pouzdrech

* dle MKS Mosenergo, A.S. Svistunov. Směr vývojových prací.

Výhody síťovaného polyethylenového kabelu jsou:

— vyšší provozní spolehlivost;

— zvýšení provozní teploty kabelových jader s izolací XLPE na 90 °C, což zajišťuje větší propustnost kabelu;

— pevná izolace, umožňující instalaci kabelů s izolací XLPE v oblastech s velkými výškovými rozdíly, včetně svislých a šikmých kolektorů;

— použití polymerních materiálů pro izolaci a plášť, které umožňují pokládat kabely z XLPE bez předehřívání při teplotách až –20 °C;

— nižší hmotnost, průměr a poloměr ohybu kabelu, což usnadňuje instalaci na složitých trasách;

— specifické poškození kabelu s izolací z XLPE je o 1–2 řády nižší než u kabelu s impregnovanou papírovou izolací;

– vysoká tepelná stabilita proudu během zkratu;

— izolační materiál umožňuje snížit dielektrické ztráty v kabelu;

— velké konstrukční délky kabelů;

nižší náklady na rekonstrukci a údržbu kabelových vedení;

— ekologičtější instalace a provoz (bez olova, oleje, bitumenu);

– prodloužení životnosti kabelu.

Použití kabelů s izolací XLPE pro napětí 6-10 kV nám umožňuje řešit mnoho problémů se spolehlivostí napájení, optimalizovat a v některých případech i změnit tradiční síťová schémata.

V současné době je v USA a Kanadě podíl kabelů s izolací XLPE 85 %, v Německu a Dánsku 95 % a v Japonsku, Francii, Finsku a Švédsku se v distribučních sítích středního napětí používají pouze kabely s izolací XLPE.

Polyethylen je v současnosti jedním z nejpoužívanějších izolačních materiálů při výrobě kabelů. Termoplastický polyethylen má však zpočátku vážné nevýhody, z nichž hlavní je prudké zhoršení mechanických vlastností při teplotách blízkých bodu tání. Řešením tohoto problému bylo použití zesítěného polyethylenu.

XLPE kabely vděčí za své jedinečné vlastnosti použitému izolačnímu materiálu. Proces zesíťování nebo vulkanizace v moderních kabelových závodech probíhá v neutrálním plynném prostředí za vysokého tlaku a teploty, což umožňuje dostatečný stupeň zesíťování v celé tloušťce izolace.

Termín „zesíťování“ (vulkanizace) znamená zpracování polyethylenu na molekulární úrovni. Zesíťování vzniklé během procesu zesíťování mezi makromolekulami polyethylenu vytváří trojrozměrnou strukturu, která určuje vysoké elektrické a mechanické vlastnosti materiálu, nižší hygroskopičnost a širší rozsah provozních teplot.

Existují tři hlavní metody síťování polyethylenu: peroxid, silan a radiace. V globálním kabelovém průmyslu se první dvě používají při výrobě silových kabelů.

Peroxidové zesíťování polyethylenu probíhá v neutrálním plynném prostředí při teplotě 300–400 °C a tlaku 20 atm. Používá se při výrobě kabelů středního a vysokého napětí.

Zesíťování silanem se provádí při nižší teplotě. Oblast použití této technologie zahrnovala kabely nízkého a středního napětí.

Prvním ruským výrobcem kabelů s izolací z XLPE byla v roce 1996 společnost ABB Moskabel, která používala technologii peroxidového síťování. První ruský výrobce kabelů ze silanem síťovaného polyethylenu byl spuštěn v roce 2003 v permském závodě OAO Kamkabel.

Výroba a provoz těchto kabelů má určité zvláštnosti.

