TE-Messung an Kabelanlagen zur Aufdeckung von Fehlern an inneren Grenzflächen

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1 ETG-Fachtagung Grenzflächen in elektrischen Isoliersystemen 2005 Synchrone Mehrstellen-TE TE-Messung an Kabelanlagen zur Aufdeckung von Fehlern an inneren Grenzflächen Dipl.-Ing. T. Kumm Dipl.-Ing. E. Zinburg Dipl.-Ing. K. Rethmeier Prof. Dr.-Ing. W. Kalkner Technische Universität Berlin GEW Rheinenergie Folie 1

2 Übersicht Fehler an inneren Grenzflächen TE-Fehlerortung in Kabelanlagen Prinzip einer synchronen Mehrstellen-TE- Messung Messtechnik / Software Vor-Ort-Erprobung Zusammenfassung Folie 2

3 Fehler an inneren Grenzflächen Kabel mit Öl-Papier-Isolierung (spez. Gasaußendruckkabel) Leiter Imprägniertes Isolierpapier Tränkmittel (in den Fugen) Folie 3

4 Fehler an inneren Grenzflächen Kabel mit Öl-Papier-Isolierung (spez. Gasaußendruckkabel) Bereich mit Tränkmittelverarmung Leiter Imprägniertes Isolierpapier Tränkmittel (in den Fugen) Tränkmittelverarmung (-> Hohlraumbildung, ε r =1) => Alterungserscheinung (Lebensdauerreduzierung) von TE begleitet Folie 3

5 TE-Fehler in Kabelanlagen In Kabelanlagen können Teilentladungen (TE) auftreten, die die Betriebsicherheit gefährden Musterbildende Verfahren können den Fehlertyp ermitteln TE-Impulse breiten sich zu beiden Seiten aus und werden an den Kabelenden reflektiert Zeitliche Auswertung der Reflexionen von Einzelimpulsen lassen auf den Fehlerort schließen Reflektierte Impulse werden mit wachsender Kabellänge stark gedämpft Folie 4

6 Ortung von TE-Fehlern x l GAD-Kabel Messsystem 1 Messsystem 2 Ortung ohne Messsystem 2 t 1/2 = (2l 2x)/v p x = l - t 1/2 v p /2 Ortung mit Messsystem 2 t 1 /2 = (l 2x)/v p x = l/2 - t 1/2 v p /2 Folie 5

7 Synchrone Mehrstellen-TE-Messung Vorteil Doppelte messbare Kabellänge Doppelte Empfindlichkeit (SNR) Problem Synchronisation der Messdaten von autarken Messsystemen => Trägersignal in Synchronisationsphase Folie 6

8 Synchronisationsprinzip Phase 1 (Testphase) Phase 2 (Synchronisationsphase) NF (z.b. 0,1Hz) TTL (0...5V) oder Sinus 10V pp Phase 3 t M1 q TE1 AC (HS) l Kabel t M2 q TE2 AC (HS) M1_1 t M1 q Sync t M2 q Sync M2_1 2 Systeme mit je 2 Stationen Messsystem 1 Messsystem 2 Folie 7

9 Messtechnik Synchrone Triggerimpulse Extern triggerbare Kalibratoren liefern zeitnahes Ausgangssignal Zeitdifferenz ist Kabellaufzeit Folie 8

10 Messtechnik Streuung der Impulserfassung Normierter Zeitunterschied zweier Stationen MPD540 [µs] 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00-0,01-0,02-0,03-0, max. 30ns (systembedingt) Ortungsgenauigkeit ~5m Folie 9

