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Forschungsgemeinschaftfür Elektrische Anlagenund Stromwirtschaft e.V.

Fehlergeschehen im Kabelnetz

Assetmanagement von Kabelnetzen -AnforderungenFehlergeschehen nach VDEW-StatistikenKabel-und Garniturenkonstruktionen –AuswirkungenErgebnisse des FGH-ForschungsvorhabensZustandsdiagnose von KabelnetzenMontagefehler von GarniturenZusammenfassung

Dr.-Ing. Karl-Heinz Weck

1 Weck – Fehlergeschehen im Kabelnetz – Kabelseminar Hannover, 10./11. Oktober 2006

Asset-Management von Kabelnetzen Asset

Höchstspannung 220 kV und 380 kV52 km Kabelsystem, 0,14% der LeitungslängenBeschaffungswert abhängig von Verlegeart, Stadt oder Industrieversorgung, Wert ca. 0,8 Milliarden €

Hochspannung 110 kV5.000 km Kabelsystem, 6,5% der LeitungslängenWert ca 250.000,- € pro km 1,3 Millarden €

Mittelspannung 10 kV bis 30 kV300.000 km Kabelsystem, 63% der LeistungslängenWert ca. 75.000,- € pro km 23 Milliarden €

Niederspannung 400 Vca. 850.000 km Kabelsystem, 90% der LeistungslängenWert ca. 60.000,- € pro km 51 Milliarden €

Asset: ca. 76 Milliarden €


Asset-Management von Kabelnetzen Aufgabe

Werterhaltung des Kabelnetzes(76 Milliarden €)

Instandhaltungs-und

Ersatzmaßnahmen

Fehlergeschehen undReparaturkosten

akzeptabel

Versorgungszuverlässigkeitgewährleistet

Entstör-management


Fehlerraten in KabelnetzenAuswertung des VDEW-Schadens-und StörungsstatistikIn Mittelspannung

10-kV- und 20-kV-Netze Fehlerraten etwa gleich

Im HochspannungsnetzFehlerraten um Faktor 3 kleiner als in Mittelspannung

Fehlerraten über die Jahre konstant

Alter der fehlerbehafteten Kabel nicht berücksichtigtGarniturenfehler und Kabel-fehler nicht getrennt

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

Fehl

erra

te in

1/1

00 k

ma

10 kV 20 kV

PapiermassePE/VPE

Fehl

erat

ein

1/1

00km

a

0

1

2

3

4

1994 1995 1996 1997 1998

Jahr

10/20 kV 110 kV

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Zustand der Kabelanlagen heute

VDEW: Auswertezeitraum 1994 bis 1998


Fehlergeschehen maßgeblich durch Kabel oder Freileitungen bestimmt

Große Auswirkung ansteigender Fehlerraten auf die Versorgungs-zuverlässigkeit

Geringe Auswirkung eines Anstiegs der Fehlerraten in Schaltanlagen und Netzstationen

Rangfolge für das AssetmanagementBeurteilung der Kabelanlagen wegen Bedeutung für Zahl der Versorgungsunterbrechungen vordringlichBeurteilung der Schaltanlagen wegen Anzahl der nicht versorgten Kunden (nicht zeitgerecht gelieferte Energie) folgend

10 Ortsnetzstationen pro Abgang

Fehlerrate: 0,01/Jahr

10 km Kabel pro AbgangFehlerrate: 0,3/Jahr

Abgang Fehlerrate:0,006 pro Jahr

Durchschnitts-Schaltanlage2 EinspeisefelderMess-/Kuppelfeld2 Sammelschienen mit je 3 Abgängen

Schäden nach Schadensursache Beispiel Kabelgarnituren


Anteil der Komponententypen am Fehlergeschehen

582

1595 23

15

3413

25 1755

6763

2432

45

5068

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Anz

ahl d

er S

töru

ngen

10 kV 20 kVSpannungsebene

Station/AnlageFreileitungKabel und MuffenEndverschlußSonstige

(Quelle: VDEW, 3-Jahres-Mittelwerte 1995 bis 1997)

Im Kabelnetz:

Zahl der Störungen=

Zahl der Schäden


Schäden nach Schadensursache – Beispiel Kabel

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50Sc

hade

nsra

te [1

/100

km

/a]