Kabely se vyrábějí převážně v jednožilovém provedení (obr. 1), ale vyrábějí se i v třížilovém provedení (obr. 2) a použití různých typů plášťů a možnost utěsnění umožňuje použití kabelu jak pro pokládku v zemi, tak pro kabelové konstrukce, včetně skupinové pokládky:

Kabelové pláště s izolací XLPE

ležící na zemi, ve vzduchu

pokládání na zem v obtížných oblastech

Vyrobeno z PVC plastu

v kabelových konstrukcích, v průmyslových prostorách – v suchých půdách

Vyrobeno z nehořlavého PVC plastu

skupinová pokládka – v kabelových konstrukcích – ve výrobních zařízeních

Kabely s podélným těsněním

g, 2g, gzh (za označením skořápky)

pro pokládku v půdách s vysokou vlhkostí ve vlhkých, částečně zatopených oblastech

Další označení pro kabely s těsnicími prvky v provedení:

“g” – utěsnění kovové clony vodotěsnými páskami;

„2g“ – hliníkovo-polymerová páska přes utěsněnou obrazovku;

„гж“ – ve vodivém jádru se používá prášek nebo nitě blokující vodu.

Konstrukce kabelu s XLPE izolací pro nízké a střední napětí:

1. Vodivé vícedrátové těsnicí jádro:

— hliník (APvPg, APvPug, APvVg, APvVng-LS, APvPu2g);

— měď (PvPg, PvPug, PvVg, PvVng-LS, PvPu2g).

2. Elektricky vodivá clona vyrobená z polyethylenové kompozice zesítěné silanem.

3. Izolace z polyethylenu zesítěného silanem.

4. Elektricky vodivá clona vyrobená z polyethylenové kompozice zesítěné silanem.

5. Vodivá páska blokující vodu.

6. Měděné drátěné stínění.

8. Oddělovací vrstva:

— vodivá páska blokující vodu (APvPu2g, PvPu2g);

— krepovaný elektroizolační papír (APvPg, PvPg, APvPug, PvPug, APvVg, PvVg);

— hliníkovo-polyethylenová páska (APvPu2g, PvPu2g).

— polyvinylchloridový plast (APvVg, PvVg);

— polyvinylchloridová plastová směs s nízkým nebezpečím požáru (APvVng-LS, PvVng-LS);

— polyethylen (APvPg, PvPg, APvPug, PvPug, APvPu2g, PvPu2g).

Obr. 1. Jednožilový SPE kabel

Obr. 2. Třížilový SPE kabel

1) Doporučuje se pokládat kabely se síťovanou polyethylenovou izolací při okolní teplotě nejméně 0 °C. Pokládat kabely s XLPE izolací bez ohřevu je povoleno při okolní teplotě nejméně -15 °C u kabelů s PVC pláštěm a -20 °C u kabelů s polyethylenovým pláštěm. Při nižších okolních teplotách je nutné kabel zahřát ponecháním ve vytápěné místnosti po dobu nejméně 48 hodin nebo pomocí speciálního zařízení na teplotu nejméně 0 °C, přičemž pokládka musí být provedena v krátké době (ne déle než 30 minut). Po pokládce musí být kabel ihned zakryt první vrstvou zeminy. Konečný zásyp a zhutnění zeminy se provádí po vychladnutí kabelu. Pokládka kabelů při okolní teplotě pod -40 °C není povolena.

2) Minimální poloměr ohybu kabelů s izolací ze síťovaného polyethylenu během instalace musí být alespoň 15 D h pro jednožilové a třížilové kabely a 12 D h pro tři jednožilové kabely stočené dohromady, kde D h je vnější průměr kabelu nebo průměr zkroucení pro tři jednožilové kabely stočené dohromady. Při pečlivé kontrole ohybu, například pomocí vhodné šablony, je přípustné zmenšit poloměr ohybu kabelu na 8 D h. V tomto případě se doporučuje kabel v místě ohybu ohřát na teplotu 20 °C.

3) Odvíjení kabelu s izolací ze síťovaného polyethylenu z bubnu se provádí pomocí požadovaného počtu průchozích a rohových válečků. Použitá metoda odvíjení musí zajistit celistvost kabelu. Během instalace se napínání kabelů ze síťovaného polyethylenu provádí pomocí napínací ocelové punčochy umístěné na vnějším plášti nebo na vodivém jádru pomocí klínového úchytu. Síly vznikající při napínání kabelu s izolací ze síťovaného polyethylenu s vícežilovým hliníkovým jádrem nesmí překročit 30 N/mm2 jmenovitého průřezu jádra, kabelu s jednožilovým hliníkovým jádrem (označeným “ож”) – 25 N/mm2, kabelu s měděným jádrem – 50 N/mm2. Pokud se současně pokládají tři jednožilové kabely s jednou společnou ocelovou punčochou, je třeba při výpočtu napínací síly zohlednit následující:

— 1 jmenovitý průřez jádra, pokud jsou kabely zkroucené dohromady;

— 2 jmenovité průřezy jádra, pokud kabely nejsou zkroucené.

