POLITECHNIKA LUBELSKA w Lublinie

Wydział Elektryczny

Laboratorium techniki wysokich napięć.

Ćwiczenie nr 14.

Temat: Badanie kabla wysokiego napięcia.

Wykonali: Grupa E.D. 8.4.'E'

Kolibski Marcin

Klaczyński Sebastian

Kukawski Andrzej

Data wykonania: 1996-02-29.

1. Cel ćwiczenia.

Zadaniem wykonujących ćwiczenie jest zapoznanie się z budową i typami kabli wysokiego napięcia oraz sposobami jego rozpoznawania na podstawie oględzin zewnętrznych. Następnie należy zbadać kabel pod względem jego przydatności do eksploatacji. Przy okazji tych badań należy zapoznać się z aparaturą potrzebną do badania kabli energetycznych.

2. Wprowadzenie teoretyczne.

Badanie kabli energetycznych jest sprawą skomplikowaną i czasochłonną. Czynność ta dzieli się na badania własności fizycznych i chemicznych oraz elektrycznych. Cały zestaw badań nosi nazwę próby typu. Takie badania przeprowadza się jedynie dla nowych kabli wprowadzanych do produkcji. W praktyce wykonuje się próbę wyrobu która wymaga wykonania następujących badań (wg PN-63/E -90250):

sprawdzenie budowy,

sprawdzenie rezystancji żył i rezystancji izolacji,

sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej,

pomiar współczynnika stratności dielektrycznej.

Natomiast przy przyjmowaniu do eksploatacji nowo zbudowanych lub modernizowanych linii kablowych należy wykonać następujące badania (wg PN-67/E-05125):

sprawdzenie kabli, osprzętu i mat. pomocniczych,

sprawdzenie linii po ułożeniu w ziemi przed zasypaniem,

sprawdzenie ciągłości żył, powłok metalowych oraz sprawdzenie zgodności faz.

Podczas pomiarów należy zmierzyć temperaturę otoczenia, a następnie uzyskane wyniki przeliczyć na temperaturę 20oC i uzyskane wielkości przyrównać do wartości z tablic jakim powinien odpowiadać kabel.

W trakcie ćwiczenia wykonujemy kolejno pomiary pozwalające określić przydatność kabla do eksploatacji.

3. Wykonanie ćwiczenia

3.1. Oględziny zewnętrzne i identyfikacja rodzajów kabli.

KABEL1

Kabel z żyłami roboczymi aluminiowymi, ekran pojedynczy z taśmy miedzianej, o polu promieniowym, w izolacji polwinitowej, w powłoce polwinitowej. Długość kabla 8 m. Przekrój żyły roboczej 25 mm2, przekrój żyły powrotnej 18 mm2. Napięcie robocze 3,6/6 kV. Ostatecznie możemy dokonać rozpoznania rodzaju kabla:

YAKY 3,6/6kV 3 x 25/18 mm2

KABEL 2

Kabel z żyłami roboczymi miedzianymi, ekran z taśmy ołowianej, izolacja żył z papieru nasyconego, wypełnienie ze sznurków papierowych, powłoka z papieru smołowanego, osłona z juty asfaltowej, pancerz z taśm stalowych, osłona zewnętrzna z juty asfaltowej posypanej wapnem. Długość kabla 25m. Przekrój żyły roboczej 10 mm2. Napięcie robocze 6 kV. Jest to więc kabel:

FtA 6kV 3 x 10 mm2

KABEL3

Kabel energetyczny z żyłami roboczymi miedzianymi w ekranie indywidualnym o polu promieniowym, górniczy, w izolacji polwinitowej, w powłoce polwinitowej, opancerzony taśmami stalowymi, w osłonie polwinitowej. Długość 8 m. Przekrój żyły roboczej 50 mm2, żyły powrotnej 25 mm2. Napięcie robocze 6 kV. Kabel ten oznaczymy:

