CC BY
23
Innovating Technological Process for Expanding the Service Life of
Underground Power Cables
Tabacaru V.1, Brinton R.2
1 Filiala Electrica Distribute Muntenia Nord S A. - SDEE Galati, Galati, Romania
2 Novinium, Auburn, USA
Abstract. As a public power distribution operator on low voltage (023/0.4 kV), medium voltage (6 and 20 kV), and high voltage (110 kV) in the territory of Galati County, SDEE Galati serves approximately 240,000 consumers (captive and eligible, domestic and non-domestic For this purpose, in the field of medium voltage underground distribution lines, SDEE Galati manages and operates a volume of approx. 500 km UDL/6kV circuit and approximately 630 km UDL/20 kV circuit. Many of these cables which are still in operation, were manufactured with materials and on the technological level of the '60s,'70s and '80s decades and have reached the end of their service life. Evidence does and incident statistics from these networks in which, every year, one of the "tips" is the medium voltage cables damaged "technical wear" normal operating conditions. The current paper will present the main features of an innovating technological process called SPR (Sustained Pressure Rejuvenation), designed for on-site refurbishing of underground power cable insulation medium and high voltage. The process offers a viable alternative that has proven, over the 25 years of application initially on the American content and now on the worldwide, substantially more cost effective than replacing cables. The paper does not propose detailed presentation of the technological process, but to inform the family of energetics NPS about the existence and the benefits of applying this new technological process to the old cable medium and high voltage. Key words: cables, insulation, rejuvenation.
Proces tehnologic inovator de extindere a duratei de viaja a cablurilor de energie ingropate
Tabacaru V.1, Brinton R.2
1Filiala electrica distributie Muntenia Nord S A. - SDEE Galati Galati, Romania 2Novinium, Auburn, USA
Rezumat. in calitate de operator de distribute publica a energiei electrice la joasa tensiune (023/0.4kV), medie tensiune (6 §i 20 kV) §i inalta tensiune (110 kV) de pe teritoriul judetului Galati, SDEE Galati deserve§te cca. 240.000 consumatori (captivi §i eligibili, casnici §i non-casnici), §i exploateaza un mare volum de circuite de LES/6kV §i de LES/20 kV. Multe din cablurile acestor LES de medie tensiune au fost fabricate cu materialele §i la nivelul tehnologic al decadelor '60,'70,'80 §i au ajuns la sfar§itul duratei de viata. Dovada o face §i statistica incidentelor din aceste retele in care, an de an, unul din "varfuri" il reprezinta cablurile de medie tensiune deteriorate pe "uzura tehnica" in conditii normale de exploatare. Pentru a preveni eventualele intreruperi in reteaua de medie tensiune, de principiu, aceste cabluri mai in varsta ar trebui inlocuite inainte de sfar§itul vietii lor de serviciu cu cabluri din generate noua, cu izolatie din polietilena reticulata (XLPE) §i bariere la patrunderea apei (FL). in lucrarea de fata, se vor prezenta particularitatile principale ale unui proces tehnologic inovator denumit SPR (Sustained Pressure Rejuvenation) , conceput pentru reconditionarea on-site a izolatiei cablurilor de energie de medie §i inalta tensiune ingropate. Procesul ofera o alternativa viabila care s-a dovedit, de-a lungul a peste 25 de ani de aplicare la nivel mondial, substantial mai rentabila decat inlocuirea cablurilor. Lucrarea nu-§i propune prezentarea in detaliu a procesului tehnologic, ci de a informa familia de energeticieni din sistemul energetic (SEN) despre existenta §i beneficiile aplicarii acestui nou proces tehnologic in cazul cablurilor vechi de medie §i inalta tensiune. Cuvinte cheie: cabluri, izolatie, revitalizare.
Инновационный технологический процесс продления срока службы кабелей подземной прокладки Табакару В.,1, Бринтон Р.