10-kV, Massekabel

20-kV, Massekabel

10-kV, Kunststo

ffkabel

20-kV, Kunststo

ffkabel

Rest

Minderung der elektrischenEigenschaften(Alterung,Abnutzung)

Minderung der mechanischenEigenschaften(Alterung,Abnutzung)

Betrieb und Instandhaltung

Keine erkannte Schadensursache



Schäden nach Schadensursache Beispiel Kabelgarnituren


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

Sch

aden

srat

e [1

/100

Stü

ck/a

] bzw

. [1

/100

Sät

ze/a

]

10-kV, Masse

kabel, Muffen

20-kV, Masse

kabel, Muffen

10-kV, Kunstst

offkabel, M

uffen

20-kV, Kunststoffka

bel, Muffen

10-kV, Massekabel, Endversch

lüsse

20-kV, Masse

kabel, Endversch

lüsse

10-kV, Kunstst

offkabel, E

ndverschlüsse

20-kV, Kunstst

offkabel, E

ndverschlüsse

Rest

Minderung der elektrischenEigenschaften(Alterung,Abnutzung)Minderung der mechanischenEigenschaften(Alterung,Abnutzung)Betrieb und Instandhaltung

Keine erkannte Schadensursache

Aussagekraft derVDEW-Statistikenbegrenzt


Fehlergeschehen in Kabelnetzen Technik des Kabelnetzes

Papierkabel

Beispiel:110-kV-Gasinnendruckkabel

Kabel in der Regel Dreileiterkabel

Höchstspannung: NiederdruckölHochspannung: Niederdrucköl

GasaußendruckGasinnendruck

Mittelspannung: Papiermasse mitBleimantel N(E)KBANAKLEY-Kabel mit Aluminiummantel

Niederspannung: Gürtelkabel

Kunststoffkabel

Beispiel:110-kV-VPE-Kabel

Kabel in der RegelEinleiterkabel

Höchstspannung: VPE-KabelHochspannung: PE- und VPE-KabelMittelspannung: PE/VPE mit PVC-Mantel

VPE mit PE-MantelPVC-Kabel

Niederspannung: PVC-Kabel

Für jeden Kabeltyp angepasste Ausführungen von Endverschlüssen und MuffenBei gemischten Kabelstrecken in Mittelspannung: Übergangsmuffen


PapiermassekabelBauarten

Papiermasse-IsolationPapierwickelMassegetränkt

AderschirmungAluminiumbandErdschirm, Kupfer bei HöchstädterkabelnBleimantel bei Drei-bleimantelkabeln

MantelBleimantel bei HöchstädterkabelnKunststoff bei Dreibleimantelkabeln

Leiter, Kupfer oder Aluminium

Papiermasse-Isolation

Aderschirmung

FüllmaterialMantel


IsolationBis 1972: PVC1967 - 1972: PEab 1972: VPE

Äußere Leitschichtbis ca. 1980 graphitiertab 1980 extrudiert

Schirmbereich50% ohne Maßnahmen50% mit Längswasser-dichtigkeit

Mantelbis 1983: PVCab 1983: HD-PE

Isolation

Innere Leitschicht,extrudiert

Leiter, Kupfer oder Aluminium

Äußere Leitschicht

KupferschirmMantel

KunststoffkabelBauarten


PapiermassekabelEndverschlüsse

Masse-EndverschlüssePapierwickel bleibt bis zum Kabelschuh bestehenFeldsteuerung nur durch das MassevolumenEinfacher Aufbau, kostengünstig

ZusatzvorteilGlasbehälter ermöglicht MassekontrolleNachfüllung von Masse, falls erforderlich


Massegefüllte Muffe für Papiermassekabel

Bis etwa 1980 nahezu ausschließlich verwendet

Aufschiebmuffe für VPE-KabelAufbau wie zwei EndverschlüsseSpannungsfestigkeit durch vorgefertigten Silikonkörper

Übergangsmuffe Verbindung VPE-PapiermasseLinks (VPE)Rechts Trockenmuffe für Papiermasse

Dazu Muffen in Warm- und Kaltschrumpftechnik verschiedenster Ausführung

Papiermasse- oder KunsststoffkabelMuffen - Beispiele


Das Kabelnetz besteht ausKabeln unterschiedlicher Art

Grob unterteilt in Papiermassekabel und Kunststoffkabel

Muffen unterschiedlicher ArtNass- und Trockenmuffen für PapiermassekabelAufschieb- und Schrumpfmuffen für Kunststoffkabel

