TILSTANDSKONTROLL AV KRAFTNETT HÅNDBOK PEX-KABELANLEGG PUBLIKASJONSNR.:

Transkript

1 TILSTANDSKONTROLL AV KRAFTNETT HÅNDBOK PEX-KABELANLEGG PUBLIKASJONSNR.:

2 Energi Norge AS EnergiAkademiet Besøksadresse: Middelthuns gate 27 Postadresse: Postboks 7184 Majorstuen, 0307 OSLO Telefon: Telefaks: Epost: Internett: Publ.nr: ISBN-nr: Energi Norge AS Etter lov om opphavsrett til åndsverk av 12. mai 1961 er det forbudt å mangfoldiggjøre innholdet i denne publikasjonen, helt eller delvis, uten tillatelse av Energi Norge AS. Forbudet gjelder enhver form for mangfoldiggjøring ved trykking, kopiering, stensilering, båndspill, elektronisk o.l.

3 Innledning Innledning Tilstandskontroll av kraftnett - Håndbok for er utarbeidet i Energi Norges fellesfinansierte prosjekt Tilstandskontroll og restlevetid for nettkomponenter av en arbeidsgruppe bestående av følgende representanter: Ole Johan Hatlen, BKK Nett Øistein Skoglund, Eidsiva Nett Arve Ryen, Nexans Norway Dagfinn Røed, Draka Norsk Kabel Hallvard Faremo, SINTEF Energi Johan Skjølberg, Jørn Heggset, SINTEF Energi (sekretærer) Håndbok omhandler følgende enheter: Kabel Skjøt Endeavslutning Overgangsskjøt PEX-masse er beskrevet i håndbok for massekabelanlegg. Hver av de nevnte enhetene er beskrevet i separate kapitler, og hvert kapittel er delt inn i følgende delkapitler: Komponentbeskrivelse Kapitlet beskriver den aktuelle enhetens oppbygging, virkemåte og primære funksjoner. Beskrivelsen vinkles ut fra et vedlikeholdsperspektiv, dvs en beskrivelse av karakteristiske trekk ved enheten som medfører et vedlikeholdsbehov, f.eks. tekniske løsninger og materialvalg. Det er ikke mulig å beskrive alle tekniske løsninger i detalj. Beskrivelsen er derfor basert på de kabelanleggene som er mest vanlig i Norge. Skadetyper Kapitlet beskriver de skadene som typisk oppstår på enheten. Mulige årsaker, mulige konsekvenser og aktuelle tilstandskontrollmetoder beskrives for hver skadetype. Med skade menes i denne sammenhengen en fysisk tilstand ved en enhet 1) som oppfattes som negativ i forhold til ønsket eller forventet fysisk tilstand. En skade kan ha oppstått som et resultat av en plutselig påkjenning, eller som et resultat av en påkjenning (sviktmekanisme 2) ) som har pågått over lengre tid. Når en skade er så alvorlig at enheten ikke lengre oppfyller en krevd funksjon 3), har enheten en feil 4). 1) Enhet enhver del, komponent, innretning, delsystem, funksjonell enhet, utstyr eller system som kan bli individuelt vurdert 2) Sviktmekanisme fysisk, kjemisk eller andre prosesser som fører eller har ført til svikt 3) Krevd funksjon funksjon eller en kombinasjon av funksjoner til en enhet som vurderes som nødvendig for å yte en gitt tjeneste 4) Feil en tilstand for en enhet karakterisert ved en manglende evne til å utføre en krevd funksjon, bortsett fra manglende evne på grunn av forebyggende vedlikehold eller andre planlagte handlinger, eller på grunn av manglende eksterne ressurser Mai 2011 Side 3 av 33

4

5 Innledning De skadetypene som er mest aktuelle for et er: vanntrevekst termisk aldring eksterne/mekaniske/tredjeparts skader mekanisk slitasje korrosjon (på Cu-skjermen) partielle utladninger varmgang fuktinntrengning Tilstandskontrollmetoder Kapitlet beskriver de viktigste tilstandskontrollmetodene (både inspeksjoner og direkte målinger) som kan benyttes for overvåking og diagnostisering av enhetens tilstand. Kapitlet inneholder også kriterier for karaktersetting av skader som kan observeres med de enkelte tilstandskontrollmetodene. De tilstandskontrollmetodene som er mest aktuelle for en PEXkabelanlegg er: visuell inspeksjon termografering kappetest måling av partielle utladninger måling av dielektrisk respons (frekvensdomene eller tidsdomene) isolasjonsmåling (megging) spenningsprøve (normert test) Tilstandskontrollprogram Kapitlet inneholder et veiledende tilstandskontrollprogram for. Det presiseres at de tidsintervallene som gjengis i tilknytning til tilstandskontrollprogrammene er gruppens anbefalinger, og at det i gitte tilfeller kan være gode grunner for enten å øke eller redusere intervallene. Dette er en beslutning som må tas av det enkelte nettselskap, men vi mener de anbefalte intervallene bør være en god rettesnor. Vedlegg Flytdiagram med tolkningskriterier inneholder et flytdiagram som skal være en hjelp til å stille diagnose for tilstanden til den aktuelle enheten ved at et sett med regler (tolkningskriterier) anvendes på måleresultatene. Diagnosen leder fram til de tiltak som bør iverksettes ved avvikende verdier. Generelle kommentarer til håndboka Håndboka omfatter hovedsaklig mellomspenningskabler, dvs. kabler med systemspenning < 22 kv. En del av beskrivelsene vil imidlertid gjelde uavhengig av spenningsnivå. For en mer systematisert oversikt over kabeltyper og tilhørende utstyr, samt en mer inngående beskrivelse av hvilke problemer som er observert for de ulike komponentene henvises til litteraturreferanse [2]. De tilstandskontrollmetodene som beskrives i denne håndboka bør ikke anvendes ukritisk på alle kabler. Det er svært viktig at man skaffer seg en oversikt over kabelmassen til selskapet før man avgjør hvilke kabler det skal gjennomføres tilstandskontroll på og hvilke metoder som skal anvendes. Kartleggingen bør omfatte kabellengde med hensyn på type (PEX, masse), alder (PEX-kabler produsert før 1979 er mest utsatt for feil) og kritikalitet. Fastlegging av tilstandskontrollprogram bør skje etter en helhetlig risikovurdering. Mai 2011 Side 4 av 33

