Senzorické kabely umožní přesně sledovat životnost kabelů v jaderných elektrárnách

• Foto

Pro velké energetické a průmyslové podniky je typické velké množství kabelů, které navíc vedou po různých kabelových lávkách nebo u starších instalací pod protipožárním nástřikem. V podnicích, kde panují z hlediska přístrojů náročné provozní podmínky, jako elektrárny a rafinerie, navíc dochází ke kolísání teplot a projevuje se agresivní chemické prostředí, vibrace a další jevy, které zkracují životnost kabelů i dalších komponent. Složitost do celé problematiky vnáší i to, že teplotu kabelů měříme jen na povrchu.

Zhoršení vlastností kabelů můžeme pozorovat změnou jeho teploty, avšak projevuje se zpoždění mezi růstem teploty v jádru kabelu a na povrchu jeho izolace. Pokud by bylo možné snímat teplotu v reálném čase přímo uvnitř kabelu, mohli bychom odhalovat závady před tím, než se projeví. Rovněž bychom získali přesné informace o podmínkách, v nichž byl kabel provozován, a mohli bychom určit jeho zbytkovou životnost.

Tento problém řeší kabel vyvinutý Kabelovnou Kabex ve spolupráci s Vysokou školou báňskou Technickou univerzitou Ostrava. Patentovaný typ kabelu obsahuje silové vodiče pro vedení elektrické energie a optická vlákna pro přenos dat a pro měření teploty. Tato vlákna mají průměr v řádu mikrometrů, takže nedojde ke zvětšení průřezu kabelu. Jde o běžná vlákna dnes široce používaná v telekomunikacích, takže nevedou ani k výraznému nárůstu ceny. Problém však představuje implementace optických vláken do kabelů a vyhodnocování naměřených dat.

Výroba

Optická vlákna se vyrábí tažením skla a jeho obalováním ochrannou polymerovou vrstvou, přesto nejde o křehké materiály, které by nesnesly žádné namáhání. V tahu velmi dobře obstojí, avšak problémem je střihové namáhání. Bohužel kombinace tahu a střihu se projevuje během implementace vláken do kabelu, takže pro to bylo potřeba vyvinout specifický postup. Kabelovna Kabex vyzkoušela několik průměrů vláken a různé postupy implementace.

Nakonec bylo nutné použít vlákna s větším průměrem a během výroby byla vlákna vhodně lubrikována je. Důležité je to, že světlo přenášené v optickém vlákně nemá vliv na přenos elektrické energie a přenos elektrické energie neovlivňuje měření teploty. Díky tomu je možné některá vlákna používat k přenosu informací a jiná k měření teploty.

„Optická vlákna mohou být do kabelu integrována kdekoliv, kde to zákazníka doslova pálí, jak mezi vodiči, tak i mezi stíněním nebo pod pláštěm. Máme patentovaný jeden typ senzorického kabelu, který má více variant umístění optických vláken. Výrobu vzorků jsme zahájili před měsícem a jsme připraveni na přání zákazníka rozjet výrobu komerční dodávky. Před nedávnem náš podnik navštívili zástupci ČEZu, kteří mají na starosti nákup, a nyní se připravujeme na návštěvu jejich techniků,“ popisuje aktuální stav projektu Bohumil Svoboda, obchodní ředitel Kabelovny Kabex.

Měření teploty pomocí světla

Teplotu je možné určit z charakteristiky světla přenášeného vláknem. Ke konci kabelu je připojena vyhodnocovací jednotka, která měří nelineární rozptyl světla. Ten závisí na teplotě a jde o běžný jev, který se projevuje v telekomunikačních optických vláknech. V případě kabelů umožňuje měřit teplotu ve vlákně o délce až zhruba 10 kilometrů, přesnost určení polohy je přibližně 20 centimetrů a teplotní rozlišení 0,1 °C, v případě náročných aplikací lze dosáhnout i přesnosti na setiny stupně.

Tímto se zabývá Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, která vyvíjí i vlastní vyhodnocovací jednotku. Jedna jednotka je schopná zpracovávat signály maximálně 16 kabelových tras. Zatím systém používá komerční DTS jednotku (distributed temperature system) využívající Ramanova jevu. „Vyvíjíme vlastní přístroj s cílem dále snížit výrobní a pořizovací náklady. Doufám, že do konce roku nebo z kraje příštího bychom mohli být hotovi.“ vysvětluje Vladimír Vašínek z VŠB TU Ostrava.

„Naším cílem je dodávat komplexní celek: kabel včetně spojek a průchodek, vyhodnocovací jednotku i software pro zpracování a vizualizaci dat,“ doplňuje Svoboda.