Endverschlüsse unterschiedlichster ArtBauarten ähnlich denen der Muffen

Elemente des Kabelnetzes haben unterschiedliches AlterAlter der Kabel wird pauschal zwischen 0 und 80 Jahren benannt

Folgerung:Gleichbehandlung ohne Beachtung der Unterschiede nicht ausreichend aussagefähig

Eingehendere Untersuchungen des Fehlergeschehens erforderlich

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Zukünftige Anforderungen


Bis 2000: Geringe Kabellängen älter

40 Jahre

Ab 2010: Betroffene Kabellängen merklich ansteigend

40 Jahre

0

500

1000

1500

2000

2500

Alter in Jahren

Syst

emlä

nge

in k

m

VPE-Kabel Papiermassekabel

0 10 20 30 40 50 0

500

1000

1500

2000

2500

Verlegejahr

Syst

emlä

nge

in k

m

VPE-Kabel Papiermassekabel

2000 1990 1980 1970 1960 1950

12 Mengengerüst der Mittelspannungskabel

Gekennzeichnet durch 2 Maxima

1: Jahre des Netzausbaus

Bei allen Betriebsmitteln für das Nieder-Mittel- und Hochspannungsnetz ähnlich

2: Rückbau des Freileitungsnetzes

Besonderheit des Kabelnetzes

Maximum fehlt bei anderen Betriebs-mitteln

Problem Alter der KabelnetzeMengengerüst der Verlegejahre

Ergebnisse des FGH/AiF-Forschungsvorhabens„Assetmanagement von Verteilungsnetzen“

Auswertungen von 6 beteiligten Netzbetreibern

Erwartete Lebensdauer früher 40 Jahre

Alterstruktur von Kabelnetzen Problemstellung


Zusammensetzung des KabelnetzesKabel unterschiedlichsten Typs, teilweise innerhalb einer StreckeMuffen unterschiedlichsten TypEndverschlüsse verschiedenster Bauart

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Zustand der Mittelspannungs-Kabelanlagen heute

65,1

21,013,9

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

Kabel Muffen Endver-schlüsse

Fehl

eran

teil

in %

Aber:Kabel sind für das Fehler-geschehen maßgebend

Ergebnisse des FGH-Projekts „Assetmanagement“Gefördert durch AiF

Auswertung von 1776 Fehlern auf 5400 km VPE-Kabel und 9750 km Papiermassekabel


FehlerursachenHauptfehlerursachen sind

Fremde EinwirkungMinderung Elektrischer Eigenschaften

Andere Fehlerursachen vernachlässigbar

Unbekannt in VDEW-Statistik bedeutet „Nicht untersucht“

Darstellung berücksichtigt nicht Kabelalter

63,6

38

0 2,6

59,4

36,4

0

10

20

30

40

50

60

70

VPE Papiermasse

Ante

il i

n %

Fremde EinwirkungMinderung elektr. EigenschaftenAndere

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Zustand der Mittelspannungs-Kabel heute


Ergebnisse des FGH-Projekts „Assetmanagement“Gefördert durch AiF

Fehler gesamt

012345678

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Betriebszeit bis Fehler in Jahren

Fehl

er p

ro 1

00 k

m u

nd J

ahr

Gesamt-Fehlerrate wenig aussagefähig

Fehler nach Ursache

012345678

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50Betriebszeit bis Fehler in Jahren

Fehl

er p

ro 1

00 k

m u

nd J

ahr

Elektrische Fehler Fremde Einwirkungen

Trennung von elektrischen Fehlern und fremden Ein-wirkungen erforderlich

jedoch nicht ausreichend

Trennung nach Kabeltypen liefert erforderliche Infor-mation

Papier-Masse etwa mit dreifacher Fehlerrate wiemoderne VPE-Kabel

Elektrische Fehler

0

1

2

3

4

5

6

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50Betriebszeit bis Fehler in Jahren