Tažné síly kabelu během instalace musí být vypočítány při návrhu kabelového vedení a zohledněny při objednávání kabelu. Tažný naviják musí být vybaven zařízeními, která umožňují sledování tažné síly kabelu, zaznamenávání tažné síly během celého procesu tažení kabelu a automatické vypnutí tažného navijáku, pokud tažná síla překročí přípustnou hodnotu.

4) Kabely se zesítěnou polyethylenovou izolací SPE by měly být pokládány s délkovou rezervou 1 ¸ 2 %. V zákopech a na pevných površích uvnitř budov a konstrukcí se rezerva vytváří pokládáním kabelu ve vzoru „had“ a na kabelových konstrukcích (držácích) se tato rezerva vytváří vytvořením průvěsné šipky. Pokládání kabelu ve formě kroužků (cívek) není povoleno.

5) Kovové kabelové konstrukce musí být uzemněny v souladu s platnou dokumentací.

6) Při pokládání kabelového vedení musí být třífázové kabely SPE pokládány paralelně a uspořádány v trojúhelníku nebo v jedné rovině. Jiné způsoby uspořádání je nutné dohodnout s výrobcem.

7) Při pokládce v rovině nesmí být světlá vzdálenost mezi dvěma sousedními kabely jedné kabelové linky menší než vnější průměr kabelu SPE.

8) Při pokládání v trojúhelníku se kabely upevňují podél kabelového vedení (s výjimkou úseků v blízkosti spojek) ve vzdálenosti 1 ¸ 1,5 m, v ohybech trasy – 1 m. Při pokládání v zemi je třeba vzít v úvahu, že při zakrytí zeminou by kabely neměly měnit svou polohu. Kabely položené v rovině v kabelových konstrukcích ve vzduchu by měly být upevněny podél vedení ve vzdálenosti 1 ¸ 1,5 m. Sponky a další upevňovací prvky pro upevnění jednožilových kabelů XLPE, jakož i upevňovací štítky ke kabelům, musí být vyrobeny z nemagnetického materiálu. Při upevňování kabelů je nutné zohlednit možnou tepelnou roztažnost kabelů a mechanické zatížení vznikající při zkratu.

9) Všechny konce kabelů po odříznutí musí být utěsněny smrštitelnými krytkami, aby se zabránilo pronikání vlhkosti z okolního prostředí. Během pokládky kabelů je nutné sledovat stav plášťů a ochranných krytek.

Kabely s polyethylenovou izolací lze pokládat do země (výkopy), do kabelových konstrukcí (tunely, galerie, nadjezdy), do bloků (potrubí), do průmyslových prostor (v kabelových kanálech, na stěnách).

Při pokládání kabelů do země se doporučuje pokládat do jednoho výkopu maximálně šest kabelů. Pokud je kabelů více, doporučuje se je pokládat do samostatných výkopů. Kabely lze pokládat jednotlivě nebo je spojovat do trojúhelníku.

Pokládání kabelů v tunelech, nadjezdech a galeriích se doporučuje, pokud je počet kabelů vedoucích jedním směrem větší než dvacet. Pokládání kabelů v blocích se používá v podmínkách velkého zúžení trasy, na křižovatkách s železničními tratěmi a příjezdovými cestami, s možností úniku kovových materiálů atd.

Při pokládce na kovové konstrukce je možné použít různé typy spojovacích prvků ve formě konzol, úchytů nebo upevňovacích jednotek.

Příklady upevnění kabelů pomocí spon (obr. 3, 4, 5).

Všechny rozměry jsou v milimetrech. Spojovací materiál (šrouby, matice, podložky) není zobrazen.

D je vnější průměr kabelu, S je tloušťka těsnění (od 3 do 4 mm).