6

7 Innholdsfortegnelse Innholdsfortegnelse 1 PEX-KABELANLEGG KABEL Komponentbeskrivelse Skadetyper Tilstandskontrollmetoder Visuell inspeksjon Kappetest Måling av partielle utladninger (PD) Måling av dielektrisk respons (frekvensdomene eller tidsdomene) Isolasjonsmåling Spenningsprøve Visuell inspeksjon (gassblærer) SKJØT Komponentbeskrivelse Skadetyper Tilstandskontrollmetoder Måling av partielle utladninger (PD) Måling av lederresistans Isolasjonsmåling ENDEAVSLUTNING Komponentbeskrivelse Skadetyper Tilstandskontrollmetoder Visuell inspeksjon Akustisk måling av (indre) partielle utladninger (PD) Deteksjon av utvendig glimming ved hjelp av mikrofon Termografering [6] TILSTANDSKONTROLLPROGRAM LITTERATURREFERANSER VEDLEGG: Flytdiagram med tolkningskriterier Mai 2011 Side 5 av 33

8

9 1 PEX-KABELANLEGG Den primære funksjonen til et er å overføre driftsstrøm og dimensjonerende kortslutningsstrømmer uten overoppheting eller for høye tap holde driftsspenning og dimensjonerende overspenninger uten at kabelisolasjonen bryter sammen (gjennomslag) Et består av følgende komponenter: kabel skjøt (inkludert klemme/skjøtehylse) endeavslutning (inkludert kabelsko) Overgangsskjøt er behandlet i tilstandskontrollhåndbok for massekabelanlegg. Mai 2011 Side 7 av 33

10 Kabel 2 KABEL 2.1 Komponentbeskrivelse Den primære funksjonen til en kabel er å overføre driftsstrøm og dimensjonerende kortslutningsstrømmer uten overoppheting eller for høye tap holde driftsspenning og dimensjonerende overspenninger uten at kabelisolasjonen bryter sammen (gjennomslag) En kabel kan bestå av følgende komponenter: leder lederskjerm (indre halvleder) isolasjon isolasjonsskjerm (ytre halvleder) skjerm metallkappe armering (sjøkabel) ytterkappe Figur 2.1 Enfase PEX-kabel. (Foto: Nexans Norway) Figur 2.2 Trefase PEX-kabel. (Foto: Nexans Norway) Isolasjonsmaterialet i PEX-kabler er kryssbundet polyetylen (PEX, på engelsk: XLPE). I de første årene ble kryssbindingen utført ved dampvulkanisering, noe som i senere tid skulle vise seg å medføre problemer med fukt i isolasjonen og deretter vanntrevekst. Tørr vulkanisering ble innført i Årstall for innføring av ny teknologi er referert den kabeltypen som var mest vanlig i Norge (STK). For andre kabelprodusenter gjelder andre årstall. Mai 2011 Side 8 av 33

11 Kabel Mellom leder og isolasjon og mellom isolasjon og skjerm brukes et delvis ledende materiale ( halvleder ) for å jevne ut det elektriske feltet og dermed unngå partielle utladninger. Den indre halvlederen er ekstrudert på lederen, mens den ytre halvlederen besto i den første generasjonen PEX-kabler av et halvledende lakksjikt med et halvledende tøybånd viklet over. Fra 1978 (andre generasjon PEX-kabler) ble også den ytre halvlederen ekstrudert; i første omgang ble den gjort strippbar slik at den kunne fjernes uten bruk av spesialverktøy, men etter hvert ble den fastvulket til selve isolasjonen. Etter at problemene med vanntrevekst i PEX-kabler ble kjent har utviklingen fra og med 1990-årene gått mer mot vanntette konstruksjoner (tredje generasjon PEX-kabel). Lederen tettes med et svellepulver som blir geléaktig når det kommer i kontakt med vann. Dette hindrer aksiell fukttransport samtidig som fuktighet absorberes og forsinker fuktopptak i PEX-isolasjonen. I tillegg benyttes det i enkelte kabler radiell vanntetting i form av et tynt aluminiums- eller kobberlaminat på innsiden av kappen. Skjermen er av kobber, og er vanligvis jordet i begge ender. Ytterst er en kappe, vanligvis av PE eller PVC, som beskytter kabelen mot fukt og mekaniske skader. I trefasekabler er skjerm og kappe felles for de tre fasene. 2.2 Skadetyper På en PEX-kabel vil i hovedsak følgende skadetyper kunne oppstå: vanntrevekst termisk aldring kappefeil / mekanisk slitasje / eksterne skader / tredjepartsskader korrosjon partielle utladninger Disse skadetypene er nærmere beskrevet i Tabell 2.1 Tabell 2.5. a) b) Figur 2.3 Typisk vanntrevekst i kabler fra 70-årene (a) og 80-årene (b). Mai 2011 Side 9 av 33

