Fachtagung Mittelspannung , Essen. Effiziente Kabeldiagnose bei annähernder Betriebsfrequenz mit 50Hz Slope Daniel Götz

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1 Fachtagung Mittelspannung , Essen Effiziente Kabeldiagnose bei annähernder Betriebsfrequenz mit 50Hz Slope Daniel Götz

2 Inhalt Prüfung und Diagnose Kombiniertes Prüf- und Diagnosesystem TDS und dessen Funktionsweise Geeignete Spannungsformen für TE-Diagnose Wichtige Parameter der TE-Diagnose Entscheidungsfindung zur Kritikalität einer TE-Fehlstelle Einfluss der Frequenz der Testspannung Praxisbeispiele Zusammenfassung

3 Wieso Prüfung und Diagnose? Energiewirtschafts gesetz VDE VDE 0276 BGV A3 Lokalisierung Schwachstellen Zustand Kabel Qualitätssicherung Evaluierung Fehler Sicherheit des Betriebs der Kabelanlage Assetstrategie für das Kabel

4 Prüfung und TE-Diagnose TE Diagnose zerstörungsfrei kurze Einwirkdauer der Spannung Charakteristische Parameter sollten vergleichbar zur denen bei Netzfrequenz sein. Lokalisierung der Defekte Prüfung bestanden / nicht bestanden als Prüfergebnis Prüfung mit ausreichender Belastung

5 Erzeugung CR - Slope Slope = Polaritätswechsel +U -U nc - + W S R L C S C C Kabel 1ms 5ms +U -U nc - + W S R L C S C C Kabel 5sec +U -U nc - + W S R L C S C C Kabel 5sec

6 Erzeugung DAC (gedämpfte Wechselspannung) +U -U nc - + W S R L C S C C Kabel Schalter (S) bleibt geschlossen Resonanzkreis (R, L, C S, C Kabel ) erzeugt gedämpfte Wechselspannung 5sec Hz Schwingfrequenz ist durch die Eigenschaften des Resonanzkreises bestimmt gleiche Frequenz bei DAC und CR am gleichem Testobjekt

7 Geeignete Spannungsformen für TE-Diagnose continuous AC sinusoidal Damped AC Cosine rectangular 0.1 Hz 50 Hz Hz 0.1 Hz Hz Hz Grundwelle Slope / Polaritätswechsel

8 Wichtige Parameter der TE-Diagnose TE Einsetzspannung (PDIV) TE Pegel (pc bei Uo) TE Aussetzspannung (PDEV) TE Pattern Als TE-Einsetzspannung wird die Spannung bezeichnet, bei der die Teilentladung starten aktiv zu werden. Die Höhe der Teilentladung wird nach IEC60270 bewertet und in der Einheit pico Columb angegeben. Entscheidend zur Bewertung der Kritikalität ist die Entladungshöhe bei Nennspanng. Als Aussetzspannung wird die Spannung bezeichnet bei der die Teilentladungen wieder verlöschen. Der Phasenbezug von Teilentladungen kann Aufschluss auf die Art der Fehlstelle geben. Betriebserfahrung

9 Handlungsempf.

10 Einfluss der Frequenz der Testspannung (1) TE und Diel. Messungen an betriebsgealterten Kabelmuffen*: TE-Einsetz und Aussetzspannung bei unterschiedlichen Frequenzen 10 kv 5 kv * Muffen in Kaltschrumpftechnik Quelle: Frank Mauseth NTNU, presented at Cigre Paris 2014.

11 Einfluss der Frequenz der Testspannung (2) Zustandsbeurteilung von Mittelspannungskabelmuffen (Warmschrumpftechnik): Die Ergebnisse zeigen, dass bei Frequenzen kleiner 50Hz die fehlerhaften Muffen erst in einem fortgeschrittenen Alterungszustand erkannt werden. Ohne Alterung Alle Muffen TE frei 136 Stunden Alterung Bei Frequenzen < 50 Hz keine TE messbar 256 Stunden Alterung Unterschiede bei der TE Erkennung Quelle: Condition Assessment of Wind Farm Medium Voltage Cable Joints, Hans Lavoll Halvorson, NTNU, June 2012.

12 Praxisbeispiele (1) Kabeldaten: 6/10kV Reines Papierkabel 300m Vergleichbare Ergebnisse bei 50 Hz-Slope und DAC Begründung: Schwingfrequenz DAC und 50 Hz-Slope sind gleich. Zündeigenschaften der TE Fehlstellen sind vergleichbar.

13 Praxisbeispiele (2) Kabeldaten: 12/20kV PE/XLPE 390m DAC TE-Diagnose bis 1.7Uo TE Schwachstelle in L3, Einsetzspannung (PDIV) leicht oberhalb Uo.

14 Praxisbeispiele (2) PDIV > 1.7Uo Fehlstelle detektiert auf L3 bei DAC Diagnose Kabeldaten: 12/20kV PE/XLPE 390m PDIV > 1.7Uo PDIV > 1.7Uo VLF CR Prüfung mit begleitender 50 Hz Slope Diagnose bei 3Uo Zusätzliche Schwachstelle in der Isolierung bei 270m festgestellt. TE Pegel ist höher als bei DAC (wegen höherer Prüfspannung)

15 Praxisbeispiele (2) Befund der Fehlstelle bei 120m: Ausbildung eines Electrical Trees

16 Praxisbeispiele (3) Muffen- = position Kabeldaten: 12/20kV PE/XLPE 650m DAC TE-Diagnose bis 1.7Uo TE Schwachstelle bei 210m, Einsetzspannung leicht oberhalb Uo.

17 Praxisbeispiele (3) Anschließend wurde das Kabel nach der DAC Diagnose 3-phasig geprüft. 3Uo VLF CR mit begleitender 50 Hz Slope TE- Diagnose. Muffen- = position Die Muffe bei 265m war auch bei 3Uo TE-Frei.

18 Praxisbeispiele (4) Kabeldaten: 12/20kV VPE 278m Erdschlusswischer auf Phase L3 Messung mit 50Hz-Slope bis 1.1Uo möglich; Durchschlag bei Spannungen U > 1.1Uo.

19 Praxisbeispiele (4)

20 Zusammenfassung Inbetriebnahmeprüfungen mit TE Diagnose gewinnen an Popularität Neuverlegte Kabelsysteme sollten teilentladungsfrei sein für Utest <= 1.7Uo* * Utest <= 2.0Uo ist möglich; je nach Angaben der Garnituren-Hersteller Feldtest zeigen TE-Freiheit der Garnituren bis 3Uo möglich bei VLF CR Prüfung mit begleitender TE-Diagnose Erschwerte Zustandsbewertung von TE-Fehlstellen bei Prüf-/ Diagnosespannungen von 0,1Hz 10Hz durch Einflussnahme auf die TE- Einsetzspannung DAC und VLF CR (50Hz Slope) zeigen vergleichbare Ergebnisse