Mantelprüfung mit BAUR
Die Mantelfehlerortung ist erforderlich, damit Schäden am Kabel und Ausfälle verhindert werden können. Zum Instandhaltungsprozess eines Kabelnetzes gehört es, Mantelfehler frühzeitig zu erkennen, diese zu lokalisieren und zu beheben, um Schlimmeres zu vermeiden. Dies erfolgt erstens durch eine Mantelprüfung, eine darauf folgende Fehlervorortung mittels Brückenverfahren nach Murray und Glaser und anschließender Mantelfehlernachortung. Diese Verfahren werden vom automatischen BAUR Kabelmantelprüf- und Fehlerortungsgerät shirla unterstützt.
Kabelmantelfehler mittels Prüfung erkennen
Zu den häufigen Auslösern von Kabelfehlern gehören Schäden am Außenmantel von Kabeln. Dabei handelt es sich fast immer um Schäden, die ein Eindringen von Wasser ermöglichen und so über die Zeit die Qualität des Isolationsmaterials reduzieren bis zu dessen vollständiger Zerstörung.
Insbesondere bei den Mittel- und Hochspannungskabeln begünstigen solche Manteldefekte außerdem das Wachstum von Wasserbäumchen (Water Trees), die ebenso zu einem Ausfall des Kabels führen. Im Rahmen einer diagnostischen Zustandserhaltung ist es unerlässlich, Mantelfehler zu beheben, da eine aufwendige Diagnose relativ nutzlos ist, solange durch Mantelschäden vorhandene Schwachstellen weiterwachsen können.
Bei einer Mantelprüfung wird über einen Zeitraum von einer Minute eine Prüfspannung von bis zu 10 kV an den Kabelschirm angelegt und dabei der Ableitstrom gegen Erde gemessen. Wichtig ist es dabei, für die gesamte Messung den Kabelschirm an beiden Enden von der Erdung zu trennen, da sonst der Prüfstrom den Weg direkt zur Erdung nehmen würde und der eigentliche Fehler kurzgeschlossen wird. Die gemessenen Ableitströme unterscheiden sich je nach Material und Alterung des Außenmantels, der Länge des Kabels sowie der Anzahl der Muffen. Es ist also eine gewisse Kenntnis des Kabels und Erfahrung erforderlich. Ein potenzielles Problem besteht, sobald der Ableitstrom vom μA in den mA Bereich wechselt oder sich z. B. während der Prüfung sprunghaft erhöht.
Mantelfehlervorortung
Wurde bei der Prüfung ein erhöhter Ableitstrom, der auf einen Mantelfehler hindeutet, festgestellt, sollte der Fehler schnellstmöglich behoben werden. Zur Lokalisierung von Mantelfehlern oder erdfühligen Fehlern ist die Reflexionsmesstechnik ungeeignet, da bei solchen Fehlerarten das Erdreich keinen brauchbaren Rückleiter darstellt.
Zur Vorortung eines Mantelfehlers eignen sich vor allem Brückenmessmethoden. Sie basieren auf der Verhältnismethode, bei welcher der Widerstand vor und hinter einer Fehlerstelle ermittelt und ins Verhältnis gesetzt werden. Diese Vorortung erfolgt mit Gleichspannung an der freigeschalteten, vom Netz getrennten Kabelstrecke.
Die BAUR shirla ermöglicht Brückenmessungen nach dem Murray- oder nach dem Glaser-Prinzip. Beide Prinzipien basieren auf der Wheatstone-Brückenschaltung, bei der zwei Punkte in der Messschaltung auf dasselbe Potenzial abgeglichen werden, sodass eine zwischen diesen Punkten angeschlossene Messeinrichtung (früher ein Galvanometer) keinen Strom anzeigt. Die Brückenschaltung befindet sich dann im Gleichgewicht.
Die Messungen selbst werden vollautomatisch von der BAUR shirla durchgeführt. Der Anwender muss lediglich die maximale Spannung, die Länge, Material und Querschnitte bekannter Sektionen eingeben und die Prüfleitungen an das Prüfobjekt anschließen. Nach beendeter Messung wird die Fehlerentfernung auf dem Display als Distanz angegeben.
shirla
Portables Gerät zur Mantelprüfung
Mantelfehlernachortung
Die beschriebene Vorortung ergibt die Entfernung zum Fehler. Da ein Kabel im Untergrund aber niemals gerade verläuft, ist die Fehlerposition immer nur ungefähr bekannt. Selbst bei einer messtechnischen Vorortungsgenauigkeit von 0,1 % und besser liegt die zu erwartende Differenz zur echten geografischen Position bei bis zu ±10 %. Das könnte bei einen 1 km langen Kabel eine mögliche Fehlerposition in einem Bereich von 200 Metern bedeuten.
Die Nachortung dient dazu, diese Ungenauigkeit messtechnisch zu eliminieren und erforderliche Grabungen auf ein Minimum zu reduzieren. Dazu wird eine getaktete Gleichspannung in den fehlerhaften Schirm eingespeist und die Spannung dann mit einem speziellen Voltmeter mittels Erdspießen als Messelektroden vor Ort gemessen. Die Taktung dient zur besseren Erkennung des Signals, eliminiert aber auch Störungen durch galvanische Effekte oder andere Spannungen im Erdreich.
Das Nachortungssystem protrac® dient unter anderem zur punktgenauen Nachortung von Kabel und Kabelmantelfehlern. Durch die Verwendung modernster Technologien ist die genaue Lokalisierung der Fehlerposition mit protrac® besonders schnell und präzise. Das innovative zweistufige Signalverarbeitungskonzept ermöglicht eine sehr hohe Empfindlichkeit, Genauigkeit und maximale Unterdrückung von Nebengeräuschen.
Bei der Nachortung mit dem protrac® dienen die Schrittspannungssonden (SVP) in Verbindung mit der Bedieneinheit CU und einer Hochspannungsquelle zur Ortung von Kabelmantelfehlern.
Das Prinzip der Nachortung ist einfach: der Ausschlag des Voltmeters zum Fehler hin und die gemessene Spannung steigt bei Annäherung zum Fehler immer weiter an. Kurz vor Erreichen der Fehlerstelle steigt die Spannung stark an und fällt dann auf null, sobald die Erdspieße symmetrisch auf beiden Seiten des Fehlers stecken. Damit ist auch die genaue Position des Mantelfehlers lokalisiert.
protrac® Set Schrittspannung
Mantelfehlersuche mit Schrittspannung
Fallbeispiel HGÜ-Kabel
Die Mantelfehlerortung mit Messbrücke eignet sich für ganz unterschiedliche Kabel. Sogar Kabel mit mehreren Hundert Kilometern Länge lassen sich messen. So geschehen an der 450-kV-NorNed HGÜ-Verbindung zwischen Norwegen und den Niederlanden.
Auf der 580 km langen Kabelstrecke ließ sich mithilfe eines BAUR Geräts und der Brückenmessung nach Murray ein Mantelfehler erfolgreich lokalisieren!
Etwa auf der Höhe von Esbjerg wurde der Mantelfehler eingemessen. Die relativ genaue Vorortung des Fehlers auf dem 580 km langen Seekabel vereinfachte und beschleunigte die Nachortung des Fehlers.
