Cable pooling i DTS: bezpieczna eksploatacja kabli wysokiego napięcia w dobie OZE

Rosnący udział odnawialnych źródeł energii (OZE) w miksie energetycznym sprawia, że operatorzy sieci i inwestorzy poszukują sposobów na efektywne wykorzystanie dostępnych mocy przyłączeniowych.

To rozwiązanie pozwala znacząco zwiększyć produkcję energii przy tych samych warunkach przyłączeniowych, jednak równocześnie stawia wyższe wymagania przed infrastrukturą kablową wysokiego napięcia (WN). Przeciążenia, przegrzewanie i zmienne profile obciążenia to realne wyzwania, które mogą skrócić żywotność kabli. W tym kontekście coraz większego znaczenia nabiera system DTS (Distributed Temperature Sensing) – zaawansowany system pomiarowy umożliwiający ciągły monitoring temperatury kabli WN na całej długości trasy. W Ania Holding dystrybuujemy kable Wysokiego Napięcia i nadzorujemy układanie kabli.

Czym dokładnie jest cable pooling? – definicja i podstawowe zasady działania

Cable pooling to rozwiązanie, w którym dwa lub więcej źródeł OZE współdzieli jeden punkt przyłączenia do sieci elektroenergetycznej. Najczęściej są to farmy wiatrowe i fotowoltaiczne, które mają różne profile generacji energii – dzięki temu ich wspólne działanie pozwala na bardziej równomierne obciążenie sieci.

W praktyce oznacza to, że energia z różnych źródeł – np. z farmy PV w dzień i farmy wiatrowej w nocy – trafia do sieci przez ten sam kabel WN. Takie rozwiązanie:

• zwiększa efektywność wykorzystania mocy przyłączeniowej,
• ogranicza konieczność budowy nowych przyłączy,
• zmniejsza koszty inwestycyjne i czas realizacji projektu.

Typowe współczynniki obciążenia dla źródeł OZE:

• zwiększa efektywność wykorzystania mocy przyłączeniowej,
• ogranicza konieczność budowy nowych przyłączy,
• zmniejsza koszty inwestycyjne i czas realizacji projektu.

Dzięki różnym profilom pracy można uzyskać lepsze wykorzystanie mocy przyłączeniowej, jednak oznacza to, że kabel pracuje często blisko swojej granicznej temperatury pracy.

Cable pooling a ryzyko przeciążenia kabli WN

Zwiększone wykorzystanie mocy przyłączeniowej wiąże się z pracą kabli blisko temperatury maksymalnej dla izolacji XLPE, czyli 90°C.
W warunkach cable poolingu kable WN dobierane są często „na styk” – do mocy przyłączeniowej, nie do realnych szczytów obciążenia.

Cable pooling – sposoby na wypełnienie współczynnika obciążenia:

Wniosek 1:

W systemach cable pooling linie kablowe pracują w warunkach zbliżonych do maksymalnych dopuszczalnych temperatur.

Wniosek 2:

Łatwo w takich sytuacjach o przekroczenie granicznej temperatury długotrwałej dla izolacji XLPE (90°C), co w dłuższej perspektywie może prowadzić do degradacji materiału izolacyjnego i skrócenia żywotności kabla.

Jak długo kable WN mogą pracować w podwyższonej temperaturze?

Eksploatacja kabli WN z izolacją XLPE (sieciowany polietylen) jest ściśle ograniczona normami temperaturowymi:

• Temperatura normalnej pracy: 90°C
• Temperatura awaryjna (krótkotrwała): 105°C
• Dopuszczalny czas pracy przy 105°C:
  • maks. 72 godziny rocznie,
  • łączny limit przez 40 lat eksploatacji: 2880 godzin.

Wniosek 3:

Nawet jeśli system kablowy jest odporny na krótkotrwałe przeciążenia, regularne przekraczanie dopuszczalnych temperatur znacznie skraca jego żywotność. Dlatego kluczowe jest ciągłe monitorowanie temperatury kabli WN i szybkie reagowanie na nieprawidłowości.