Potenciál senzorických kabelů

V rámci grantu Technologické agentury ČR provedla VŠB TU Ostrava společně s partnery z průmyslu a telekomunikací zkoušku různých aplikací senzorických optických vláken od měření průsaku odpadních vod, přes geotermální vrty až po zrání betonu. Hlavní pozornost je však směřována na hybridní kabely pro jaderné elektrárny, což je i předmětem druhého grantu TAČRu schváleného koncem května.

Tomuto tématu se věnuje i nově otevřený showroom v Kabelovně Kabex, který zobrazuje data naměřená v předváděcí kabelové trase. Po výrobní hale je natažena zhruba 200 metrů dlouhá kabelová trasa, která simuluje podmínky reálného provozu. Součástí trasy je i hermetická kabelová průchodka a kabelové spojky, z nichž jedna je v provedení LOCA, tedy ve verzi použitelné v hermetických prostorách jaderné elektrárny.

V jednom místě vede kabel kolem topení, které jej zahřívá na zhruba 60 °C. „V primární části jaderné elektrárny dosahuje teplota za provozu 56 °C, takže je zde minimální odvod tepla z kabelu a je nutné používat odpovídající průřez vodičů, aby nedocházelo k nadměrnému tepelnému namáhání kabelů,“ objasňuje Michal Klauber, vedoucí technického úseku v Kabelovně Kabex.

Dále je kabel v několika závitech namotán na cívce, což simuluje kabelovou rezervu. Tato část kabelu se nemůže dostatečně ochlazovat běžným prouděním vzduchu na hale, takže se oproti volně vedenému kabelu, jehož teplota nepřesahuje okolní teplotu, zahřívá na 45 °C. V druhé části cívky je tento kabel navíc ještě zakryt protipožární vrstvou, která způsobuje další ohřev, protože omezuje unikání tepla z kabelu. Toto si mohou návštěvníci showroomu vyzkoušet na vlastní kůži.

„Technologie senzorických kabelů existuje na trhu řadu let, ale inovativnost našeho vývojového projektu spočívá v hmatatelné implementaci této technologie do energetického průmyslu. Při výrobních operacích instalujeme do silových kabelů, kabelových spojek a hermetických kabelových průchodek také optické prvky, které slouží pro monitorování podmínek, ve kterých se provozuje kabelová trasa. Dle našich informací je daný projekt jedinečný na světě,“ dodává Svoboda.

Právě jaderná energetika patří mezi nejnáročnější průmyslová odvětví. Výrobce musí například garantovat 40letou životnost kabelových tras, v případě bloků generace III+ to je dokonce 60 let. V této oblasti se Kabelovna Kabex posunula díky Rosatomu, kterému dodala kabely a kabelové průchodky pro elektrárny Novovoroněžská II a Leningradská II s reaktory VVER-1200. Jaderné elektrárny stavěné Rosatomem jak v Rusku, tak v zahraničí, tak mohou být po domácích jaderných elektrárnách jedním z perspektivních odbytišť nových kabelů.

Ozdravená firma

Pozoruhodné je to, že hybridní senzorické kabely vyvinula společnost, které ještě před dvěma roky hrozil úpadek. Jeho příčinou byla mohutná modernizace v řádu stovek milionů korun, která proběhla mezi léty 2009 a 2011 a byla financována z dotačních prostředků EU a bankovních půjček, společně s finanční krizí a hospodářskou recesí z let 2008 až 2012. Dopady se nejcitelněji projevily v roce 2013, kdy se společnost dostala do potíží s cash flow. Vyústěním potíží se stal kapitálový vstup ruského kabeláře Dmitrije Vasečka, jež nejprve v roce 2014 nabyl 75 % akcií společnosti, zbylé podíly následně odkoupil od minoritních akcionářů v první polovině roku 2015.

Anton Slobodin, statutární ředitel Kabelovny Kabex, k tomu uvádí: „V roce 2014 bankovní instituce odmítly financovat společnost kvůli záporným finančním ukazatelům. Od té doby se musela společnost a její chod omezit jen na vlastní prostředky a podporu ze strany akcionáře. Finanční zotavení a určitá restrukturalizace probíhaly do roku 2016. V roce 2017 byl stav společnosti stabilizován a obchodní vztahy s partnery urovnány natolik, že jí byly finančními institucemi schváleny úvěrové limity a veškeré aktivity se znovu rozjely tzv. na plné obrátky.“

Díky týmu pracovníků Kabelovny Kabex, akcionáři a v neposlední řadě i důvěře jejích zákazníků se podařilo ustát toto velmi složité období a přesvědčit bankovní instituce o správném nasměrování společnosti. Díky tomu mohlo být zachováno plné výrobní portfolio firmy a realizován rovněž vývoj hybridních senzorických kabelů.

Autor

• (red)