EnergiNorge Vedlikeholdsforum 26. 27. september 2011 Rica Nidelven Tilstandskontrollhåndbøker for massekabel - og PEX - kabelanlegg Sverre Hvidsten SINTEF Energi AS Sverre.Hvidsten@sintef.no Teknologi for et bedre samfunn 1
Innledning Tilstandskontroll av kraftnett - Håndbok for PEX-kabelanlegg / Håndbok for massekabelanlegg 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) Håndboka omfatter hovedsakelig mellomspenningskabler, dvs. kabler med systemspenning < 22 kv. Teknologi for et bedre samfunn 2
Innledning Enheter som blir beskrevet: Kabel Skjøt Overgangsskjøt PEX-masse Endeavslutning Enhetene blir beskrevet i egne kapitler med følgende delkapitler: Komponentbeskrivelse Skadetyper Tilstandskontrollmetoder Tilstandskontrollprogram Teknologi for et bedre samfunn 3
Komponentbeskrivelse Kapitlet beskriver den aktuelle enhetens oppbygging, virkemåte og primære funksjoner. Beskrivelsen vinkles ut fra et vedlikeholds perspektiv, altså 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. Teknologi for et bedre samfunn 4
Skadetyper De skadetypene som er mest aktuelle for et kabelanlegg er: PEX-kabelanlegg: partielle utladninger termisk aldring eksterne/mekaniske/tredjeparts skader korrosjon (på Cu-skjermen) varmgang fuktinntrengning vanntrevekst mekanisk slitasje Massekabelanlegg: partielle utladninger termisk aldring eksterne/mekaniske/tredjeparts skader korrosjon av blykappe varmgang fuktinntrengning uttørking lysbue, evt overslag/gjennomslag ved kontaktsvikt/utglidning/ringkontakt Teknologi for et bedre samfunn 5
Tilstandskontrollmetoder Beskrivelse de viktigste tilstandskontrollmetodene (både inspeksjoner og direkte målinger) som kan benyttes for overvåking og diagnostisering av enhetens tilstand : Metoder mest aktuelle for et PEXkabelanlegg er: visuell inspeksjon måling av partielle utladninger spenningsprøve (normert test) kappetest isolasjonsmåling (megging) termografering måling av dielektrisk respons (frekvensdomene eller tidsdomene) Metoder mest aktuelle for et massekabelanlegg er: visuell inspeksjon måling av partielle utladninger spenningsprøve kappetest isolasjonsmåling (megging) Teknologi for et bedre samfunn 6
Tilstandskontrollprogram Normal drift Kapitlet inneholder et veiledende tilstandskontrollprogram. Utfør TK Det presiseres at de tidsintervallene som gjengis i tilknytning til Hvilken tilstandskontrollprogrammene har er gruppens anbefalinger, og at det i gitte tilfeller kan enheten? være gode grunner for enten Ingen å tiltak øke eller redusere intervallene. 1 2 Ingen endring av TK-program Dette er en beslutning som Følges opp må spesielt tas ved neste Fortsatt drift av det enkelte nettselskap, men vi mener de inspeksjon anbefalte intervallene bør være en god rettesnor. 3 Ingen endring av TK-program Er Utvidet TK nødvendig? Ingen tiltak Er utbedring nødvendig? Vedlegg Flytdiagram med Utfør utvidet tolkningskriterier TK Ja Nei Ja Nei Reduser TK-intervallet Utbedring ved neste anledning Fortsatt drift Fortsatt drift 4 Utbedring bør gjøres før videre drift Beredskap, evt. driftsstans 5 Reparasjon må gjøres før videre drift Driftsstans Teknologi for et bedre samfunn 7
Tilstandskontrollprogram PEX-kabelanlegg (anbefalt) 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. Teknologi for et bedre samfunn 8
Tilstandskontrollprogram massekabelanlegg (anbefalt) Komponent TK-metode Tidsintervall Kabel Visuell inspeksjon På steder der man kan forvente bevegelse (f.eks. overgang vei/bro): Årlig. Kontroll av håndtering av kabel i forbindelse med gravearbeid. Kabel Måling av partielle utladninger Ved spesielle forhold eller anledninger (f.eks. utstyr lett tilgjengelig, etter feil). Kabel Spenningsprøve Etter reparasjon av feil (for å avdekke mulige følgefeil). Hvis mistanke om dårlig kabel. Kabel Kabel Måling av tilstand på papiret og fuktighet i massen Kappetest (kun aktuelt for kabel med ytre PEkappe) I forbindelse med feil og mistanke om fuktighet, samt ved innskjøting av ny kabel. Etter arbeid på eller i nærheten av kabelen. Kritiske kabler: Gjør testen ved mulighet. Skjøt Måling av partielle utladninger Ved spesielle forhold eller anledninger (f.eks. utstyr lett tilgjengelig, etter feil). Skjøt Spenningsprøve Etter reparasjon av feil. Hvis mistanke om dårlig skjøt (følgefeil). Skjøt Isolasjonsmåling (megging) Etter reparasjon