12 Kabel Tabell 2.1 Kabel Vanntrevekst. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting PD-måling 1-3 Ingen PD-aktivitet registrert 4 Målbar PD-aktivitet 5 Havari under testen Måling av dielektrisk tapsfaktor (tanδ) Fuktig forlegning Fukt i kabel Driftsspenning/overspenninger Gjennomslag Måling av dielektrisk respons som funksjon av (frekvens og) spenning Måling av dielektrisk respons i tidsdomene. (unøyaktig) PD-måling (siste stadium av vanntrevekst, elektriske trær, kan oppdages ved PD-måling) Spenningsprøve Gjennomslagstest og vanntreundersøkelse (destruktivt, i lab.) Økning i dielektriske tap Spenningsavhengige dielektriske tap eller spenningsavhengig permittivitet Ikke-reproduserbare måleresultater, dvs hystereseeffekt (gjelder tilstand 3-5) A-faktor (DR i tidsdomene, SEBA) Vanntrær (visuelt) Partielle utladninger (egentlig tegn på elektriske trær, tilstand 4 eller 5) Ikke bestått spenningsprøve 1 Ingen målbar vanntrevekst. Ingen spenningsavhengighet i tan δ-måling. 2 Vanntrevekst påbegynt, men er knapt målbar. Målbar, men liten spenningsavhengighet i tan δ-måling. Kabel med ekstrudert ytre halvleder: Som tilstand 1 3 Klart målbar, men ikke kritisk vanntrevekst. Spenningsavhengighet U 0 0,5 U 0 > ca 0,5 x Kabel med ekstrudert ytre halvleder: tan δ > 2 x Tydelig målbar ulinearitet. 4 Kritisk vanntrevekst. Økende tan δ under målingen. Kabel med ekstrudert ytre halvleder: Tydelig økende tapsfaktor ved økende spenning; overgang til lekkstrøm; hysterese; tan δ øker under måling. 5 Gjennomslag ved påtrykk av 1,5-2,0 U 0 Spenningsprøve 1-3 Kabelen består spenningsprøven 4 Gjennomslag i løpet av spenningsprøven (destruktiv test) 5 Gjennomslag i starten av spenningsprøven Mai 2011 Side 10 av 33

13 Kabel Tabell 2.2 Kabel Termisk aldring. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning TK-metode Visuell kontroll (gassblærer) Høy last over lengre tid (ikke så vanlig, da kabler vanligvis er lite belastet) Forlegning med dårlig termisk ledningsevne Gjennomslag Lastovervåking Visuell kontroll (gassblærer i kappe pga varmeutvikling mellom aluminiumslaminat og kobberskjerm) Farge, IR-spektroskopi (destruktiv, i lab.) Mekanisk strekkprøve (destruktiv, i lab.) Høy temperatur Brun-svart PEX Oksidasjon Karakter Kriterier for karaktersetting 1-2 Ingen synlige bobler 3 Bobler, men ikke hull i kappen 4 Hull i kappe og skade i ytre halvleder (mye glimming) 5 Gjennombrent PEX (totalhavari) Mai 2011 Side 11 av 33

14 Kabel Tabell 2.3 Kabel Eksterne/mekaniske/tredjeparts skader. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning Anleggsvirksomhet (graving) Forlegning (steiner, telehiv) Kortslutninger Transport Utleggingsskader (bøying, trekking over steiner, trekking i rør, etc.) Kappeskade, akselerert aldring, fuktinntrengning. Brudd (typisk graveskader) Jordslutning (/kortslutning) Partielle utladninger Kappetest (anbefalt metode) Visuell påvisning Spenningsprøve PD-måling Positivt utslag på kappetest (elektrisk forbindelse mellom skjerm og jord) Synlige tegn på skade Ikke bestått spenningsprøve Målbar PD-aktivitet TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting Kappetest 1 PE-kappe: Kappestrøm < 5 μa/km ved 5 kv (kan også skyldes at det er tørt) PVC-kappe: Kappestrøm < 0,1 ma/km ved 2 kv Evt (enklere): R > 1 GΩ 2-3 PE-kappe: Kappestrøm > 10 μa/km ved 5 kv (kan også skyldes at det er tørt) PVC-kappe: Kappestrøm > 0,5 ma/km ved 2 kv Evt (enklere): R i MΩ-området. Videre undersøkelser nødvendig for å avdekke om kappen er intakt eller ikke. 4 PE-kappe: Kappestrøm > 1 ma/km ved 5 kv (dvs at det er hull i kappen) PVC-kappe: Kappestrøm > 10 ma/km ved 2 kv Evt (enklere): Lav Ω-verdi. Meggeren greier ikke å levere 5/2 kv 5 Brudd Visuell inspeksjon 1-3 Ingen synlige tegn til skade 4 Synlige skader 5 PEX er synlig eller kraftig deformert kabel Spenningsprøve 1-3 Kabelen består spenningsprøven 4 Gjennomslag i løpet av spenningsprøven 5 Gjennomslag i starten av spenningsprøven PD-måling 1-3 Ingen PD-aktivitet registrert 4 Målbar PD-aktivitet 5 Havari under testen Mai 2011 Side 12 av 33

15 Kabel Figur 2.4 Korrosjon av Cu-skjermen har ødelagt de mekaniske egenskapene til kobberet. Figur 2.5 Korrosjon av Al-leder har sprengt indre halvleder. Tabell 2.4 Kabel Korrosjon (på Cu-skjermen og i Al-lederen). Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Fukt + korrosivt miljø (Brudd i leder ikke aktuelt for kabel >1 kv) Brudd i skjerm eller dårlig kontakt mellom skjerm og isolasjonsskjerm Sprekk i indre halvleder Initiering av vanntrær Gjennomslag (Tilstand 5) Ingen tilstandskontrollmetoder vanlig; ikke noe stort driftsproblem PD-måling kan være aktuelt Målbar PD-aktivitet Påvisning TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting PD-måling 1-3 Ingen PD-aktivitet registrert 4 Målbar PD-aktivitet 5 Havari under testen Mai 2011 Side 13 av 33