Fehl

er p

ro 1

00 k

m u

nd J

ahr

VPE neu VPE alt Papier-Masse



Neue VPE-Kabel mit Fer-tigung nach 1985 erfordern keine Maßnahmen

PE/VPE Kabel mit Fertigung zwischen 1970 und 1985 sind bekannt auffällig

Papiermassekabel haben konstant bleibende Fehler-raten

Aber:Nach Vor-Ort-Spannungsprüfungmit 2U0 an 84 km Kabel 3 Folge-fehlerFehlerrate 3,6 pro 100 kma


Fehler nach Ursache

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 50-55Betriebszeit bis Fehler in Jahren

Fehl

er p

ro 1

00 k

m u

nd J

ahr

Elektrische Fehler Fremde Einwirkungen

Ergebnis durch Betriebserfahrungbestätig

Bei Bauarbeiten in Gebiet mit alten PapiermassekabelnHohe Zahl von mechanischen Beschädigungen derKabelHohe Zahl von Folgefehlern durch Erdschlussüber-spannung


Anteil elektrischer Fehler bei PE-Kabeln besonders ausgeprägt

Baujahre um 1970 betroffenAlterung durch Wasserbäumchen

Anteil elektrischer Fehler bei PVC-Kabeln etwas höher als bei neuen VPE-Kabeln

Alle PVC-Kabel in 10 kV

Alle Ergebnisse betreffen das kompensierte Netz der öffentlichen Versorgung

Anteil elektrischer Schäden

0

20

40

60

80

100

VPE neu VPE alt PE Masse PVC

Anteile elektrischer Fehler am AusfallgeschehenErste Ergebnisse des AiF-Projekts

%


14


Zeitorientierte (periodische) InstandhaltungFür Kabelnetze nicht anwendbar

Ereignis-/Ausfall-orientierte InstandhaltungIn Nieder-, Mittel und Hochspannungsnetzen heute gewählte StrategieStrategie:

Bei Einzelfehlern Reparatur der FehlerstelleBei Serienfehlern auf einer Kabelstrecke Auswechslung der StreckeBei Serienfehlern auf mehreren Kabelstrecken Ersatz aller Strecken dieses Typs?

Zustandsorientierte InstandhaltungIm Höchstspannungsnetz (380 kV) durchgeführt

Periodische Ermittlung des Zustands durch Diagnosemessungen an Garnituren

Im Mittelspannungsnetz zukünftig erforderlich?Stark ansteigende Systemlängen hohen Alters

Asset-Management von Kabelnetzen Instandhaltungsstrategien


0

5

10

15

20

25

30U

d/U

o

5

11,9

21,7 22,7 22,5

1 2 3 4 5Production 1977PVC jacket13 years servicegraphite outer layer

Production 1985Standard cablePE jacketRef. chapter 3.110 years service

Production 1984PVC jackettriple extruded11 years service

Production 1985Longitudinal waterblocking systemPE jacketRef. chapter 3.110 years service

New cableHD 620before long-time aging

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Fehlergeschehen – Zeichen des Zustands neuer VPE-Kabel


Fehlergeschehen an neuen VPE-KabelnFehlerrisiko klein und nicht mit dem Alter ansteigendUngewöhnliche Fehlerereignisse nicht bekanntBeobachtung in den nächsten 20 Jahren nicht erforderlich

Aus Fehlergeschehen drei Gruppen von Kabeln zu beobachten:Papiermasselkabel älter als 40 Jahre

Bis 2010 in Deutschland etwa 80.000 km System betroffenAnstieg der Fehlerraten nach Erdschlüssen möglich

VPE/PE-Kabel mit Herstellungsjahr vor 1985Etwa 24.000 km in Deutschland noch in Betrieb

PVC-Kabel und anfällige Papiermassekabel (NAKLEY) Bereits nahezu vollständig ausgewechseltNur in Ausnahmefällen, z. B. in Kraftwerken, Ersatzmaßnahmen erforderlich

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Fehlergeschehen – Zeichen des Zustands


Messverfahren hoch entwickeltWeitgehende Unterdrückung von StörsignalenOrtung durch Laufzeitverfahren

Für Kunststoffkabel hoch geeignetVerlege- und MontagekontrolleZulässige TE-Pegel für die Ent-scheidungsfindung vorhanden