1 Филиал распределительных сетей АО «Мунтения Норд», Галац, Румыния 2Новиниум, Аубурн, США Аннотация. В качестве оператора по распределению электрической энергии низкого напряжения (0.23/0.4kV), среднего напряжения (6 §i 20 kV) и высокого напряжения (6 и 20 кВ) по территории жудеца Галац, филиал фирмы «Мунтения Норд», отделение по распределению электрической энергии Галац (SDEE Galat) обслуживает около 240000 потребителей (коллективных и отдельных, домашних хозяйств и других) и эксплуатирует большой объем подземных электрических сетей (ПЭС) 6 кВ и 20 кВ. Многие из кабелей этих ПЭС среднего напряжения были изготовлены из материалов и на технологическом уровне
60-80 годов прошлого века и выработали свой срок службы. Доказательством тому статистика несчастных случаев по группе повреждений «технический износ» в нормальных условиях эксплуатации. Чтобы избежать последующих повреждений в сетях среднего напряжения, в принципе, эти кабели (наиболее старые) необходимо заменить кабелями нового поколения с новой изоляцией из вспененного полиэтилена (XLPE) и барьерами против проникновения воды. В настоящей работе представлены основные особенности нового инновационного процесса, названного SPR предназначенного для восстановления изоляции подземных кабелей среднего и высокого напряжения. Процесс является альтернативой (которая показала свою жизнеспособность в течение 25 лет в мировом масштабе) замене кабелей. В статье проводится информация, которая позволяет показать преимущества предлагаемой технологии.
Ключевые слова: кабели, изоляция, продление срока службы.
INTRODUCERE
Operatorii de distribute a energiei electrice exploateazá refele electrice de medie tensiune cu un volum considerabil de cabluri de energie ingropate, cunoscute ca Linii Electrice Subterane (LES).
SDEE Galafi gestioneazá §i exploateaza un volum de cca. 500 km circuit de LES/6kV §i cca. 630 km circuit de LES/20 kV. Multe din aceste cabluri (tip ACHPbI, ACYAbY, NAHKbA, AOSB, A2YSY), inca in exploatare, au fost fabricate cu materialele §i la nivelul tehnologic al decadelor '60/70 si '80 §i au ajuns deja la sfar§itul duratei lor de viafá.
Dovada o face §i statistica incidentelor din aceste refele in care, an de an, unul din "varfuri" il reprezinta cablurile de medie tensiune deteriorate pe "uzurá tehnicá " in condifii normale de exploatare.
Procedura tehnologicá actualá aplicatá cand se produce un defect pe un cablu de medie tensiune ingropat este, in esenfá, urmátoarea [1], [2], [3]:
- prin echipament specializat (autolaborator), se identificá locul de defect;
- se sapá in zoná, pentru a descoperi cablul deteriorat;
- in funcfie de zoná §i de rezerva de cablu, fie se executá un singur man§on de legáturá, fie se instaleazá o nouá secfiune de cablu, de regulá de nouá generafie, prin execufia a douá man§oane de legáturá;
- se executá probe §i másurátori, conform normativului energetic specific (evitandu-se incercárile cu tensiune alternativá máritá, peste tensiunea nominalá, §i cele cu tensiune continuá);
- se reface pavajul strázii, a trotuarului etc. la o stare cat apropiatá de cea inifialá.
In cazul in care un segment dintr-un feeder in LES suferá repetate defecte, operatorul de distribute poate lua in calcul abandonarea segmentului respectiv §i pozarea unui nou
segment de cablu, procedura care necesita cantMfi substancíale de resurse §i de forja de munca §i, de multe orí, o perturbare semnifícativa a utilizatorilor §i a traficului rutier în zona.
In România, un pas important în rezolvarea rapida a incidentelor pe cabluri, dupa anii '90, a fost introducerea accesoriilor moderne de cabluri, termocontractabile §i retractabile la rece, atât pentru cabluri cu izolafie uscata cât §i pentru cabluri cu izolafie hârtie-ulei. Insa, acest pas singular nu mai este suficient pentru cablurile vechi.
Pentru a preveni eventualele întreruperi în refeaua de medie tensiune, de principiu, aceste cabluri mai în vârsta ar trebui înlocuite înainte de sfârçitul viefii lor de serviciu cu cabluri din generafie noua, cu izolafie din polietilena reticulata (XLPE) §i bariere la patrunderea apei (FL). Atât pentru lucrari de reparafie, cât mai ales pentru lucrari de modernizare §i la lucrari noi, utilizarea acestei noi generafii de cabluri este exclusiva, a§a cum impune §i instrucfiunea [4], privind linii directoare referitoare la concepfia de dezvoltare §i modernizare/retehnologizare a refelelor de distribuée.