16 Kabel Tabell 2.5 Kabel Partielle utladninger (målt i felt, ikke så aktuelt for selve kabelen). Årsaker Produksjonsfeil (avsløres som regel av prøver i fabrikk) Ekstern skade / bøying til under minste tillatte bøyeradius Overspenninger Mulige konsekvenser Gjennomslag Tilstandskontrollmetoder PD-måling Påvisning Målbar PD-aktivitet TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting PD-måling 1-3 Ingen PD-aktivitet registrert 4 Målbar PD-aktivitet 5 Havari under testen 2.3 Tilstandskontrollmetoder Visuell inspeksjon Visuell inspeksjon er ikke vanlig å gjennomføre for kabler. Hvis kabelen ligger på bro kan denne metoden benyttes til å avdekke synlige skader i kabelkappe (sår, skader eller sprekker) eller innfesting av kabelen, men vil ikke kunne avdekke aldring av kabelisolasjonen. Avhengig av type og konstruksjon skal følgende punkter kontrolleres: skader eller sprekker i kabelkappe kabelstrammere innfesting/strekkavlastning jordingsforbindelse for liten bøyeradius Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell 2.6. Tabell 2.6 Kabel Visuell inspeksjon. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-3 Ingen synlige tegn til skade 4 Synlige skader 5 PEX er synlig eller kraftig deformert kabel Kappetest Det vises til REN blad nr versjon v1-8/2006: HS distribusjonsnett - Kabel - Kappemåling og lokalisering av kappefeil og SINTEF Energiforskning Info-blad 9.49: Kappeprøving av 12 og 24 kv polymer jordkabel for beskrivelse av aktuelle tilstandskontrollmetoder. Kriterier for karaktersetting ved måling av kappestrøm er gitt i Tabell 2.7. PVC har evnen til å ta opp langt større mengder vann enn PE, og lekkstrømmen har sammenheng med vanninnholdet. Grenseverdiene er derfor forskjellige for PE- og PVC-kapper. For enkelhets Mai 2011 Side 14 av 33

17 Kabel skyld angis allikevel verdier i ohm, da det brukes meggere som angir isolasjonsresistansen i felt. Det påpekes at tilstand 2-3 ikke er en mellomtilstand i den forstand at kappen gradvis aldres, men på grunn av ulike forhold f.eks. rundt forlegning kan det være vanskelig å avgjøre om kappen er intakt eller ikke med en enkel meggeprøve. Økende kappestrøm skyldes ikke nødvendigvis et aldringsfenomen, men kan komme pga endrede omgivelser (bl.a. årstidsvariasjoner). Tabell 2.7 Kabel Kappetest. Karakter Kriterier for karaktersetting PE-kappe: Kappestrøm < 5 μa/km ved 5 kv (kan også skyldes at det er tørt) 1 PVC-kappe: Kappestrøm < 0,1 ma/km ved 2 kv Evt (enklere): R > 1 GΩ PE-kappe: Kappestrøm > 10 μa/km ved 5 kv (kan også skyldes at det er tørt) PVC-kappe: Kappestrøm > 0,5 ma/km ved 2 kv 2-3 Evt (enklere): R i MΩ-området. Videre undersøkelser nødvendig for å avdekke om kappen er intakt eller ikke. PE-kappe: Kappestrøm > 1 ma/km ved 5 kv (dvs at det er hull i kappen) 4 PVC-kappe: Kappestrøm > 10 ma/km ved 2 kv Evt (enklere): Lav Ω-verdi. Meggeren greier ikke å levere 5/2 kv 5 Brudd Måling av partielle utladninger (PD) a) b) Figur 2.6 Utstyr for måling av partielle utladninger i felt: a) Oscillating Wave Test System (OWTS). b) Vanntre med elektrisk trevekst. Denne målingen består i å måle utladningsnivået til kabelen under påtrykk av høyspenning. Ved langt fremskreden vanntrevekst kan det initieres elektriske trær fra vanntrestrukturen, og elektriske trær gir partielle utladninger. Hvorvidt utladningene kan relateres til vanntrevekst må imidlertid undersøkes ved mikroskopiundersøkelse i laboratorium (destruktiv prøve). Det presiseres at det her er snakk om partielle utladninger pga vanntrær i selve kabelen og ikke pga feil i skjøter eller endeavslutninger, som er behandlet i kapittel 3 og 4. Mai 2011 Side 15 av 33

18 Kabel PEX-isolasjon brytes meget raskt ned av partielle utladninger, og i henhold til IEC skal det ikke være målbar PD-aktivitet i nye PEX-kabler. Det finnes ingen norm på hvor store utladninger som tolereres i kabler i drift, men erfaring tilsier i størrelsesorden pc. Det anbefales å reparere (sette inn skjøt) alle PEX-kabler der det måles partielle utladninger. Dette på grunn av at PEX-isolasjonen brytes hurtig ned av partielle utladninger. Tabell 2.8 Kabel Måling av partielle utladninger. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-3 Ingen PD-aktivitet registrert 4 Målbar PD-aktivitet 5 Havari under testen Måling av dielektrisk respons (frekvensdomene eller tidsdomene) Denne metoden baserer seg på å påtrykke en lavfrekvent (typisk 1 mhz - 10 Hz) vekselspenning, og isolasjonens tapsfaktor bestemmes ut fra amplitude og fase til resulterende strøm. Forskning viser at tapsfaktoren (tan δ) øker med økende vanntrealdring. Typiske verdier for ualdret kabel er 10-4, mens for vanntrealdret kabel kan den øke til I tillegg vil tapsfaktoren øke med økende prøvespenning for vanntrealdrete kabler, men være uavhengig av spenningen for ualdrete kabler. En slik ulinearitet kan inntre ved prøvespenninger lavere enn driftspenningen, og måles gjerne som differansen i tapsfaktor ved full og halv driftsspenning ( tan δ = tan δ (U 0 ) - tan δ (0,5 U 0 )). Ved langt fremskreden vanntrevekst vil man dessuten kunne se en hystereseeffekt; hvis man f.eks. måler ved spenningssekvensen kv, vil andre måling ved 6 kv gi høyere tapsfaktor enn første gang. Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell 2.9. En forutsetning for å bruke disse kriteriene er at det ikke er tilkoblet lavohmige skjøter eller endeavslutninger til kabelen som påvirker den dielektriske responsen. a) Målesystem b) Respons Figur 2.7 a) Utstyr for måling av dielektrisk tapsfaktor. b) Eksempel fra måling i felt. Mai 2011 Side 16 av 33

