Tilstandskontroll av kabel- og transformatoranlegg. Del 1: Kabel.

Transkript

1 TEKNOLOGI OG METODIKKER Tilstandskontroll av kabel- og transformatoranlegg. Del 1: Kabel. Sverre Hvidsten SINTEF Energi AS 1

2 Innhold Design (12 /24 kv PEX-kabler) Feiltyper Diagnostiske metoder Eksempel Vedlikeholdshåndbøker Oppsummering 2

3 Innhold Design (12 /24 kv PEX-kabler) Feiltyper Diagnostiske metoder Eksempel Vedlikeholdshåndbøker Oppsummering 3

4 Design - kabel En kabel kan bestå av følgende komponenter: leder lederskjerm (indre halvleder) isolasjon isolasjonsskjerm (ytre halvleder) skjerm metallkappe armering (sjøkabel) ytterkappe 4

5 Design - terminering For PEX-kabler benyttes følgende endeavslutninger: Innendørs endeavslutninger Viklet endeavslutning Krympet endeavslutning Prefabrikkert endeavslutning Utendørs endeavslutninger Som innendørs endeavslutninger, men med ekstra skjerm for lengre krypstrømsvei. Pluggbare endeavslutninger gir en fullstendig isolert kabeltilkobling. Enkelte av disse er også godkjent som berøringssikre. 5

6 Design - skjøt Det finnes 3 ulike typer skjøter: vikleskjøt (teipskjøt) krympeskjøt (varm- eller kaldkrymp) prefabrikert skjøt Overgangsskjøt Det finnes i dag to typer overgangsskjøter: Våt skjøt der oljesperren ligger på PEX-kabelenden. Tørr skjøt der oljesperren ligger på massekabelenden. Det er ingen prinsipiell forskjell mellom skjøting av enleder og trelederkabler. 6

7 Innhold Design (12 /24 kv PEX-kabler) Feiltyper Diagnostiske metoder Eksempler Vedlikeholdshåndbøker Oppsummering 7

8 Feiltyper De feiltypene som er mest aktuelle for et kabelanlegg er: partielle utladninger termisk aldring eksterne/mekaniske/tredjeparts skader korrosjon (på Cu-skjermen) varmgang fuktinntrengning vanntrevekst mekanisk slitasje 8

9 Partielle utladninger Partielle utladninger (PD) er lokale elektriske utladninger som kun delvis går over isolasjonsgapet mellom lederne. Dette kan, men trenger ikke skje i nærheten av en leder. Partielle utladninger er en konsekvens av lokalt gjennomslag på grunn av (a) Elektrisk feltforsterkning inni eller på overflaten av isolasjonen, eller (b) I et område med lav dielektrisk holdfasthet PD opptrer som individuelle hendelser av kort varighet og emisjon av lys, lyd, varme og elektromagnetiske pulser 9

10 Partielle utladninger forts. Mange av feilene som oppstår i forbindelse med kabelanlegg skyldes feil håndtering ved terminering av kablene. Spesielt har bruk av kniv for å fjerne den strippbare ytre halvlederen forårsaket mange feil. PEX-kabler testes med hensyn på PD fra fabrikk. Kravene er meget strenge; ved større utladninger enn 5 pc skal kabelen refuseres. PEX-isolasjonen ikke tåler elektriske utladninger over tid. Et knivkutt vil danne et hulrom i PEXoverflaten, som vil føre til elektriske utladninger og redusert levetid. 10

11 Termisk aldring - varmgang Varmgang i lederhylsene har skapt mye problemer. Skjøtehylsene gir ikke nok elektrisk kontakt. Typisk oppstod det termiske problemer ved ca halv belastning; kun for 240 mm 2 aluminiumsleder. Det viste seg at for noen kabelårganger var aluminiums lederen glødet for dette leder kvadratet. Den elektriske kontakten ble for dårlig. Ser fortsatt problemer med varmgang i den årlige norske feilstatistikken. 11