La volumul foarte mare de cabluri care ar trebui înlocuite în acest moment, fondurile necesare a fi alocate de operatorul de distribuée ar fi foarte mari, de nesuportat pe un termen scurt pentru tofi feederii din exploatare.
Inca din decada '90, la nivel mondial, se utilizeaza tehnologii de revitalizare a cablurilor vechi de medie tensiune îngropate, cu foarte bune rezultate, cuantificate în reducerea numarului de defecte §i, implicit, a numarului de incidente la consumatori.
In lucrarea de fafà, se vor prezenta particularitatile principale ale unui proces tehnologic inovator denumit SPR (Sustained Pressure Rejuvenation) [5]. Conceput pentru recondifionarea on-site a izolafiei cablurilor de energie de medie tensiune îngropate, procesul ofera o alternativa viabila care s-a dovedit, de-a
lungul a peste 25 de ani de aplicare, substantial mai rentabila decat inlocuirea cablurilor Fig. 1.
CE ESTE "SPR"?
Conceput, patentat §i aplicat initial pe continentul nord-american [5], procesul tehnologic este aplicat acum in intreaga lume, pentru societatile de utilitati publice in domeniul energiei electrice §i instalatii electrice industriale:
SPR: Sustained Pressure Rejuvenation.
Procesul tehnologic de "intinerire" (en. rejuvenation) a cablurilor de energie ingropate se regase§te in literatura de specialitate sub mai multe nume - restaurare chimica, imbunatatire dielectrica, tratament de cablu, injectare de silicon.
Oricare ar fi numele dat acestui proces, firma americana inovatoare Novinium [5], lider mondial in tehnologia de reabilitare a cablurilor, §i partenerii sai, livreaza cele mai avansate formule §i tehnologii pentru a extinde durata de viata a unui cablu subteran.
Sunt practic peste doua decenii §i jumatate de experientá continua §i de succes.
Prin procesul SPR, se injecteaza intre firele conductorului cablului un fluid special pentru "intinerire", sub presiune constanta - Fig. 2. Acest proces tehnologic create rigiditatea dielectrica a izolatiei cablului la un nivel apropiat de cel al unui cablu nou, fara sa implice necesitatea saparii unui §ant pe traseul cablului. Fluidul este neinflamabil, netoxic, neagresiv fata de mediul inconjurator. Injectia pe cablu etan§eaza totodata capetele cablului impotriva posibilelor intruziuni viitoare de apa.
Cinci pot fi principalele motive in luarea deciziei de aplicare a procesului SPR :
- costul procesului este, tipic, mai putin de jumatate din costul cerut de inlocuirea cablului ;
- injectia cablului este mult mai rapida decat inlocuirea lui, segmentele de cablu injectate fiind finalizate, in majoritate, in cateva ore ;
- rezistenta dielectrica a cablului este complet "restaurata" in cca. 7 zile
- rata de e§ec pentru segmentul de cablu injectat este de cca. 0,4%
- in plus, fata de cre§terea fiabilitatii sistemului, se adauga economiile de costuri §i de timp, iar procesul de inj ectare nu perturba consumatorii.
Figura 1. Istoricul aplicarii procesului tehnologic de revitalizare cabluri.
Figura 2. Aplicarea tehnologiei SPR prin injecjie fluid pe cablu vechi íngropat.
CÄTEVA CONSIDERATII PRIVIND
PROCESUL TEHNOLOGIC SPR
In timpul aplicärii procesului tehnologic SPR, un adaptor de injectie (IA) este fixat la capetele cablului imbätränit - Fig. 2 [5]. Tras dintr-un rezervor, fluidul special este injectat printr-un capät - Fig. 2 [5] in spafiile goale/interstifiile dintre firele conductorului, pänä cänd fluidul iese la celälalt capät al cablului.
Apoi, cablul este re-energizat imediat; in aproximativ §apte zile, fluidul - un amestec lichid special pe baza de silicon - difuzeazä in izolafia cablului §i rigiditatea dielectricä a izolafiei create cätre un nivel apropiat de cel al unui cablu nou. Se preconizeazä o creyere a rigiditäfii dielectrice a cablului tratat de peste 16 kV/mm in 7 zile.
Acest proces tehnologic oferä economie de timp extraordinarä in comparafie cu cea de inlocuire a cablului. Este nevoie de doar cäteva ore pentru a finaliza o secfiune de cablu §i a permite restaurarea rapidä a configurafiei refelei.