19 Kabel Tabell 2.9 Kabel Måling av dielektrisk tapsfaktor (tanδ) (frekvensdomene). Karakter Kriterier for karaktersetting 1 Ingen målbar vanntrevekst. Ingen spenningsavhengighet i tan δ-måling. 2 Vanntrevekst påbegynt, men er knapt målbar. Målbar, men liten spenningsavhengighet i tan δ-måling. Kabel med ekstrudert ytre halvleder: Som tilstand 1 3 Klart målbar, men ikke kritisk vanntrevekst. Spenningsavhengighet U 0 0,5 U 0 > ca 0,5 x Kabel med ekstrudert ytre halvleder: tan δ > 2 x Tydelig målbar ulinearitet. 4 Kritisk vanntrevekst. Økende tan δ under målingen. Kabel med ekstrudert ytre halvleder: Tydelig økende tapsfaktor ved økende spenning; overgang til lekkstrøm; hysterese; tan δ øker under måling. 5 Gjennomslag ved påtrykk av 1,5-2,0 U 0 Når det gjelder måling av dielektrisk respons i tidsdomene, er det ikke etablert noen sammenheng mellom diagnostiske parametere og faktisk tilstand Isolasjonsmåling I motsetning til for lavspentkabel benyttes ikke isolasjonsmåling som en tilstandskontrollmetode for å avdekke tilstanden til isolasjonen. Dette vil kun være aktuelt hvis kabelen allerede har hatt et gjennomslag. Metoden kan derimot med fordel benyttes etter at kabelen har vært koblet ut for å forsikre om at alle deler er koblet korrekt tilbake, ingen jordtråder er i forbindelse med deler på HSpotensiale osv. Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell Tabell 2.10 Kabel Isolasjonsmåling (megging). Karakter Kriterier for karaktersetting 1-3 Høy isolasjonsresistans 4 Isolasjonsresistans < 1 MΩ 5 Jordfeil, gjennomslag Spenningsprøve Spenningsprøve består i å påtrykke kabelen en overspenning i en viss tid. Typiske verdier er 3 U 0 i 60 minutter når man tester med 0,1 Hz (i henhold til tysk norm DIN VDE ). Bestått spenningsprøve vil sannsynligvis bety at kabelen er i god stand og vil ha fortsatt lang levetid. Merk at spenningsprøven i seg selv innebærer en påkjenning på kabelen. En fordel med denne prøven er at man kan få et kontrollert gjennomslag framfor å få en ikke-planlagt utkobling på et senere tidspunkt. Spenningsprøven kan med fordel kombineres med måling av partielle utladninger (PD) hvis utstyr for dette er tilgjengelig. Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell Mai 2011 Side 17 av 33

20 Kabel Tabell 2.11 Kabel Spenningsprøve. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-3 Kabelen består spenningsprøven 4 Gjennomslag under spenningsprøven (destruktiv test) 5 Gjennomslag i starten av spenningsprøven Visuell inspeksjon (gassblærer) Ved ukontrollert forbindelse mellom aluminiumslaminat og kobberskjerm kan strømtettheten bli så stor at det utvikles mye varme. Dette kan medføre gjennombrenning av aluminiumslaminatet og dannelse av gassblærer som kan observeres på utsiden. Det er mest sannsynlig at dette fenomenet finnes de nærmeste 10 meter fra endeavslutningen. Erfaring viser at dette er mest sannsynlig for kabler > 52 kv. Figur 2.8 Observasjon av varmgang mellom Al-laminat og Cu-skjerm. Tabell 2.12 Kabel Visuell inspeksjon (gassblærer). Karakter Kriterier for karaktersetting 1-2 Ingen synlige gassblærer 3 Gassblærer, men ikke hull i kappen 4 Hull i kappe og skade i ytre halvleder (mye glimming) 5 Gjennombrent PEX (totalhavari) Mai 2011 Side 18 av 33

21 Skjøt 3 SKJØT 3.1 Komponentbeskrivelse Den primære funksjonen til en skjøt er å overføre driftsstrøm og dimensjonerende kortslutningsstrømmer uten overoppheting eller for høye tap holde driftsspenning og dimensjonerende overspenninger uten at isolasjonen bryter sammen (gjennomslag) Generelt bør en kabelskjøt ha de samme elektriske, termiske og mekaniske egenskaper som kabelen selv. Dette innebærer i prinsipp at en kabel med skjøt skal kunne prøves under de samme betingelser som en kabel uten skjøt. Det finnes 3 ulike typer skjøter: vikleskjøt (teipskjøt) krympeskjøt (varm- eller kaldkrymp) prefabrikert skjøt Det er ingen prinsipiell forskjell mellom skjøting av enleder og trelederkabler. Lederne skjøtes med press- eller skruhylser, og isolasjonen på de individuelle faselederne bygges opp på samme måte, uavhengig av om de tilhører én- eller tre-fase kabler. Imidlertid blir skjerm og kappe bygd opp felles over alle tre fasene i en trefase kabel. Figur 3.1 Skjøt (én-leder krympeskjøt med presshylse). Kilde: Tyco-electronics (Raychem) 3.2 Skadetyper På en skjøt vil i hovedsak følgende skadetyper kunne oppstå: varmgang i skjøtehylse partielle utladninger fuktinntrengning Disse skadetypene er nærmere beskrevet i Tabell Tabell 3.3. Skadetyper og deres årsaker er beskrevet mer i detalj og flere bilder i referanse [2]. Mai 2011 Side 19 av 33

