Schätzung und Verlängerung der Lebensdauer von Elektrokabeln

Die Verwendung von Elektrokabeln ist für die Bauausführung eines Landes von größter Bedeutung. Afrika hat seinen Anteil am Wachstum in der Elektrokabelindustrie erfahren, seit es seinen Elektrizitätssektor und andere verwandte Infrastrukturen weiter ausbaut.

Nach Madhurendu Bajpai von CMI Limited Als Hersteller von Elektrokabeln in Indien ist das Wachstum der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen auch einer der Hauptfaktoren, die zum Wachstum von Elektrokabeln und -drähten in Afrika beigetragen haben.

Die Isolationseigenschaften von Stromkabeln verschlechtern sich jedoch mit der Zeit, und zu einem bestimmten Zeitpunkt der Lebensdauer kann das Kabel die Leistungsanforderungen nicht erfüllen und es kommt zu wiederholten Ausfällen.

Die Lebensdauer (EOL) hängt vom Kabeltyp, der Installation und den Betriebsbedingungen des Kabels ab und variiert von Installation zu Installation. Die Lebensdauer des Kabels kann in den meisten Fällen je nach Zustand des Kabels verlängert werden.

Die Lebensdauer eines Stromkabels hängt von seiner Fähigkeit ab, den Nennstrom sicher bei der Nennspannung ohne übermäßige Verluste oder Ausfälle zu führen. Ein Kabelfehler ist ein Durchschlag der den Leiter umgebenden Isolierung und ein anschließender Stromverlust zur Erde oder zwischen den Leitern. Der Isolationsdurchschlag kann insgesamt sein, was zu einem hohen Fehlerstrom und zu einem Leckstrom führt.

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Kabelfehler

Laut Frau Tortigue von Cablerie Daumesnil Ein unabhängiges Unternehmen, das sich auf den Verkauf von Elektrokabeln und -drähten an Großhändler in Frankreich, minderwertige Qualität der Komponenten wie Kupfer und Aluminium und Vandalismus, insbesondere aufgrund von Kupfer, spezialisiert hat, kann zu Kabelausfällen führen. Dies sind jedoch Phänomene, die vermieden werden können, indem man wachsam ist und dafür sorgt, dass geeignete Rechtsvorschriften erlassen werden, um dasselbe zu vermeiden.

Auf der technischen Seite fallen Mittelspannungskabel aufgrund eines Phänomens aus, das Wasserbäume genannt wird. Wasserbäume können von der Innenseite des Kabels nach außen, von der Außenseite des Kabels nach innen oder von Defekten innerhalb der Isolierung wachsen. Während sie wachsen, sehen sie aus wie Bäume oder Büsche. Wasserbäume wachsen, bis sie die Spannungsbeanspruchung nicht mehr aushalten können und ein elektrischer Baum entsteht. Sobald sich ein elektrischer Baum gebildet hat, fällt das Kabel normalerweise innerhalb von zwei Wochen aus.

Ein Versagen tritt auf, wenn Teilentladungen die Wand des Hohlraums, in dem sie auftreten, erodieren. Die Erosion jeder Entladung in einem Hohlraum erhöht die Größe des Hohlraums und verringert so die Anfangs- und Löschspannungen der Teilentladung für diesen Hohlraum. Diese Selbstbeschleunigung bedeutet, dass ein bei Betriebsspannungen auftretender PD wahrscheinlich zu einem schnellen Ausfall führt.

Kabelüberwachung und -prüfung

Überwachung und Prüfung sind unerlässlich, um die Lebenserwartung von Stromkabeln zu bestimmen. Die beiden häufigsten Methoden zur Prüfung des Isolationszustands von Kabeln sind die Teilentladungs- (PD) und die Tan-Delta-Prüfung (TD). Teilentladungen können an Hohlräumen, Spalten und ähnlichen Defekten in Mittel- und Hochspannungskabelsystemen auftreten. Wenn die Teilentladung fortgesetzt werden darf, wird die Isolation abgetragen, wobei normalerweise ein baumförmiges Alterungsmuster (elektrischer Baum) entsteht, das schließlich zu einem vollständigen Ausfall des Kabels oder des Zubehörs führt. TD-Tests können das Vorhandensein von PD-Pfaden im Kabel aufdecken.

