Fortgeschrittene Kabelprüfungen und -diagnose in Aktion: Zustandsbewertung von lange in Betrieb befindlichen Kabeln

Eine effektive Netzkabelwartung ist für die Minimierung von Ausfällen, die Verlängerung der Lebensdauer von Anlagen und die Gewährleistung der Netzzuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. In unserem letzten Blog zu MV-Kabelprüfungen und -diagnose haben wir dargelegt, wie die Nutzung des gesamten Spektrums an Erregerspannungen einen erheblichen Vorteil bei der Prüfung und Diagnose bietet. In diesem Blog stellen wir eine Fallstudie aus der Praxis vor, in der Zustand eines in die Jahre gekommenen Mittelspannungskabels mit Hilfe dieser Methoden bewertet wurde.

Unter Verwendung von DAC, VLF CR/Slope und 0,1 Hz VLF-Sinus-spannungen bewerteten Techniker die Isolationsintegrität und lokalisierten einen kritischen Defekt. Die Ergebnisse zeigen die wichtigsten Unterschiede bei der Erkennungsempfindlichkeit zwischen den Prüfmethoden und unterstreichen die Bedeutung der Auswahl des richtigen Diagnoseansatzes zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit des Kabelsystems.

Tan Delta- und Teilentladungsdiagnose mit drei Spannungsformen

Im Rahmen der Instandhaltungsstrategie dieses Unternehmens wurde eine Zustandsbewertung an einem lange in Betrieb befindlichen Stromkabel durchgeführt. Das geprüfte Kabel war ein 2007 installiertes 12/20 kV XLPE-Kabel mit einer Gesamtlänge von 995 Metern. Die genaue Anzahl und Position der Muffen war nicht bekannt. Für die Bewertung wurde eine auf einem Messwagen montierte Version des TDM4540 mit internem TE-Koppler , als Prüfspannungsquelle verwendet.

Die Bewertung umfasste die Messung des dielektrischen Verlusts (Tan Delta), um den Zustand der Isolierung zu bewerten und eine potenzielle Verschlechterung zu erkennen. Auch eine Teilentladungsprüfung wurde durchgeführt, wobei der gesamte Bereich der Erregerspannungen – DAC, VLF CR/Slope und 0,1 Hz VLF-Sinus – genutzt wurde, um Isolationsdefekte unter verschiedenen Belastungsbedingungen zu identifizieren.

Diese Diagnoseprüfungen liefern wichtige Einblicke in den Alterungsprozess des Kabels und potenzielle Ausfallrisiken. Die Daten unterstützen eine fundierte Wartungsplanung und tragen dazu bei, die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern, Ausfallzeiten zu minimieren und die Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten.

Messung des dielektrischen Verlusts

Die Messung ergab erhöhte dielektrische Verluste über alle Phasen hinweg, wobei die Ergebnisse gemäß IEEE 400.2-2014 Anhang I als kritisch eingestuft wurden und auf die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen hindeuteten. Bemerkenswert ist, dass die Phase L2 im Vergleich zu den anderen beiden Phasen deutlich höhere Verluste aufweist, was auf ein lokales Problem hinweist, z. B. einen Fehler in einer Muffe oder einem Abschluss.

Da die Messung des dielektrischen Verlusts nur eine globale Bewertung des Kabelzustands bietet,

kann das Problem nicht genau lokalisiert werden. Um den Fehler zu lokalisieren, wird entweder eine Teilentladung (TE)-Messung oder eine Prüfung der Spannung empfohlen. Es ist zu beachten,

dass bei einer Spannungsprüfung das Problem nur dann erkannt wird, wenn der Defekt so schwerwiegend ist, dass er während der Prüfung zu einem sofortigen Ausfall führt.

Teilentladungsmessung

Das Versorgungsunternehmen entschied sich für eine TE-Messung am Kabel mit drei Spannungsformen, um die Funktionen des TDM-Geräts voll auszuschöpfen. In der Diagrammreihe 1 werden die TE-Zuordnungen bei Nennspannung Uo für DAC, VLF CR/Slope und 0,1 Hz VLF-Sinus-Spannung gezeigt. Sowohl bei DAC als auch bei VLF CR/Slope wurde ein Fehler in der Phase L2 bei ca. 280 m erkannt, der mit der zuvor beobachteten Anomalie aus der elektrischen Verlustmessung übereinstimmte und auf ein Problem in einer Muffe hindeutete.

Interessanterweise wurde diese Schwachstelle mit der 0,1 Hz VLF-Sinus-Spannung nicht entdeckt, was die Unterschiede in der Empfindlichkeit der einzelnen Prüfmethoden verdeutlicht.

In Diagrammreihe 2 sind die TE-Zuordnungen bei einer Prüfspannung des 1,7-fachen der Nennspannung Uo, der maximalen Standardprüfspannung für TE-Messungen an Mittelspannungskabeln, dargestellt. Wie erwartet stiegen die TE-Konzentration und die TE-Intensität an der lokalisierten Schwachstelle (~280 m) sowohl bei DAC als auch bei VLF CR/Slope im Vergleich zu den Messungen bei Nennspannung an.

Mit der 0,1 Hz VLF-Sinus-Spannung blieb jedoch selbst beim 1,7-fachen der Nennspannung Uo die von DAC und VLF CR/Slope identifizierte Schwachstelle unerkannt, was einen signifikanten Unterschied bezüglich der Erkennungsfähigkeiten zwischen den Prüfmethoden verdeutlicht.

Nach den Ergebnissen der dielektrischen Verlust- und TE-Messungen beschloss das Versorgungsunternehmen, die Schwachstelle bei etwa 280 m zu beheben, die als fehlerhafte Muffe identifiziert wurde. Bei der Zerlegung wurden handwerklich bedingte Probleme entdeckt, insbesondere die unzureichende Verwendung von Montagepaste und Dichtungsband zum Füllen von Hohlräumen, wie auf den Bildern zu sehen ist.

Nach dem Austausch der Muffe wurde eine erneute TE-Messung durchgeführt, die bestätigte, dass die Schwachstelle erfolgreich beseitigt worden war und das Kabel nun in optimalem Zustand ist.

Fazit

In dieser Fallstudie wird die Wirksamkeit der Kombination von dielektrischem Verlust und TE-Messungen zur Identifizierung und Lokalisierung kritischer Kabelprobleme, wie der in diesem Fall entdeckten defekten Muffe, hervorgehoben. Durch den Einsatz von DAC und VLF CR/Slope konnte die Schwachstelle, an der bereits bei Nennspannung Uo TE-Aktivität beobachtet wurde, mit der TE-Messung erfolgreich lokalisiert werden. Das führte schließlich zu der proaktiven Entscheidung, die Muffe auszutauschen, um einem Defekt zuvorzukommen.

Entscheidend ist, dass die 0,1 Hz VLF-Sinus-Spannung diesen kritischen Fehler nicht erkannt hat, , was die Grenzen dieser Methode aufzeigt. Dieser Fall unterstreicht, wie wichtig die Auswahl der richtigen Diagnosewerkzeuge ist, um eine genaue Fehlererkennung zu gewährleisten und die Integrität der Kabelsysteme zu erhalten.

Im nächsten Blog unserer Serie zum Thema MV-Kabelprüfungen und -diagnose werden wir uns eine weitere Fallstudie ansehen, in der gezeigt wird, wie mit Lösungen von Megger, die den gesamten Spannungsbereich nutzen, ein zuvor übersehener Defekt effektiv identifiziert und letztendlich ein größerer Ausfall verhindert werden konnte.