22 Skjøt Figur 3.2 Varmgang i skjøtehylser (sekskantpress på myk Al-leder). Tabell 3.1 Skjøt Varmgang i skjøtehylse. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning Aldring Feilmontasje Konstruksjonsfeil (f.eks. dårlig tilpasning av hylsen til lederdimensjonen kombinert med sterk gløding av Al-leder) Varmgang - gjennomslag Ingen relevante metoder Kan være mulig å avsløre med måling av dielektrisk respons Figur 3.3 Partielle utladninger i driftsaldret skjøt pga dårlig krymping. Tabell 3.2 Skjøt Partielle utladninger. Årsaker Aldring Mekanisk skade (f.eks. bøying) Feilmontasje (knivkutt, dårlig halvledende lakk, etc.) Konstruksjonsfeil Fukt Mulige konsekvenser Gjennomslag Tilstandskontrollmetoder PD-måling Påvisning Målbar PD-aktivitet TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting Måling av 1-3 Ingen PD-aktivitet registrert partielle 4 Målbar PD-aktivitet utladninger 5 Havari under testen Mai 2011 Side 20 av 33

23 Skjøt Figur 3.4 Fuktinntrengning i PEX-PEX skjøter (gammel konstruksjon). Tabell 3.3 Skjøt Fuktinntrengning. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Aldring Mekanisk skade Feilmontasje Konstruksjonsfeil Gjennomslag Isolasjonsmåling Måling av dielektrisk respons* PD-måling Redusert isolasjonsmotstand Påvisning TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting Isolasjonsmåling (megging) 1-2 Isolasjonsresistans > 100 GΩ 3 Isolasjonsresistans > 2 GΩ 4 Isolasjonsresistans < 2 GΩ 5 Brudd *: Denne metoden benyttet på skjøter er fremdeles under utvikling (2010) Mai 2011 Side 21 av 33

24 Skjøt 3.3 Tilstandskontrollmetoder Måling av partielle utladninger (PD) Dette er samme metode som benyttes for deteksjon av PD i kabler. Hvis man ikke vet hvor skjøtene befinner seg, er det ikke mulig å skille mellom utladninger i skjøt og kabel. PEX-isolasjon brytes meget raskt ned av partielle utladninger, og i henhold til IEC skal det ikke være målbar PD-aktivitet i nye PEX-kabler. Det finnes ingen norm på hvor store utladninger som tolereres i kabler i drift, men erfaring tilsier i størrelses-orden pc. Det anbefales å skifte skjøten hvis det måles partielle utladninger i den. Dette på grunn av at PEX-isolasjonen brytes hurtig ned av partielle utladninger. Kriterier for karaktersetting er de samme som for kabel og er gitt i Tabell 3.4. Tabell 3.4 Skjøt Måling av partielle utladninger. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-3 Ingen PD-aktivitet registrert 4 Målbar PD-aktivitet 5 Havari under testen Måling av lederresistans I prinsippet kan det være mulig å detektere dårlig kontakt i skjøtehylser ved å foreta en kontaktresistansmåling med mikroohm-meter eller andre metoder. Dette er derimot ikke vanlig, og metoden er vanskelig å gjennomføre i praksis for kabler i drift Isolasjonsmåling Isolasjonsmåling (megging) kan benyttes for å detektere fuktinntrengning i skjøter med delvis resistiv feltstyring. Det finnes ingen normer eller andre referanser som fastsetter hvilke motstandsmålinger som er akseptable og ikke, og tallene i Tabell 3.5 er basert på erfaringer gjort av SINTEF Energiforskning [10]. Ved megging vil man måle isolasjonsmotstanden til hele kabelisolasjonen, og en kan i prinsippet ikke skille mellom kabel- og skjøtisolasjon. Ved lave isolasjonsmotstandsverdier er derimot som oftest skjøten dominerende. Kriterier for karaktersetting er gitt i Tabell 3.5. Tabell 3.5 Skjøt Isolasjonsmåling (megging). Karakter Kriterier for karaktersetting 1-2 Isolasjonsresistans > 100 GΩ 3 Isolasjonsresistans > 2 GΩ 4 Isolasjonsresistans < 2 GΩ 5 Brudd Mai 2011 Side 22 av 33

25 Endeavslutning 4 ENDEAVSLUTNING 4.1 Komponentbeskrivelse Den primære funksjonen til en endeavslutning er å styre feltet ved halvlederavtaket slik at overslag og/eller overflateutladninger (glimming) ikke oppstår mellom høyspenning og jordpotensiale. Kabelskoen regnes her som en del av endeavslutningen. Kombinasjoner av geometrisk form og feltstyrende egenskaper i materialene som benyttes, sørger for at det elektriske feltet graderes kontrollert ned mellom høyspenning og jordpotensial. For PEX-kabler benyttes følgende endeavslutninger: Innendørs endeavslutninger o Viklet endeavslutning o Krympet endeavslutning o Prefabrikkert endeavslutning Utendørs endeavslutninger som innendørs endeavslutninger, men med ekstra skjerm for lengre krypstrømsvei. For høyspenningskabler (> 52 kv) benyttes ofte oljefylte hus av porselen eller komposittmateriale. Pluggbare endeavslutninger gir en fullstendig isolert kabeltilkobling. Enkelte av disse er også godkjent som berøringssikre. En prinsippskisse av en endeavslutning er vist i Figur 4.1. Figur 4.1 Endeavslutning, prinsippskisse (viklet, enfase). Mai 2011 Side 23 av 33