Przeciążenia linii kablowych – przyczyny i skutki

Przeciążenia linii kablowych WN można podzielić na trzy główne kategorie:

1. Przeciążenia planowe – wynikające z harmonogramu pracy sieci lub wymagań operatora, np. krótkotrwałe zwiększenie przesyłu energii.
2. Przeciążenia zewnętrzne – spowodowane przez warunki środowiskowe, np. lokalne zmiany w gruncie, ograniczenie chłodzenia kabla, przykrycie warstwą materiału.
3. Przeciążenia awaryjne – wynik błędów instalacyjnych lub eksploatacyjnych.

Przykład 1 – Hot spot spowodowany czynnikami zewnętrznymi

Na przykład, tymczasowe usypanie sterty wapna przez rolnika nad trasą kabla może spowodować lokalne ograniczenie chłodzenia i powstanie tzw. hot-spota. Temperatura w danym miejscu wzrasta, prowadząc do lokalnego przegrzania izolacji.

Przykład 2 – Zły przeplot żył powrotnych

Błąd wykonawczy, np. nieprawidłowy przeplot żył powrotnych, powoduje nierównomierny rozkład prądów i lokalne przegrzanie. W rezultacie powstają punkty krytyczne, które mogą prowadzić do uszkodzenia kabla.

Rola systemu DTS w ochronie linii kablowych cable pooling

Czym jest DTS (Distributed Temperature Sensing)?

System DTS to rozwiązanie oparte na światłowodach pomiarowych, które umożliwia ciągły i precyzyjny pomiar temperatury wzdłuż całej trasy kabla.
W odróżnieniu od klasycznych czujników punktowych, DTS analizuje temperaturę na całej długości kabla, identyfikując nawet lokalne anomalie (hot spoty).

Jak DTS wykrywa przegrzewanie kabli?

System DTS wykorzystuje algorytmy detekcji temperaturowej, które pozwalają wcześnie wykryć anomalię:

• Wzrost temperatury powyżej wartości zadanej – alarm temperaturowy,
• Szybkość przyrostu temperatury (stała czasowa) – wykrywa nienaturalne, gwałtowne zmiany,
• Odchylenie od wartości średniej – sygnalizuje nietypowe zachowanie danego odcinka kabla.

Możliwości systemu DTS w praktyce

1. Monitoring żyły powrotnej – system mierzy temperaturę z wysoką rozdzielczością, wykrywając każde zjawisko cieplne w przewodach powrotnych.
2. Pośredni nadzór nad żyłą roboczą (RTTR) – oprogramowanie RTTR (Real-Time Thermal Rating) analizuje obciążenie i dokładnie określa temperaturę żyły roboczej, chroniąc izolację przed przegrzaniem.
3. Analiza otoczenia kabla – DTS z RTTR monitoruje również temperaturę gruntu i jego rezystywność cieplną, co pozwala określić realne warunki pracy kabla.
4. Integracja z systemami zarządzania energią – DTS może być powiązany z systemem SCADA, co umożliwia zdalny nadzór i automatyczne reakcje na przekroczenia temperatur.

Podsumowanie – DTS jako klucz do bezpiecznego cable poolingu

Cable pooling to przyszłość integracji odnawialnych źródeł energii, jednak jego skuteczne wdrożenie wymaga zaawansowanego systemu monitoringu linii kablowych.
Dzięki systemowi DTS operatorzy mogą:

• w czasie rzeczywistym wykrywać przeciążenia i hot spoty,
• zapobiegać awariom i degradacji izolacji,
• optymalizować wykorzystanie infrastruktury przyłączeniowej.

W efekcie DTS staje się nie tylko narzędziem bezpieczeństwa, ale również elementem strategii zwiększania efektywności energetycznej i niezawodności sieci w erze dynamicznie rozwijającej się energetyki odnawialnej.