12 Vanntrevekst Vanntrevekst kan opptre fra ytre halvleder (ventilerte vanntrær fra ytre halvleder), fra indre halvleder (ventilerte vanntrær fra indre halvleder) eller fullstendig innesluttet i PEX-isolasjonen fra et eller annet initieringspunkt (bow-tie trær). For at vanntrevekst skal kunne oppstå må man (som et minimum) ha elektrisk felt og fuktighet samtidig til stede i kabelkonstruksjonen. De eldste kablene er dampvulkaniserte. Dette etterlot høye fuktighetsnivåer i PEX-isolasjonen. Vann i leder er svært alvorlig mht levetiden til kablene. Langsom mekanisme: tid til feil år (betydelig kortere ved vann i leder: 5-10 år). 12

13 Innhold Design (12 /24 kv PEX-kabler) Feiltyper Tilstandskontrollmetoder Eksempler Vedlikeholdshåndbøker Oppsummering 13

14 Tilstandskontrollmetoder De viktigste tilstandskontrollmetodene (både inspeksjoner og direkte målinger) som kan benyttes for overvåking og diagnostisering av tilstand til PEX-kabelanlegg: visuell inspeksjon termografering kappetest (DC spenning "megging") isolasjonsmotstand (DC spenning "megging") spenningsprøve (normert test) måling av partielle utladninger måling av dielektrisk respons (frekvensdomene eller tidsdomene) 14

15 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. 15

16 Innhold Design (12 /24 kv PEX-kabler) Feiltyper Tilstandskontrollmetoder Eksempler Vedlikeholdshåndbøker Oppsummering 16

17 Eksempel - endeavslutning Havari av en 24 kv PEX kabel endeavslutning etter 1 års drift Det ble benyttet et verktøy for å fjerne ytre halvleder som hadde en relativ rett kant. Halvlederavtaket ble derfor relativt "bratt". Det ble også funnet spor / sår i PEX - overflaten som følge av montasjen nær halvlederavtaket. Dette er et kritisk område som er svært følsom for eventuelle dannelser av hulrom som et slikt sår / spor kan ha medført. 17

18 Eksempel Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting Akustisk PDmåling 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 18

19 Eksempel Tilstandskontroll ble gjennomført for et større antall endeavslutninger som ble montert på samme tid. Det ble benyttet en akustisk metode. Det ble detektert (store) utladninger i 20% av endeavslutningene. Kalibrering? Tåler PEX-materialet utladninger? 19

20 Innhold Design (12 /24 kv PEX-kabler) Feiltyper Tilstandskontrollmetoder Eksempler Vedlikeholdshåndbøker Oppsummering 20

21 IEEE "guides"og håndbøker 1. IEEE Guide for Field Testing and Evaluation of the Insulation of Shielded Power Cable Systems Rated 5 kv and Above, IEEE P400/D15 2. IEEE Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low frequency (VLF), IEEE P400.2/D11 3. IEEE Guide for Field-Testing of Shielded Power Cable Systems Rated 5 kv and Above with Damped Alternating Current Voltage (DAC), IEEE P400.4/D3 4. IEEE Guide for Partial Discharge Testing of Shielded Power Cable Systems in a Field Environment, IEEE P EnergiNorge - Energiakademiet: "Tilstandskontroll av kraftnett. HÅNDBOK PEX- KABELANLEGG", mai EnergiNorge Energiakademiet: " Tilstandskontroll av kraftnett. HÅNDBOK MASSEKABELANLEGG", mai

22 Innhold Design (12 /24 kv PEX-kabler) Feiltyper Tilstandskontrollmetoder Eksempler Vedlikeholdshåndbøker Oppsummering 22

23 Oppsummering Tilstandskontrollmetodene som beskrives i IEEE Guides og i håndbøkene 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 (for eksempel PEX-kabler produsert før 1979 er mest utsatt for feil) og kritikalitet. Fastlegging av tilstandskontrollprogram bør skje etter en helhetlig risikovurdering. 23

24 Takk for oppmerksomheten spørsmål? 24