YHKGYFty 6kV 3 x 50/25 mm2

3.2. Warunki atmosferyczne.

wilgotność =35%

temperatura t=23o=296K

ciśnienie b=753 mmHg

wilgotność bezwzględna w stanie nasycenia wn=20,6

współczynnik kw=f(w)=1,03 dla w=*wn=0.35*20,6=7,21

3.3. Pomiar rezystancji pętli zwarcia żył kabla i sprawdzenie ciągłości powłoki, pancerza oraz zgodności faz.

a) układ pomiarowy

b) tabela pomiarów

Kabel	Lp.	Pętla zwarcia żyły	R	Rśr	Rśr 20oC	Ocena
-	-	-	m	m	m/km	-
1	1 2 3 4	R-S S-T R-T R-powłoka	29.5 31.5 31 31	30.67	3788.29	Kabel ten nie spełnia wymagań normy bo Rśr 20oC >1.22/km
2	1 2 3 4	R-S S-T R-T R-powłoka	100 110 110 190	106.67	4217.08	W tym przypadku mamy podobną sytuację
3	1 2 3 4	R-S S-T R-T R-powłoka	11.5 11 4.3 90	8.93	1103.24	Kabel ten nie spełnia wymagań normy bo Rśr20oC >0.37/km

R - rezystancja pętli zmierzona,

Rśr - rezystancja wypadkowa z trzech pomiarów dla poszczególnych faz,

Rśr 20oC - rezystancja żył kabla przeliczona na 1 km długości i temperaturę 20oC.

c) przykład obliczeń:

Rśr 20oC= 1000Rśr /{[1+(t-20oC)]*l}

Al=0.004

Cu=0.00393

Rśr 20oC=1000*30.67/{[1+0.004(23-20)]*8}=30670/{[1+0.004*3]*8}=

=30670/[(1+0.012)*8]=30670/(1.012*8)=30670/8.096=3788.29m/km=3.79/km

Podczas badania ciągłości powłoki i pancerza nie stwierdzono uszkodzeń.

Natomiast badanie zgodności faz przyniosło niezadowalające wyniki. W kablu 1 kolejność faz na końcu kabla przy początkowej kolejności RST była następująca: SRT, kablu 2 TSR, a kablu 3 TRS.

3.4. Pomiar rezystancji izolacji żył kabla.

a) układ pomiarowy

b) tabela pomiarów

Kabel	Układ izolacyjny	Riz	R'iz	Riz.dop wg PN	Ocena
-	-	M	M/km	M/km	-
1	R-STZ S-RTZ T-RSZ	10000 9750 10000	79.05 77.08 79.05	110	nie spełnia
2	R-STZ S-RTZ T-RSZ	3000 2625 3500	74.11 64.85 86.46	50	spełnia
3	R-STZ S-RTZ T-RSZ	9750 8750 7250	77.08 69.17 57.31	80	nie spełnia

c) przykład obliczeń:

R'iz =Riz*l /{[1+(t-20oC)]*1000}

R'iz=10000*8 /{[1+0.004(23-20oC)]*1000}=80 000/{[1+0.004*3]*1000}=

=80 000/(1.012*1000)=80 000/1012=79.05 M/km

3.5. Sprawdzenie wytrzymałości elektrycznej izolacji kabla.

Badanie wykonujemy aparatem ABK-70.

a) układ pomiarowy

b) obliczenie napięcia probierczego

Up=0.75*2.5(1.5Un+2.5) [kV]