Im Höchstspannungsanlagen unentbehrlich

In Hochspannungsanlagen zu empfehlenAufwand unter 1% der Anlagenkosten

Im Mittelspannungsnetz kosten-aufwendig

Gute Montage ist günstiger

Grundpegel

Störungen

Teilent-ladung

Zustandsbestimmung von Kabelnetzen Kabeldiagnose durch Teilentladungsmessung

Phasenbezogene TE-Messung ermöglichtTrennung von Trennung von Mess- undStörimpulsen

Zusätzlich digitale Filterung von Störern mit konstanter Frequenz (Sender) möglich

Stochastische Störungen z. B. durch IGBT-Umrichter problematisch


Forschungsprojekt der FGH gefördert durch AiFResonanzprüfverfahren ausgewähltPrüfung von Kabeladern mit 1 U0 Betriebsspannung und 2 U0(Erdschlussüberspannung)

Verlustfaktormessung durch Messung der Wirk- und Scheinleistung

- Problem Erdungsverhältnisse der Kabelanlagen im Betrieb- Strommessung auf Potential erforderlich- Messunsicherheit auf tg δ = 0,005 geschätzt

Teilentladungsmessung und –ortung- Problem Grundstörpegel abhängig von angeschlossenen

Verbraucheranlagen

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelVor-Ort-Untersuchungen der FGH


Ergebnisumfang

Ergebnisse von etwa 120 Kabelstrecken liegen vorLängen zwischen 150 m und 2500 m, etwa 700 m im DurchschnittGeprüfte Systemlänge etwa 84 km

Fehlergeschehen während oder nach Messungen117 Kabelstrecken ohne Fehler1 Kabelfehler bei Spannungssteigerung von 1 U0 auf 2 U01 Kabelfehler bei Wiederzuschalten nach Prüfung1 Kabelfehler nach 2 Monaten weiterem Betrieb

Fehlerrate nach Prüfung 3,6 pro 100 km und JahrHöher als im Normalbetrieb ohne Prüfung

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelVor-Ort-Untersuchungen - Ergebnisse


Grundstörpegel in allen Leitern gleich

Abhängig von Station

Grundstörpegel statistisch verteilt

90%-Wert 240 pCFrühere Untersu-chungen bestätigtDurch aufwendige Maßnahmen Verbes-serung möglich

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Störpegel in pC

Häu

figke

it in

%

Häufigkeitsverteilung des TE-Störpegelsdurch Verbraucher im Netz

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelUntersuchungsergebnisse – Grundstörpegel


TE-Intensität bei Betriebsspannung klein

Häufigkeitsverteilung verfälscht

Kleine Intensitäten fehlen, wenn Grundstörpegel hochKorrekturverfahren erforderlich:

50%-Wert etwa 60 pC90%-Wert etwa 300 pC

Häufigkeitsverteilung der TE-Intensitäten größer Grundstörpegel bei Prüfspannung 1 U0

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelUntersuchungsergebnisse – TE-Intensitäten

0102030405060708090

100

1 10 100 1000 10000

TE-Intensität in pC

Häu

figke

it in

%


TE-Intensität bei Erd-schlussüberspannungdeutlich höher

Häufigkeitsverteilung wenig verfälscht

Korrekturverfahren ergeben:

50%-Wert ca. 200 pC90%-Wert ca. 2000 pC

TE-OrtungKabel, Muffen und Endverschlüsse etwa gleich beteiligt

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000 10000

TE-Intensität in PC

Häu

figke

it in

%

Häufigkeitsverteilung der TE-Intensitäten größer Grundstörpegel bei Prüfspannung 2 U0

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelUntersuchungsergebnisse – TE-Intensitäten


Häufigkeitsverteilung der TE-Intensitäten von gealterten Papiermassekabeln bei Prüfspannung 1U0

Eignung für gealterte Papiermasse-kabel?

