Analyse von Kabelfehlern

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Als Stromkabel, die verschiedene elektrische Geräte miteinander verbinden und elektrische Energie übertragen sowie verteilen, werden sie aufgrund ihrer Sicherheit, des geringen Wartungsaufwands, der hohen Stabilität sowie der Verbesserung der Qualität der elektrischen Energie immer häufiger eingesetzt. Derzeit machen die durch Stromkabel verursachten Störungen einen erheblichen Anteil an allen Stromversorgungsstörungen aus. Wie man schnell und genau den Ort des Defekts bestimmt sowie die Art des Fehlers erkennt, ist zu einem der entscheidenden Techniken im Umgang und Betrieb von Stromkabeln geworden. 1. Ursachen für Kabelfehler Die direkteste Ursache für Kabelfehler ist ein abnehmender Isolierwert, der schließlich zu einem Durchbruch führt. Es gibt viele Faktoren, die zu einer Verringerung der Isolierung führen können. Aufgrund praktischer Erfahrungen lassen sie sich im Wesentlichen auf die folgenden Situationen zurückführen: 1.1 Mechanische Schäden – Schäden bei der Installation: Der Kabel wird bei der Installation versehentlich beschädigt, durch zu große mechanische Kräfte wird das Kabel zerrissen, oder das Kabel wird durch übermäßiges Biegen beschädigt ； Direkte Schäden durch äußere Kräfte: Während der Installation werden im Bereich des Kabelverlaufs oder in der Nähe des Kabels Bauarbeiten durchgeführt, wodurch das Kabel direkten äußeren Kräften ausgesetzt wird. Indirekte Schäden durch äußere Kräfte: Die Vibrationen oder Stoßbelastungen durch fahrende Fahrzeuge können dazu führen, dass die Blei- (oder Aluminium-)Hüllung der unterirdischen Kabel beschädigt wird ； Schäden durch natürliche Phänomene: Z. B. das Aufquellen des Isoliermittels in den Verbindungsstellen oder Endkappen, wodurch die Hülle oder der Kabelschutz aufgeplatzt wird ； Durch die natürliche Bewegung des Kabels wird die Außenhülle des Kabels, das an den Öffnungen der Rohre oder an den Halterungen befestigt ist, abgenutzt ； Aufgrund des Bodensinkens entstehen zu große Zugkräfte, die die Verbindungsstellen oder Leiter zerreißen. 1.2 Feuchte im Isoliermaterial: Feuchtigkeit im Isoliermaterial verursacht Störungen. Die Hauptgründe für die Feuchtigkeit im Kabel sind: Eindringen von Wasser durch mangelnde Dichtigkeit der Verbindungs- oder Endkästen oder durch eine fehlerhafte Montage ； Mangelhafte Herstellung des Kabels, der Metallumhüllung fehlen Löcher oder Risse ； Metallische Isolierschichten werden durch Stiche oder korrosive Durchbrüche von Außenstoffen beschädigt ； 1.3 Durch Alterung und Verschleiß des Isoliers entstehen im Inneren des Isoliermittels unter dem Einfluss des elektrischen Feldes Freie Ladungen, wodurch die Isolierungseigenschaften nachlassen. Wenn das Isoliermaterial ionisiert wird, entstehen im Gasraum chemische Verbindungen wie Ozon und Salpetersäure, die die Isolation angreifen ； Feuchtigkeit im Isoliermaterial führt zur Hydrolyse der Isolierfasern und verursacht eine Verschlechterung der Isolierung. Überhitzung kann zu einem Alterungsprozess der Isolierung führen. Die Gaslücken im Inneren des Kabels verursachen elektrische Entladungen, was zu lokaler Überhitzung führt und zur Karbonisierung der Isolierung. Kabelüberlastung ist ein wichtiger Faktor für das Überhitzen von Kabeln. Kabel, die in Gebieten mit hoher Kabeldichte, in Kabelgräben sowie Kabeltunneln – also an Orten mit schlechter Belüftung – installiert sind, Kabel, die in trockenen Rohren verlegt sind, sowie Bereiche, in denen Kabel in der Nähe von Wärmeleitrohren liegen, können aufgrund einer Überhitzung ihres eigenen Materials zu einer beschleunigten Zerstörung der Isolierung kommen. 