Daten, die durch PD- und TD-Tests und -Überwachung gewonnen wurden, können wichtige Informationen zur Qualität der Isolierung und deren Auswirkungen auf den Zustand des Kabelsystems liefern. Durch Erkennen und Verfolgen von PD und TD ist es möglich, die Entwicklung im Zeitverlauf zu beobachten, um strategische Entscheidungen hinsichtlich der Reparatur oder des Austauschs des Kabels zu unterstützen.

In einem reinen Kondensator liegt der Strom um 90 ° vor der Spannung. Die Isolierung verhält sich in einem reinen Zustand ähnlich. Wenn sich die Isolierung jedoch verschlechtert hat, hat der Strom, der durch die Isolierung fließt, auch eine Widerstandskomponente. Dadurch beträgt der Stromwinkel weniger als 90 °. Dieser Unterschied im Winkel wird als Verlustwinkel bezeichnet. Die Tangente des Winkels gibt uns einen Hinweis auf den Zustand der Isolierung. Ein höherer Wert für den Verlustwinkel zeigt einen hohen Verschmutzungsgrad der Isolierung an.

Das Kabel, dessen Isolation geprüft werden soll, wird zuerst abgeklemmt und isoliert. Die Prüfspannung wird von der sehr niederfrequenten Stromquelle angelegt und der TD-Controller nimmt die Messungen vor. Die Prüfspannung wird schrittweise bis zur Nennspannung des Kabels erhöht.

Die Messwerte werden in einem Diagramm gegen die angelegte Spannung aufgetragen und der Trend wird untersucht. Gesunde Isolierung würde eine gerade Linie erzeugen. Ein ansteigender Trend weist auf eine schwache Isolation hin, die fehlschlagen kann, wenn die Prüfspannung über die Nennspannung des Kabels erhöht wird.

Verlängerung der Kabellebensdauer

Die Injektionstechnologie, die auch als Verjüngung der Kabelisolierung bezeichnet wird, ist eine bewährte Option für den Kabelaustausch. Bei der Kabelinjektionstechnologie wird ein diffusives, wasserreaktives Material in den Leiter eines vergrabenen Stromkabels injiziert, das mit festen dielektrischen Materialien isoliert ist.

Sobald sich die Flüssigkeit im Kabel befindet, diffundiert sie in die Isolierung des Kabels und verbindet sich chemisch mit dem darin enthaltenen Wassergehalt. Dieser Prozess verzögert das Wachstum von Wasserbäumen, die die Hauptursache für Kabelausfälle in gealterten festen dielektrischen Kabeln sind, und erhöht gleichzeitig die Durchschlagfestigkeit der Gesamtisolation.

Das auf Silizium basierende Fluid wird unter Druck durch die Zwischenräume der Leiterstränge injiziert. Die Eigenschaften der Injektionsflüssigkeit bewirken eine Oligomerisierung mit Wassermolekülen im Wasserbaum. Die resultierenden größeren Moleküle füllen den Hohlraum und reparieren die dielektrischen Eigenschaften.

Behandelte Kabel weisen Langzeitüberlebensraten auf, die denen neuer Kabel gleichwertig sind. Bei Anwendungskosten in der Größenordnung von einem Drittel bis der Hälfte der Kosten für den Kabelaustausch ist es nicht verwunderlich, dass die Injektionstechnologie einen bemerkenswerten Markterfolg erzielt hat. Der größte Teil dieses Marktwachstums war jedoch auf Mittelspannungsverteilungskabel beschränkt.

Feste dielektrische Kabel, die Leistung bei Spannungen über 46 kV übertragen, weisen ähnliche Konstruktionsdetails wie Verteilungskabel auf. Es bleiben jedoch Fragen hinsichtlich der potenziellen Wirksamkeit der Injektionstechnologie angesichts der erhöhten Isolationsdicke, die durch die höheren Spannungen erforderlich ist.