Obr. 3. Upevnění jednoho kabelu

1 — kabel; 2 — svorka (svorka) vyrobená z hliníku nebo hliníkové slitiny; 3 — těsnění vyrobené z pryže nebo polyvinylchloridu .

Obr. 4. Upevnění tří kabelů ve svazku (v trojúhelníku)

1 – kabel; 2 – svorka (držák) z hliníku nebo hliníkové slitiny o tloušťce 5 mm; 3 – těsnění z pryže nebo polyvinylchloridu o tloušťce 3 ¸ 5 mm.

Obr. 5. Upevnění tří kabelů

1- kabel; 2- svorka (svorka) vyrobená z hliníku nebo hliníkové slitiny; 3- těsnění vyrobené z pryže nebo polyvinylchloridu.

Pokládku kabelů provádí tým 5-7 lidí.

Přibližné rozmístění pracovníků při tahání kabelu:

– buben, na brzdě – 1 osoba;

— vyjmutí kabelu z bubnu — 1 osoba;

— spuštění kabelu do výkopu (vstup, výstup z tunelu) — 1 osoba;

— na navijáku — 2 osoby;

— doprovod konce kabelu — 2 osoby.

Kromě toho je nutné zajistit jednu osobu pro každého:

– u každého průchodu potrubí přes příčky nebo stropy, u vstupu do komory nebo budovy.

Při současném tažení tří kabelů musí být za zařízením pro sdružování kabelů přítomny dvě osoby, které kabely zajistí do trojúhelníku.

Rychlost pokládky by neměla překročit 30 m/min a měla by být volena v závislosti na charakteru trasy, povětrnostních podmínkách a trakčních silách.

Pokud je překročena přípustná hodnota tažné síly, je nutné zastavit pokládku a zkontrolovat správnou instalaci a provozuschopnost lineárních a úhlových válečků, přítomnost maziva (vody) v trubkách a také zkontrolovat kabel, zda nedošlo k zaseknutí v trubkách. Další tahání kabelu je možné pouze po odstranění příčin překročení přípustných tažných sil.

Při spouštění kabelu do výkopu nebo vstupu do tunelu je nutné zajistit, aby kabel nesklouzl z kladek a nedřel o trubky a stěny v průchodech. Při vstupu do trubek je nutné zajistit, aby ochranné kryty kabelů nebyly poškozeny okrajem trubky.

Pokud je plášť kabelu poškozen, je nutné pokládku zastavit, zkontrolovat poškozené místo a rozhodnout se o způsobu opravy pláště.

Osoby doprovázející konec kabelu musí zajistit, aby kabel běžel na kladkách, v případě potřeby kladky seřídit a také vést konec kabelu.

Kabel se vytahuje tak, aby při jeho položení dle projektu byla vzdálenost od vrcholu koncové objímky nebo od konvenčního středu spojovací objímky alespoň 2 m. Při určování rezervy je třeba vzít v úvahu, že zbytek kabelu na bubnu by měl být dostatečný pro instalaci objímky. Odpojte trakční kabel a z konce kabelu sejměte punčochu nebo úchyt. Pokud je kabel na bubnu na několika úsecích trasy nebo pokud je délka kabelu výrazně delší než délka úseku, je nutné kabel zkrátit.

Po přeříznutí kabelu je nutné konce kabelů utěsnit krytkou. Pro spolehlivější utěsnění konců kabelů je možné použít dvojitou krytku. Vnitřní krytka se nanáší na vodivou vrstvu na izolaci kabelu a vnější krytka se nanáší na vnitřní krytku a na plášť kabelu. Před krytkou je také možné nanést na přeříznutý kabel vrstvu roztaveného bitumenu.

V případě potřeby zaveďte konce kabelů do komor, šachet, kabelových místností. V tomto případě je nutné dodržet přípustné poloměry ohybu kabelu. Kabel sejměte z kladek, položte jej a zajistěte dle projektu.

Při pokládce do výkopu zakryjte kabel směsí písku a štěrku nebo jemnou zeminou o tloušťce nejméně 100 mm a vyzkoušejte plášť kabelu.

Časopis „Cenová a kalkulační kalkulace ve stavebnictví“, listopad 2010, č. 11