av feil. Hvis mistanke om dårlig skjøt (følgefeil). Overgangsskjøt Måling av partielle utladninger Ved spesielle forhold eller anledninger (f.eks. utstyr lett tilgjengelig, etter feil). Overgangsskjøt Spenningsprøve Etter reparasjon av feil. Hvis mistanke om dårlig overgangsskjøt (følgefeil). Overgangsskjøt Isolasjonsmåling Etter reparasjon av feil. Hvis mistanke om dårlig overgangsskjøt (følgefeil). Endeavslutning Visuell inspeksjon 5 år (ref. REN-blad). Endeavslutning Endeavslutning Akustisk måling av partielle (indre) utladninger Deteksjon av utvendig glimming ved hjelp av mikrofon Ved mistanke om utladningsaktivitet. Ved mistanke om utvendig glimming. Endeavslutning Termografering Ved observert misfarging. Avhengig av kritikalitet, typisk hvert 5 år. Teknologi for et bedre samfunn 9
EKSEMPLER Teknologi for et bedre samfunn 10
Eksempel -1- Vanntrevekst i PEX-kabler a) b) a) Vanntrevekst i kabler fra 80-årene og b) 70 - årene Teknologi for et bedre samfunn 11
Eksempel -1- forts. Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder Påvisning 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 Vanntrevekst i kabel som har hatt vann i leder (korroderte Al kordeller). Teknologi for et bedre samfunn 12
Eksempel -1- forts. 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) 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 10-3. Kabel med ekstrudert ytre halvleder: tan > 2 x 10-4. Tydelig målbar ulinearitet. 4 Kritisk vanntrevekst. Økende tan under målingen. Kabel med ekstrudert ytre halvleder: Tydelig økende tapsfaktor ved økende spenning; overgang til lekkstrøm; hysterese; tan 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 Teknologi for et bedre samfunn 13
Eksempel -1- forts. Tapsfaktor målt for en 250 m lang 12 kv PEX kabel produsert i 1975 (ingen skjøter) Teknologi for et bedre samfunn 14
Eksempel -2- Delutladninger (PD) i massekabelskjøt Spor etter utladninger i en massekabelskjøt trolig oppstått på grunn av hulrom mellom det ytterste olje-papir laget og laget med olje/voks på utsiden (manglende masse). Teknologi for et bedre samfunn 15
Eksempel -2- forts. Årsaker Aldring Manglende olje/masse Mekanisk påkjenning (graving, løfting, bevegelse, termomekanisk) Feilmontasje Konstruksjonsfeil (spesielt krympeskjøt 12 kv) Kontaktbrudd Mulige konsekvenser Gjennomslag Tilstandskontrollmetoder PD-måling Påvisning Høyt PD-nivå TK-metode Karakter Kriterier for karaktersetting PD-måling 1 Lite PD-aktivitet (massekabler har alltid litt PD) 2 PD < 500 pc 3 PD < 5000 pc 4 PD > 5000 pc 5 Havari under testen Teknologi for et bedre samfunn 16
Utladninger(pC) Tilstandskontroll-håndbøker for massekabel - og PEX - kabelanlegg Utladninger (pc) Eksempel -2- forts. Delutladninger (PD) i massekabelskjøt a) b) 11 kv 1276 m lang kabel målt 1-11-2000 22,500 20,000 17,500 15,000 12,500 10,000 7,500 5,000 2,500 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Posisjoner langs kabelen (m) 22500 20000 17500 15000 12500 10000 7500 5000 2500 0 11 kv 1276 m lang kabel målt 29-01-2001 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Posisjoner langs kabelen (m) a) 1276 meter lang massekabel, utladninger detektert ved ca 500 meter. b) Skjøten ble erstattet med ny og utladningene forsvant (lokaliseringsmetode). Teknologi for et bedre samfunn 17
Eksempel -2- forts. I massekabler (og overgangsskjøter) vil det finnes partielle utladninger i deler av isolasjonen uten at dette i utgangspunktet er alvorlig for kabelens levetid. Det er imidlertid et problem at lite er publisert med hensyn til når partielle utladninger blir farlige for en massekabels levetid; er 500 pc eller 50.000 pc alvorlig? Det er ikke faste utladningsstørrelser nevnt i normene. Dersom et visst nivå på de partielle elektriske utladningene er registrert, må man vurdere dette fra gang til gang både med hensyn til størrelse og lokalisering (trend). På sikt vil det kunne etableres databaser som kan gjøre tolkningen lettere. Teknologi for et bedre samfunn 18
Sluttkommentarer 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 (for eksempel PEX-kabler produsert før 1979 er mest utsatt for feil) og kritikalitet. Fastlegging av tilstandskontrollprogram bør skje etter en helhetlig risikovurdering. Teknologi for et bedre samfunn 19
Teknologi for et bedre samfunn Teknologi for et bedre samfunn 20