Up=0.75*2.5(1.5*6+2.5) = 1.875(9+2.5)=1.875*11.5=21.56 kV

c) tabela pomiarów

Kabel	Żyła	I6		I10		I10min/km			I10max/I10min		Ocena
							zmierzone	dopuszczalne
-	-		A		A		A/km	A/km		-	-
1	R		3		3		375	300		-	nie spełnia
2	R S T		26 21 16		25 20 16		1000 800 640	300		1.56	nie spełnia wymagań

d) przykład obliczeń

I10min/km=I10*1000/l=3*1000/8=3000/8=375 A/km

I10max/I10min<2

4. Wnioski końcowe.

Obserwując wyniki uzyskane podczas poszczególnych prób zauważamy, że żadna próba nie zakończyła się rezultatem zadowalającym. Biorąc od początku mamy:

rezystancje pętli zwarcia poszczególnych żył są zbyt duże,

rezystancje izolacji żył są za małe, jedynie kabel nr 2 spełnia ten warunek,

brak jest zgodności faz między początkami i końcami kabli,

prądy upływu są dla kabla 1 większe o ok. 30% od normy, natomiast dla kabla 2 przekraczają nawet trzykrotnie wartość graniczną,

jedynie próby ciągłości żył, powłoki i pancerza zakończyły się sukcesem.

Analiza powyższych wyników daje jednoznaczny wynik; żaden z badanych kabli energetycznych nie nadaje się do eksploatacji i nie jest możliwe dopuszczenie go do eksploatacji. W warunkach rzeczywistych, a nie laboratoryjnych, załączenie napięcia roboczego na kabel byłoby świadomym narażeniem zdrowia i życia przypadkowych ludzi, którzy mogliby się zetknąć z oddziaływaniem kabla.

5. Budowa i oznaczenia kabli.

Kable elektroenergetyczne budowane są jako jedno- i wielożyłowe. Najczęściej spotykanymi są kable trójżyłowe. Są one powszechnie stosowane, szczególnie na niższe napięcia (do 60 kV). Ze względu na rozkład pola elektrycznego wewnątrz kabla rozróżnia się kable rdzeniowe i ekranowane. Kabel rdzeniowy posiada tylko jeden metalowy ekran wspólny dla wszystkich żył. Nie zapewnia to jednak równomiernego rozkładu pola. Natomiast kabel ekranowany posiada oddzielny ekran dla każdej żyły, co powoduje równomierny rozkład pola w całej objętości izolacji, a co za tym idzie nie ma miejscowego zwiększenia natężenia pola. Tym samym izolacja jest mniej narażona na uszkodzenie.

Klasyczny kabel energetyczny ma budowę zbliżoną do poniższego rysunku, gdzie:

1 - żyły przewodzące,

2 - izolacja żyły,

3 - taśma metalizowana,

4 - powłoka,

5 - osłona powłoki,

6 - pancerz,

7 - osłona zewnętrzna,

8 - wypełniacze.

Do oznaczania kabli stosuje się następujące oznaczenia:

K - kabel o żyłach miedzianych o izolacji z papieru nasyconego olejem i powłoce ołowianej;

A - umieszczone przed K oznacza kabel z żyłami aluminiowymi, umieszczone na końcu symbolu oznacza zewnętrzną osłonę z materiału włóknistego asfaltowanego,

Y - umieszczone przed K oznacza powłokę polwinitową, a po K - izolację polwinitową,

X - na zasadach takich jak Y oznacza powłokę lub izolację polietylenową,

AL - umieszczone przed K oznacza powłokę aluminiową,

Ft, Fp, Fo - pancerz ze stalowych taśm (t), drutów płaskich (p) lub drutów okrągłych (o),

y - umieszczone na końcu symbolu oznacza zewnętrzną wytłaczaną osłonę polwinitową,

k - jak wyżej bez osłon z taśm polwinitowych,

n - kabel z syciwem nie ściekającym,

H - umieszczone na początku symbolu oznacza kabel ekranowany,

3 - umieszczone przed literą H oznacza kabel trójpłaszczowy.

Po zestawie tych symboli następuje oznaczenie napięcia znamionowego kabla i następnie liczba żył i ich przekrój w mm2. Przykładem będzie nasz kabel 1:

YAKY 6 kV 3x25/18 mm2

Mając powyższe zestawienie bez trudu potrafimy odszyfrować oznaczenie każdego kabla.

---