Avdekker kabelfeil

  • energi

– Ved å kombinere flere diagnosemetoder er det mulig å avdekke de fleste svakheter som kan føre til havari, sier dr. ing. Sverre Hvidsten hos Sintef Energiforskning. Teknisk Ukeblad møtte Hvidsten på årets Everk-messe på Hamar hvor Sintef Energiforskning viste hvordan de kan foreta feltmålinger på PEX-isolert (kryssbundet polyetylen) kabel for å vurdere aldringstilstanden og dermed anleggets driftssikkerhet.

Stor verdi

Siden 1970 har norske energiverk gravd ned rundt 20.000 km PEX-isolert kabel i 12- og 24 kV-nettet. Disse kablene representerer en investering på over ti milliarder kroner medregnet arbeidskostnader. For å vurdere tilstanden til kablene og dermed driftssikkerheten, hevder han at det er nødvendig med effektive og pålitelige diagnosemetoder.

Dette gjør det mulig for energiverkene å finne ut hvilke kabler som har lang levetid samt å planlegge hvilke av kabelanleggene som må skiftes, rehabiliteres, eller holdes under oppsyn, sier Hvidsten.

Det finnes i dag en rekke forskjellige metoder for ikke-destruktiv diagnose av tilstanden til både kabelisolasjon, skjøter og endeavslutninger. For eksempel er det utviklet en ny metode for å sjekke endeavslutninger for de høye spenningsnivåene (>70 kV) ved å blant annet bruke en antenne og spektrumsanalysator for å detektere om en feil er i ferd med å utvikle seg. Hvidsten tror at det i fremtiden for de høye spenningsnivåene vil komme endeavslutninger og skjøter med innebygd antenne tilpasset et rimelig måleutstyr som kan detektere feil under utvikling.

For PEX-kabel er det vanntrevekst og partielle utladninger som er de viktigste årsakene til degradering av isolasjonen og som dermed fører til redusert levetid. Partielle utladninger kan for eksempel oppstå i hulrom eller i grenseflater mellom ulike materialer. Utladningene i en kabel kan detekteres ved å benytte seg av en teknikk som baserer seg på bølgeforplantning og lokalisering av utladningskilden.

Vanntrær

– Vanntrevekst skyldes en vekselvirkning mellom det elektriske feltet, vann og forurensninger i isolasjonen. Dermed reduseres levetiden, sier Hvidsten. Dette er en langsom prosess som utvikles i alle kjente polymere materiale som brukes til kabelisolasjon.

Selv om driftserfaringene er gode for PEX-kabel, er feilraten økende. I dag er det i gjennomsnitt ca. 0,8 feil pr. 100 km kabel for 12 og 24 kV PEX-kabler. Andelen av feil som skyldes aldring av isolasjonen er økende og er i dag rundt 30 prosent.

Sammen med Institutt for elkraftteknikk ved NTNU har Sintef Energiforskning i en rekke år arbeidet med å utvikle systemer for ikke-destruktiv tilstandskontroll. Med en slik målemetode er det mulig å måle tilstanden uten å skade kabelen.

Investert i utstyr

En metode er å måle partielle utladninger ved å registrere den elektromagnetiske bølgeforplantningen langs kabelen og finne utladningskilden ved å analysere gangtiden for signalene.

– Sammen med flere nettselskap har vi i Sintef Energiforskning investert i slikt utstyr for tilstandskontroll av 12 og 24 kV kabel ute i felten, sier Hvidsten. Dette utstyret brukes på kabler frakoblet nettet, og en måling tar typisk fem timer.

Det finnes også et kommersielt utviklet akustisk utstyr som kan detektere indre partielle utladninger i endeavslutninger for mellomspentkabler i drift. De elektriske utladninger fører til små trykkbølger som kan avlyttes ved hjelp av en mikrofon montert på en isolatorstang som presses mot avslutningen.

For å måle vanntrevekst brukes dielektriske responsmålinger. – Økt vanntrevekst fører til at responsen til kabelisolasjonen øker samt at den blir spenningsavhengig, opplyser Hvidsten. En frisk kabel har ikke en slik spenningsavhengighet. Her er det også forskjellige målemetoder som kan brukes.

Vanntrevekst kan oppstå på grunn av at vann kommer inn i kabelen gjennom hull eller rift i den ytre kappen. For å finne ut om kappen rundt kabelen er vanntett, har Sintef Energiforskning laget en håndbok for kappeprøving av jordkabel. Her finnes en veiledning samt retningslinjer for tolkning av resultatene.

Testet instrumenter

– Vi i Sintef Energiforskning har også gjort en test av fire ulike diagnoseinstrumenter som er tilgjengelige, opplyser Hvidsten. – Undersøkelsen viser at de fleste instrumentene kan gi korrekte resultater for kabler produsert før 1978. Dette er kabler med en ytre halvleder av lakk og bånd. Nyere kabler med strippbar ytre halvleder og PVC-kappe produsert i tidsrommet 1978 til 1985 har derimot vist seg problematisk å diagnostisere korrekt, legger han til.

For å undersøke om kabler med strippbar ytre halvleder kan diagnostiseres korrekt, satte Sintef Energiforskning i gang et prosjekt i fjor sommer i samarbeid med EBL Kompetanse AS, Eidsiva Energi AS samt Elverum Elektrisitetsverk der over 35 km trefasekabel er testet med dielektrisk responsmetoder. Deretter ble åtte utvalgte kabler gravd opp og sendt til analyse til instituttets laboratorium i Trondheim.

Resultatene fra prosjektet viser så langt at det er nødvendig med en god database samt et følsomt utstyr for å kunne diagnostisere denne kabelgruppen korrekt.– De dårligste kablene, altså kabler med vanntrær som vokser tvers gjennom kabelisolasjonen, lar seg avdekke. Men enkelte skjøtetyper kan kamuflere tilstanden til resten av kabelen, og dermed gjøre en sikker tilstandskontroll vanskelig. Dette er en utfordring som det er viktig å løse, sier Hvidsten.