Einwandfreie Kabelanlagen haben bei Betriebsspannung geringe TEJedoch Kabel mit hohen TE-Werten ohne Fehler in BetriebZulässiger TE-Pegel noch nicht ermittelt

Eignung für wasserbaum-gealterte PE/VPE-Kabel

TE tritt erst nach Umschlag des Wasserbäumchen in elektrisches Bäumchen aufGeringe TE deutet auf noch nicht erfolgten UmschlagNach Umschlag erfolgt Durchschlag einige Jahre späterNach Messung erfolgreicher Betrieb von wenigen Jahren voraussagbar

0102030405060708090

100

1 10 100 1000 10000

TE-Intensität in pC

Häu

figke

it in

%Zustandsbestimmung von Kabelnetzen Kabeldiagnose durch Teilentladungsmessung


Verlustfaktormessung anPapiermassekabelnWahl der Prüfspannung

Nach Werelius, Programma AB

0,001

0,01

0,1

1

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Cable H17, ph.2Tanδ

Frequency [Hz]

A 11 kV Paper Insulated Power Cable

Frequenz in Hz

Verlu

stfa

ktor

tgδ

SteigenderWassergehalt

SteigendePolarisationsverluste

0,1-Hz-WechselspannungGeeignet zur Bestimmung des WassergehaltsAber Änderung der Span-nungsaufteilung besonders in Garnituren möglich

ResonanzprüfanlageFrequenzen 20 Hz bis 150 Hz

Geeignet zur Bestimmung der Polarisationsverluste

Betriebliche Spannungs-aufteilung

Zustandsbestimmung von Kabelnetzen Kabeldiagnose durch Verlustfaktormessung


Verlustfaktoren mit Prüf-frequenz ansteigend

Polarisationsverluste (Siehe Folie 5)Bei niedrigen Frequen-zenAbhängigkeit von der Spannung feststellbar

Verlustfaktoren in der Regel unter 0,01

Deutlich unter dem betrieblich kritischen Wert von etwa 0,1Wassergehalt vernachlässigbar

0,001

0,01

0,1

25 35 45 55 65 75 85 95Prüffrequenz in Hz

Tan δ

Uo1,5Uo2Uo

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelUntersuchungsergebnisse - Verlustfaktor

Verlustfaktor in Abhängigkeit von der Prüffrequenz


Fehler 1: Kabel NEKBA 20 kV, Herstellungsjahr 1964Prüfablauf: Verlustfaktormessung bei 1 U0, 1,5 U0 und 2 U0 mit

Werten deutlich unter 0,01TE-Messung bei 1 U0 , TE-Intensität 80 pCDurchschlag bei Spannungssteigerung

Schadensursache Bleikorrosion (Bleifraß), lokales Wassereindringen durch integrale Verlustfaktormessung nicht detektierbar

Fehler 2: Kabel NAKLEY 20 kV, Herstellungsjahr unbekannt Prüfablauf: Verlustfaktormessung bei 1 U0, 1,5 U0 und 2 U0 mit

Werten deutlich unter 0,01TE-Messung bei 1 U0, 1,5 U0 und 2 U0, TE-Intensität kleiner 1000 pC (Grundstörpegel)Durchschlag bei Wiederzuschaltung

Schadensursache nicht bekannt, Strecke bisher unauffällig

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelUntersuchungsergebnisse – Kabelfehler


Fehler 3: Kabel NKBA 10 kV, Herstellungsjahr 1959Prüfablauf: Verlustfaktormessung bei 1 U0, 1,5 U0 und 2 U0 mit

Werten deutlich unter 0,01;TE-Messung bei 1 U0, 1,5 U0 und 2 U0, TE-Intensität kleiner 1000 pC (TE erzeugt durch benachbarten Endverschluss mit äußeren Entladungen);

Durchschlag nach etwa 2 Monaten BetriebSchadensursache nicht bekannt, Strecke bereits früher auffällig

• FolgerungenWeder Verlustfaktor noch TE-Intensitäten haben bevorstehenden Kabelfehler vorhersagen könnenEindeutige Beurteilungskriterien stehen noch aus

Papierisolierte Mittelspannungs-KabelUntersuchungsergebnisse – Kabelfehler


VPE-Kabel – Fertigung 1970-1985Alterung durch Wasserbäumchen

Alterung durch Ausbildung von WasserbäumchenBedingung leitfähiges Wasser im Bereich elektrischer FeldstärkeBildung von Leitfähigkeit durch Verunreinigungen besonders in Leitschichten

Massive Ausfälle bei Kabel aus den Fertigungsjahren 1972-1985

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 3 6 9 12 15

Kabelalter in a

Fehl

erra

te in

1/K

abel

stre

cke*

a

Fertigungsjahr 1975,ErdschlußbedingungenFertigungsjahr 1975,NormalbedingungenKabelstatistik