1.4 Überspannungen Überspannungen bezeichnen hauptsächlich atmosphärische Überspannungen (Blitzeinschläge) sowie Überspannungen innerhalb von Kabeln. Die Analyse tatsächlicher Störungen zeigt, dass viele Störungen an Außendosen durch atmosphärische Überspannungen verursacht werden. Überspannungen führen dazu, dass die Isolierschicht des Kabels durchbrochen wird und ein Defekt entsteht. Der Punkt der Durchbruch findet in der Regel an Stellen statt, an denen es Materialfehler gibt. 1.5 Mangelhafte Konstruktion und Fertigungsverfahren bei den Zwischensteckern sowie Endkappen führen zu Problemen in Bezug auf die Wasserdichtigkeit sowie die Verteilung des elektrischen Feldes. Zudem führt die falsche Auswahl der Materialien sowie mangelhafte Fertigung – ohne Befolgung der vorgeschriebenen Richtlinien – zu Defekten an den Kabelenden. 1.6 Materialfehler Materialfehler zeigen sich hauptsächlich in drei Aspekten. Erstens gibt es Probleme bei der Herstellung der Kabel – Defekte, die durch die Blei-(Aluminium-)Isolierschichten entstehen ； Während des Isoliervorgangs entstehen am Papierisolator Defekte wie Falten, Risse, Öffnungen sowie Überschneidungslücken ； Zweitens sind es Mängel bei der Herstellung der Kabelzubehörteile – beispielsweise haben Gussteile Sandlöcher, die mechanische Festigkeit von Keramikteilen reicht nicht aus, andere Teile entsprechen nicht den Spezifikationen oder es kommt während des Zusammenbaus zu Undichtigkeiten ； Drittens führt eine mangelhafte Wartung und Verwaltung der Isoliermaterialien dazu, dass die Kabelisolation feucht wird, verschmutzt und altert. 1.7 Korrosion der Schutzschicht: Durch die Korrosion durch Säuren und Basen im Boden sowie durch Störströme wird die Außenhülle des Kabels aus Blei korrodiert. Dadurch entstehen Flecken, Risse oder Löcher, was zu Fehlern führt. 1.8 Verlust der Isolierflüssigkeit bei Kabeln: Bei Kabeln mit ölgetränktem Papier als Isolierung kann es dazu kommen, dass die Verlegestelle uneben ist – oder dass sich das Kabel an einem Pfahl im Freien befindet. Aufgrund dieser Unregelmäßigkeiten fließt das Isolieröl von den höher gelegenen Stellen zu den niedriger gelegenen. Dadurch nimmt die Isoliereigenschaft des Kabels an den höher gelegenen Stellen ab, was wiederum zu Fehlern führt. 2. Fehlerklassifizierung 2.1 Klassifizierung nach Fehlerwiderstand und Zustand der Leitungen • Offener Schaltkreis-Fehler Ein offener Schaltkreis-Fehler, auch als Unterbrechungsfehler bezeichnet, tritt auf, wenn der Isolierwiderstand zwischen den Adern des Kabels oder zwischen diesen und der Erde den geforderten Werten entspricht, aber die Betriebsspannung nicht bis zu den Endpunkten übertragen werden kann ； Oder es gibt zwar Spannung am Anschluss, doch die Belastbarkeit ist gering. Wenn der Isolationswiderstand = ∞ ist, handelt es sich um einen Unterbruch des Kabels. • Niedrigwiderstandsschäden (Kurzschlüsse): Niedrigwiderstandsschäden werden auch als Kurzschlüsse bezeichnet. Dabei ist die Isolierung zwischen den Adern des Kabels oder zwischen diesen und der Erde beschädigt. Der Isolierwiderstand ist so gering, dass er mit der Methode der Niederspannungsimpulse gemessen werden kann. Bei einer Isolationswiderstand von 100 kΩ handelt es sich um eine Art von Störung, die nicht mit der Methode der Niederspannungsimpulse gemessen werden kann. Es handelt sich dabei um Störungen im Vergleich zu Störungen mit niedrigem Widerstand. Es gibt zwei Arten: Fehler mit hohem Widerstand aufgrund von Leckagen und Fehler mit hohem Widerstand aufgrund von Überschlägen. Die obige Klassifizierung der Störungen dient ebenfalls der Erleichterung bei der Auswahl der Prüfmethoden. Gemäß den derzeit gängigen Techniken zur Bestimmung der Störungsentfernung können offene Schaltungen sowie Störungen mit niedrigem Widerstand mithilfe der Methode des Niederspannungs-Pulsreflexionsverfahrens überprüft werden. Für Störungen mit hohem Widerstand wird das Impulskontaktverfahren verwendet, während störanfällige Schaltungen mit dem Gleichstrom-Kontaktverfahren getestet werden können. 2.2 Klassifizierung nach Oberflächenphänomenen • Offene Fehler • Verschlossene Fehler
2.3 Klassifizierung nach Erdfallphänomenen • Einphasiger Erdfall • Fehler zwischen Phasen • Mischformen von Mehrphasenerdfällen
2.4 Klassifizierung nach Fehlerort • Fehler an Verbindungen • Fehler im Kabelkörper