Ca exemplu din practicä : pentru un cablu de secfiune 240 mm2 XLPE §i lungime 300 m, au fost suficiente 4 ore pentru intregul proces cuprinzänd operafiuni de comutafie, instalarea adaptoarelor de injecfie, injecfia fluidului §i re-energizarea cablului.
In cazul, in care cablul vechi are deja un man§on, ca urmare unui defect, respectivul man§on trebuie eliminat (§i ulterior refäcut) pentru a permite injecfia fluidului in ambele direcfii, spre capetele cablului. Multe utilitäfi se
confruntá cu incidente cu defectare de cabluri ingropate, instalate in anii '70 §i care, in prezent, nu au buget, timp §i forjá de muncá pentru a inlocui toate cablurile vechi. Prin aplicarea acestui proces tehnologic inovator, se extinde durata de viajá pentru mai mult de 20 de ani (se estimeazá chiar páná la 40 de ani), reprezentánd o solujie care este mai pujin costisitoare, u§or de implementat, in timp redus.
Mii de kilometri de cablu au fost injectaji deja cu succes prin procesul SPR, cabluri aparjinánd unor companii din America de Nord.
Cablurile astfel "intinerite" pot continua sá fie exploatarea pentru mai multe decenii, evitánd problemele cauzate de scáderea fiabilitá^ii §i costisitoarele proiecte §i lucrári de inlocuire a cablului. Investidle cerute pentru inlocuirea complete a acestor cabluri pot fi, astfel, amánate pentru mai mult de 20 de ani in viitor.
Ca o ilustrare sugestivá a ceea ce inseamná aplicarea acestui proces tehnologic inovator pe cabluri vechi din exploatare, prezentám sintetic principalele repere ale fazei inijiale, cea de Inspecfie vizuala si Masuratori : a) istoricul cablului
- este o faza de colectare de date;
- se identificá datele cablului: secjiune, tip izolajie, an de fabricajie;
- se studiazá traseul cablului, numárul de man§oane pe fazá, pozijia man§oanelor existente pe traseu, tipurile de segmente noi de cablu instalate, lungimea §i pozijia acestora pe traseul cablului;
b) determinarea tipului §i dimensiunilor terminalelor de cablu;
c) examinarea capatului de cablu pentru depistarea de posibile erori de executie sau urme de tracking; daca remedierea defectelor depistate in aceasta faza se apreciaza a nu fi fezabila, cablul se va inlocui.
Defecte posibile pe cablu ce trebuiesc identifícate §i analizate :
- ecran semiconductor separat de izolatie;
- urme de descarcari sau deteriorari mecanice pe ecranul de peste izolatie;
- raza de curbura excesiva, peste 15x diametral cablului ; aceste zone trebuiesc eliminate din cablu;
- urme de descarcari, corona sau de tracking, sau orice alte carbonizari ale izolatiei;
- orice zona ne-concentrica a izolatiei, cu grosime inegala a izolatiei la periferie;
- crestaturi, scobituri sau taieturi in masa izolatiei;
- stratul de corodare excesiva de pe firele conductorului, care pot restrictiona circulatia fluidului prin cablu;
- crestaturi sau taieturi ale straturilor de conductor.
De rezultatele fazei de Inspecfie vizuala si Masuratori depinde decizia de a aplica sau nu procesul SPR pe cablul respectiv, de a abandona cablul §i a instala un altul pe un alt traseu sau de a-l scoate pe cel vechi §i a-l inlocui cu un altul de generatie noua.
In rezumat, cei §ase pa§i concreti de aplicare a procesului SPR sunt prezentati in imaginile din Fig. 3.
Concluzii
> Fiecare traseu de cablu reprezinta un proiect in sine pentru aplicarea procesului tehnologic SPR de intinerire a izolatiei cablului.
> Procesul tehnologic SPR se poate aplica:
- pe cabluri de energie cu tensiunea nominala in domeniul 2.5-140 kV
- pe cabluri mono cat §i multiconductoare (in manta comuna)
- pe cabluri cu izolatie principala din PE, VPE(XLPE) §i EPR
> Procesul tehnologic SPR nu se poate aplica pe cablurile cu izolatie din hartie-ulei (tip ACHPbl, NAHKbA, AOSB).