Um 1980 von Herstellern, EVU und FGH entwickelt

VerfahrenEntnahme von 3 Proben a 15 m aus dem NetzErmittlung der Durchschlag-spannung mit dem vereinbarten Prüfverfahren (Bild)Feststellung der Länge von Wasserbäumchen

Beurteilung aus ErfahrungDurchschlag bei 3 U0 bis 4 U0Auswechslung empfohlen

Bis heute einziges Verfahren zur Längenbestimmung

Verfahren aufwendig und nicht zerstörungsfrei

VPE-Kabel – Fertigung 1970-1985Zustandsbestimmung durch FGH-Stufentest

Zeit

Prüf

wec

hsel

span

nung

2U0mitTE

3U0 1h

Stufen 1U0, 5min Bis Durchschlag

4U0 15min


Zerstörungsfreie Verfahren, z.B.IRC-AnalyseWiederkehrspannungVerlustfaktor bei 0,1 Hz

Einsatz für gealterte PE/VPE- und Papiermassekabel

Verfahren diagnostizieren Wasser-gehalt der Isolierung

Nachteil der integralen Messung der Kabelstrecke

Verfahren treffen Aussage über den mittleren WassergehaltVerfahren ungeeignet zur Detektierung örtlich begrenzter Alterung nicht möglich

Selektivität um 75% erreicht

0102030405060708090

100

IRC-Analyse Wiederkehrspannung tan δ 0,1 Hz

Sele

ktiv

ität i

n %

0102030405060708090

100

IRC-Analyse Wiederkehrspannung tan δ 0,1 Hz

Sele

ktiv

ität i

n %

Selektivität = Verhältniskorrekt diagnostizierte Strecken

geprüfte Strecken

Rot: Ursprüngliches KriteriumGelb: Angepasstes Kriterium

Zustandsbestimmung von Kabelnetzen Zerstörungsfreie Kabeldiagnoseverfahren


Verlegungsfehler des Kabels durch Mantelprüfung aufdeckbar

Montagefehler von GarniturenNur durch Hochspannungsprüfung mit TE-Messung aufdeckbar

Konstruktionsprinzipien von Muffen für VPE-Kabel

Verlegung der elektrischen Beanspruchung in vorgefertigte TeileBeispiel NKT-MuffeNotwendige Kontaktgabe

Feldsteuerung (1) mit ErdeFeldsteuerung (2) mit Hochspannung, hier durch Fehler

Montagefehler, da hier wegen zu geringem Abstand Kabelschuh zu VPE-Isolierung nicht genügend groß

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Montagefehler

1

2 3


Montagefehler verursacht durch ungewöhnliche Geometrie

Beispiel Warmschrumpfmuffe Sigmaform

Potentialsteuerschlauch (oben) als elektrisch wichtigstes TeilKontaktgabe zum Verbinder durch hochpermeables Band (unten)VPE-Kabel 10 kV, ´verdichteter Leiter 300 mm2 AlDurchmesser des Verbinders um 5 mm größer als der der IsolierungMontageanweisung, dass Wickel-durchmesser nicht größer als VPE-Durchmesser nicht einhaltbarEntstehung von Hohlräumen unter Steuerschlauch

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Montagefehler


Fehlergeschehen an KabelnFehlerraten der Kabelnetze durch hohe Werte bestimmter Kabeltypen bestimmt

Wasserbaumgealterte VPE/PE-Kabel mit Fertigung vor 1985Gealterte Papiermassekabel mit Alter über 50 Jahre

Moderne VPE-Kabel mit Fertigung nach heutiger Normung unauffällig

Zustandsorientierte Instandhaltung von KabelnetzenIn den kommenden Jahren aufgrund groß werdender Systemlängen mithohem Alter erforderlichVerfahren vorhanden, geeignete Bewertungskriterien jedoch noch zu entwickeln

Montagefehler an GarniturenGarniturentechnik wegen Nutzung vorgefertigter Teile zuverlässigFehlerquellen vorhanden, stetige Schulung des Montagepersonals nötig

Besondere Aufmerksamkeit bei Übergangsmuffen erforderlichAnforderungen an Dichtheit und Feldsteuerung zu beachten

Fehlergeschehen in Kabelnetzen Zusammenfassung

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