11 Software des MPD 540 Sync-Impuls Visualisierung der TE-Impulse (phasenbezogen) Folie 10

12 Software Gemeinsame Zeitbasis T1_1 (Tsync) q1_alt T1_2 q2_alt T2_1 q1_neu T2_2 q2_neu T2_1_neu T2_2_neu Laufzeit [µs] 1, ,27E-10 2, ,16E-10 0, ,30E-10 0, ,76E-10 1, , ,300 2, ,17E-10 3, ,12E-10 1, ,60E-10 1, ,99E-10 2, , ,300 3, ,13E-10 4, ,19E-10 2, ,48E-10 2, ,02E-10 3, , ,300 4, ,22E-10 5, ,23E-10 3, ,32E-10 3, ,85E-10 4, , ,300 5, ,25E-10 8, ,20E-10 4, ,11E-10 4, ,21E-10 5, , ,300 6, ,16E-10 10, ,18E-10 5, ,80E-10 7, ,27E-10 6, , ,300 7, ,16E-10 12, ,15E-10 6, ,05E-10 9, ,32E-10 7, , ,300 8, ,20E-10 13, ,15E-10 7, ,35E-10 10, ,05E-10 8, , ,300 9, ,21E-10 15, ,26E-10 8, ,65E-10 11, ,04E-10 9, , ,300 10, ,19E-10 16, ,20E-10 9, ,27E-10 12, ,80E-10 10, , ,300 11, ,18E-10 17, ,21E-10 10, ,56E-10 14, ,23E-10 11, , ,300 12, ,15E-10 20, ,28E-10 11, ,01E-10 15, ,37E-10 12, , ,300 13, ,15E-10 21, ,15E-10 12, ,36E-10 16, ,98E-10 13, , ,300 14, ,22E-10 23, ,08E-10 13, ,63E-10 19, ,80E-10 14, , ,300 15, ,29E-10 24, ,15E-10 14, ,55E-10 20, ,22E-10 15, , ,300 16, ,22E-10 25, ,20E-10 15, ,73E-10 22, ,86E-10 16, , ,300 17, ,20E-10 26, ,29E-10 16, ,04E-10 23, ,85E-10 17, , ,300 18, ,18E-10 28, ,23E-10 17, ,02E-10 24, ,99E-10 18, , ,300 System 1 ist Referenzsystem, Zeiten des 2. Systems werden berichtigt (lineare Approximation) Sync-Impulse sind gleichzeitig bis auf konstante Kabellaufzeit Folie11

13 Software Funktionsprinzip Zuordnung von Impulspaaren Bereinigung der Liste Folie 12

14 Visualisierung (Ladung über Fehlerort) 0,0E+00 Fehlerortung -2,0E-09-4,0E-09 Ladung [C] -6,0E-09-8,0E-09-1,0E-08-1,2E-08-1,4E Ort [m] Folie 13

15 Vor-Ort-Erprobung 30-kV-Mischkabelstrecke (20% Kunststoff-, 80% Massekabel) Ring aus einem ehem. Doppelsystem -> beide Kabelenden in einem UW ca. 50m entfernt Kabellänge ca. 9,4km Folie 14

16 Ein-System-Messung 1 l Kabel L1 Station 1 Lichtwellenleiter ca. 50m Station 2 USB-Box PC + Software MPD Kalibratorsignal (künstlicher Fehler bei l KAbel =0m) Folie 15

17 Ergebnisse Ein-System-Messung Störimpuls 10nC eingespeist bei 0m Störimpuls 10nC eingespeist bei ca. 9400m 14 Ladung [nc] x=30m x=9,7km σ=14m σ=9m Ortungsgenauigkeit: etwa 0,15% (etwa 15m) 2 Ortungsgenauigkeit: etwa 0,15% (etwa 15m) Fehlerort [m] Folie 16

18 Ergebnisse Zwei-System-Messung stochastisches Störsignal bei 0m in Testphase Ladung [nc] Ortungsgenauigkeit: 0,3% Fehlerort [m] Folie 17

19 Zusammenfassung MPD540 ermöglicht 1-System-Zweistellen-Messung mit guter Ortungsgenauigkeit Verfahren online-tauglich LWL-Verlegung über mehrere Kilometer möglich, aber unter Vor- Ort-Bedingungen problematisch 2x MPD540 ermöglicht 2-System-Zweistellen-Messung mit vergleichbarer Ortungsgenauigkeit Keine aufwendige Verlegung von LWL nötig Synchronisation mittels Trägersignal in Sync-Phase Verfahren (noch) nicht online-tauglich Folie 18