> Pentru majoritatea segmentelor de cablu, nu existä o limitare de lungime. Lungimea traseului de cablu poate ajunge çi la câtiva km, färä mançoane pe traseu ; cabluri submarine de pânâ la 4400 m färä mançoane au fost tratate cu succes.
> In cazul când pe un cablu sunt executate multe interventii prin mançonare, procesul se poate aplica pe segmente, de la mançon la mançon; se exclude însâ cazul în care existä câte un mançon la fiecare cca. 60 m çi când aplicarea procesului nu este economicä, cablul ar trebui înlocuit cu unul nou.
> Mii de kilometri de cablu au fost injecta^ deja cu succes prin acest proces tehnologic la multe companii nord-americane.
> Procesul tehnologic SPR nu este conceput çi nu se poate aplica pe cablurile cu izolatie din hârtie-ulei (tip ACHPbI, NAHKbA, AOSB).
> Cablurile astfel "întinerite" pot fi apoi utilizate pentru mai multe decenii (se estimeazä pänä la 40 de ani), evitând problemele cauzate de scäderea fiabilitätii çi costisitoarele proiecte çi lucräri de înlocuire a cablului. Investidle pentru a înlocui complet aceste cabluri pot fi astfel amánate pentru mult timp în viitor.
> Procesul SPR este caracterizat prin presiuni moderate de injectie (2-20 bar) a fluidului special, pentru a accelera distribuya acestuia în cablu.
> Dupä o analizä de cost detaliatä a aplicärii procesului de reabilitare pe diverse proiecte executate, concluzia unanimä este cä costul a fost, tipic, de 50% fatä de procedura de înlocuire a acestor cabluri vechi.
> Ca o altä dimensiune a temei în discutie, dar la fel de semnificativä, se poate mentiona cä la universitäti tehnice din SUA se sustin cursuri speciale pe tema "Rejuvenation for Power Cables". Aceste cursuri speciale au un cuprins foarte larg, acoperind : definitia de proces de întinerire cablu, istoria procesului, stabilirea fazelor procesului, analiza de risc, chimie, fiabilitate post-injectare pe termen scurt, fiabilitate post-injectare pe termen lung, comparatii de cost.
> La ora actualä, IEEE are în curs de elaborare un document ''Rejuvenation Guide', prin comitetul PES/ICC/C30W, cu termen de finalizare în 2016.
Figura 3 Fazele de aplicare ale procesui tehnologic SPR
BIBLIOGRAFIE
[1] 3.2 FT 66 - "Executarea mansoanelor de legatura la cablurile de 20 kV, tip A2YSbY, folosind materiale din seturi ", RENEL-DGTDEE, 1991
[2] 3.2.FT 4 - "Fisa tehnologica - Metode de verificare a liniilor electrice de energie in cablu de 1-35 kV', RENEL-DGTDEE, 1994
[3] PE 116 - "Normativ de incercari si masuratori la echipamente si instalafii electrice", Icemenerg, 1994
[4] 3.RE-IT 2 - Instructiune tehnicä - "Linii directoare referitoare la concepfla de dezvoltare §i modernizare/ retehnologizare a re¡elelor de distribute, in vederea respectärii prevederilor Standardului de performanfä pentru serviciul de distribuye a energiei electrice", Electrica S.A., 2011
[5] Novinium - master of realibility: "Novinium Improves the Performance and Safety of Its Injection Fluids ", 2013, http://www.novinium.com
Despre autori.
Vasile TÄBÄCARU, de profesie inginer, absolvent al Facultatii de Electrotehnicä Bucuresti, 1984, a lucrat in produtie, in proiectare §i in invätämäntul superior tehnic electric, iar din 1994 in domeniul distributiei publice de energie electrica. in prezent activeazä in cadrul Filialei Electrica Distribute Muntenia Nord S.A. Ploie§ti-sucursala Galati, componenta a Societatii Energetice Electrica S.A. din Romania. E-mail: [email protected]. ro
Richard BRINTON, de profesie inginer, membru IEEE, este Vice President Business Development al firmei americane Novinium, Inc. Novinium este inovator de necontestat in prima linie a pietii de reabilitare a cablurilor de energie subterane, servind peste 300 de clienti de utilitati din intreaga lume. E-mail: [email protected]