26 Endeavslutning 4.2 Skadetyper På en endeavslutning vil i hovedsak følgende skadetyper kunne oppstå: varmgang partielle utladninger langs overflate eller internt i isolasjonen fuktinntrengning Disse skadetypene er nærmere beskrevet i Tabell 4.1 Tabell 4.3. Tabell 4.1 Endeavslutning Varmgang. Årsaker Aldring Feilmontasje Konstruksjonsfeil (f.eks. dårlig tilpasning av hylsen til lederdimensjonen kombinert med sterk gløding av Al-leder) Mulige konsekvenser Brudd i kabelsko Varmgang - gjennomslag Tilstandskontrollmetoder Termografering Visuell inspeksjon Påvisning Høy temperatur Synlig tegn på varmgang (misfarging) TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting Termografering 1-3 Ingen temperaturøkning i forhold til andre strømførende deler 4 Tydelig temperaturøkning i forhold til andre strømførende deler 5 Røykutvikling, brann Visuell inspeksjon 1-2 Ingen synlige tegn til skade 3 Noe misfarging, enkelte utladningsspor Kraftig misfarging, tydelige spor etter utladninger, kraftig 4 glimming og ozon. 5 Brudd Figur 4.2 Partielle utladninger i endeavslutning fra drift; for dårlig halvledende lakk. Mai 2011 Side 24 av 33

27 Endeavslutning Tabell 4.2 Endeavslutning Partielle utladninger. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting Akustisk PDmåling Mikrofon for å detektere glimming Visuell inspeksjon Aldring Forurensning og fuktighet Feilmontasje (knivkutt, feil påført halvledende lakk etc.) Konstruksjonsfeil Gjennomslag Overslag Akustisk PD-måling Visuell inspeksjon (glimspor) Mikrofon for å detektere glimming Målbar PD-aktivitet Synlige tegn til skade (overflateutladninger) 1-3 Ingen registrerte utladninger 4 Utladninger 5 Gjennomslag 1-2 Ingen registrert glimming 3 Registrert glimming (med mikrofon), ozonlukt 4 Hørbar glimming og ozonlukt 5 Gjennomslag 1-2 Ingen synlige tegn til skade 3 Noe misfarging, enkelte utladningsspor Kraftig misfarging, tydelige spor etter utladninger, kraftig 4 glimming og ozon. 5 Gjennomslag Tabell 4.3 Endeavslutning Fuktinntrengning i silikonolje (> 52 kv). Årsaker Feilmontasje Aldring Mulige konsekvenser Gjennomslag Tilstandskontrollmetoder Fuktsensor* Påvisning Indikasjon på fukt * Denne metoden er fremdeles under utvikling (2010) Mai 2011 Side 25 av 33

28 Endeavslutning 4.3 Tilstandskontrollmetoder Visuell inspeksjon Visuell inspeksjon av en endeavslutning skal primært avdekke misfarginger på grunn av varmgang eller spor etter overflateutladninger. Tabell 4.4 Endeavslutning Visuell inspeksjon. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-2 Ingen synlige tegn til skade 3 Noe misfarging, enkelte utladningsspor 4 Kraftig misfarging, tydelige spor etter utladninger, kraftig glimming og ozon. 5 Brudd, overslag Akustisk måling av (indre) partielle utladninger (PD) Akustiske PD-målinger kan benyttes til å avdekke indre utladninger (i hulrom eller ved halvlederavtak). For å oppdage hulromsutladninger må man benytte en mikrofon som settes direkte inntil endeavslutningen. Før man benytter denne metoden bør man kontrollere om det er utvendig glimming, se kapittel Figur 4.3 Måling av partielle utladninger på endeavslutning i felt med akustisk måleutstyr. Mai 2011 Side 26 av 33

29 Endeavslutning Akustiske PD-målinger kan ikke kalibreres i henhold til IEC 60270, og man har ingen normer som sier noe om korrelasjon mellom amplitude på målesignal og alvorlighetsgrad til skaden. Forskning pågår på høyfrekvent elektrisk PD-deteksjon, men metoden er ikke kommersielt tilgjengelig. Tabell 4.5 Endeavslutning Akustisk PD-måling. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-3 Ingen registrerte utladninger 4 Utladninger 5 Gjennomslag Deteksjon av utvendig glimming ved hjelp av mikrofon Utvendig glimming forplantes i luft (ultralyd), og kan dermed detekteres ved hjelp av en mikrofon og en retningsbestemt antenne som registrerer elektromagnetiske pulser som brer seg i luft. Tabell 4.6 Endeavslutning Deteksjon av utvendig glomming. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-2 Ingen registrert glimming 3 Registrert glimming (med mikrofon), ozonlukt 4 Hørbar glimming og ozonlukt 5 Overslag Termografering [6] Termografering kan benyttes for å avdekke varmgang på grunn av dårlig elektrisk kontakt i kabelsko. Kabelen må ha en viss last for at metoden skal kunne brukes. Tabell 4.7 Endeavslutning Termografering. Karakter Kriterier for karaktersetting 1-3 Ingen temperaturøkning i forhold til andre strømførende deler 4 Tydelig temperaturøkning i forhold til andre strømførende deler 5 Røykutvikling, brann Mai 2011 Side 27 av 33

30 Tilstandskontrollprogram 5 TILSTANDSKONTROLLPROGRAM Dette kapitlet inneholder en anbefaling om hvilke tilstandskontrollmetoder som bør utføres på hvilke komponenter i et, samt hvor ofte (eller når) metoden bør benyttes. Beskrivelser av selve tilstandskontrollmetodene er gitt i kapittel 2.3, 3.3 og 4.3. Tabell 5.1 Anbefalt tilstandskontrollprogram for komponenter i. Komponent TK-metode Tidsintervall Kabel Kappetest Etter legging eller annet arbeid i nærheten av kabelen. Kritiske kabler: Gjør testen ved mulighet. Anbefalt intervall: Avhengig av kritikalitet, typisk hvert 10. år. Kabel Isolasjonsmåling I forbindelse med arbeid på eller ved kabelen. Kabel Måling av dielektrisk Avhengig av kabelens viktighet og alder. respons Kabel Spenningsprøve (AC) Etter reparasjon av feil (for å avdekke mulige følgefeil). Hvis mistanke om dårlig kabel (spenningsprøve 1 time). Skjøt Isolasjonsmåling (megging) Ved mistanke om fuktinntrengning/termisk aldring i skjøter med delvis resistiv feltstyring, f.eks. ved flere gjennomslag i denne type skjøter i ett område. Skjøt Måling av dielektrisk respons Hvis man har funnet lav isolasjonsverdi ved isolasjonsmåling (megging). Skjøt Måling av partielle utladninger Hvis man har funnet kritiske verdier ved måling av dielektrisk respons. Endeavslutning Visuell inspeksjon på de endeavslutninger som er synlige 5 år (inspeksjon av endeavslutninger omfattes av befaring av nettstasjoner i hht REN-blad nr. 6035). Endeavslutning Akustisk måling av Ved mistanke om utladningsaktivitet. (indre) partielle utladninger Endeavslutning Deteksjon av utvendig Ved mistanke om utvendig glimming. glimming ved hjelp av mikrofon Endeavslutning Termografering Ved observert misfarging. Avhengig av kritikalitet, typisk hvert 5. år. Mai 2011 Side 28 av 33

31 Litteraturreferanser 6 LITTERATURREFERANSER [1] A. O. Eggen, J. Heggset, J, E. Solvang Spesifikasjon av driftsdata for vedlikeholdsformål EFI, TR A4518, april 1997 EnFO publ. nr [2] J. T. Benjaminsen, H. Faremo Oversikt over problemer med ulike kabeltyper og kabelutstyr SINTEF Energi, TR A7041, desember 2010 [3] K. Bjørløw-Larsen Elektroskolen Elektro 7-8/2002 [4] E. Ildstad, J. Sletbak, B. Sanden Kompendium i kabelteknologi for faget TET 4195 Høyspenningsanlegg, utgave 2001 [5] J. Skjølberg Condition Assessment of Electrical Grid Components Survey of Diagnostic Techniques and Evaluation of Methods SINTEF Energi, TR A5685, desember 2007 Energi Norge publ [6] REN blad nr Versjon 1-01/2006 Vedlikehold - Nettstasjon - Utførelse av termografering [7] REN blad nr versjon v1-01/2006 Tilstandskontroll - Nettstasjon - HS kabel Detektering av glimming i endeavslutning [8] REN blad nr versjon v1-8/2006 HS distribusjonsnett - Kabel - Kappemåling og lokalisering av kappefeil [9] REN blad nr versjon v1-8/2006 LS Distribusjonsnett kabel Isolasjonsmåling [10] J. Skjølberg Bruk av Megger MIT1020 til utvelgelse av aktuelle kabler for tilstandskontroll og til diagnostisering av sterkt vanntrealdrede PEX-kabler SINTEF Energi, AN , 2006 [11] Info-blad, kap. 9 Kabelanlegg, kabelutstyr og feildetektering SINTEF Energi Mai 2011 Side 29 av 33

32

33 Vedlegg VEDLEGG: Flytdiagram med tolkningskriterier Mai 2011 Side 31 av 33

34

35 Vedlegg Normal drift Utfør TK Hvilken tilstand har enheten? 1 Ingen tiltak Ingen endring av TK-program Fortsatt drift 2 Ingen tiltak Ingen endring av TK-program Følges opp spesielt ved neste inspeksjon Fortsatt drift 3 Er Utvidet TK nødvendig? Nei Er utbedring nødvendig? Nei Reduser TK-intervallet Ja Utfør utvidet TK Ja Utbedring ved neste anledning Fortsatt drift 4 Utbedring bør gjøres før videre drift Beredskap, evt. driftsstans 5 Reparasjon må gjøres før videre drift Driftsstans Mai 2011 Side 33 av 33

36 ENERGIAKADEMIET EnergiAkademiet er energibransjens arena for kompetanseutvikling og erfaringsutveksling. Vårt mål er å være en foretrukken kurs og konferanseleverandør, en sentral samarbeidspartner i utvikling og gjennomføring av FoU prosjekter, en synlig leverandør av relevante publikasjoner og et naturlig kontaktpunkt ved behov for opplæring for energibransjen. EnergiAkademiet tilbyr kurs og konferanser for energibedriftene. Vårt mål er å dekke de behov våre medlemmer har for faglig oppdatering, erfaringsutveksling og nettverksbygging. BEDRIFTSTILPASSEDE KURS Vi fokuserer på brukervennlige kurs og som et ledd i dette tilbyr vi også å holde skreddersydde kurs hos bedriftene. Våre arrangementer dekker hele verdikjeden, samt støtteområdene HR og økonomi. Våre arrangement er tilpasset både nyutdannede og de mer erfarne og ett av våre fokusområder er tilby kompetansesikring for bedriftens kritiske kjernekompetanse. NETTBUTIKK I vår nettbutikk har vi en stor portefølje bestående av forskrifter, publikasjoner, normer, guider og håndbøker, tilgjengelig for løssalg og abonnementsordninger. Bedriftstilpassede kurs EnergiAkademiet fokuserer på brukervennlige kurs og som et ledd i dette tilbyr vi å holde relevante kurs ute hos bedriftene. Les mer om våre tilbud på vår hjemmeside: Nettbutikk Tekst må komplementeres her Les mer om våre tilbud på vår hjemmeside: EnergiAkademiet Middelthunsgate 27 Postboks 7184, Majorstuen 0307 Oslo Tlf: Faks: post@energinorge.no