Fallstudie: Kabeldefektortung an einem 380V-Kabel

Fallstudie: Kabel Fehler Standort an einem 380V-Kabel

ⅰ. Vorprüfungsvorbereitung

II. Testverfahren

Schritt 1: Bestimmen der Fehlernatur

Zum Testen der Dreiphasen-Isolierung des Kabels wurde ein 500-Volt-Megohmmeter verwendet. Der gemessene Isolationswiderstand gegen Erde betrug: 50Ω für Phase A, unendlich für Phase B und unendlich für Phase C. Dies wies auf einen Niederohmigen Erdschluss in Phase A hin. Phase A zeigte im Durchgangsprüfmodus des Multimeters eine Durchgangsbrechung an.

Schritt 2: Vorläufige Fehlerortung

1. Am Ende des Verteilerraums wurde im Niederspannungsimpulsmodus des Fehlerortungsfahrzeugs die Kabellänge zwischen den Phasen B und C gemessen, um eine Gesamtlänge von 107 Metern zu ermitteln, wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt.

2. Da die Kabelschutzschicht am Verteilungsraumende nicht geerdet war, konnte die Wanderwellenmethode zwischen der Fehlerphase und der Schutzschicht nicht angewendet werden. Auch der Test der Fehlerphase gegen Erde lieferte keine wirksame Wellenform. Daher wurde die Brückenschaltung verwendet, um den Kabeldefekt direkt zu messen. Bei unterschiedlichen Strom-Einstellungen ermittelte die Brückenschaltung eine Fehlerentfernung von 6 bzw. 7 Metern am nahen Ende. Nach dem Wechsel des Testendes wurde die Fehlerentfernung mit 101 Metern gemessen. Die Summe der Fehlerentfernungen an beiden Enden entspricht der Gesamtlänge. Wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt:

Schritt 3: Kabelsuchgerät-Ortung Der Verlauf ist bekannt und das Pfaddiagramm ist in untenstehender Abbildung 4 dargestellt.

Schritt 4: Genau den Fehler lokalisieren

1. Da die Fehlerstelle, wie durch die Brückenschaltung ermittelt, 7 Meter vom Prüfende entfernt war, wurde ein Nahendefekt festgestellt. Um Störungen durch Geräusch des Equipments durch Spannungsanlegung zu vermeiden, wurde das Fahrzeug zur Endverteilungsdose gefahren, um dort Druck aufzubringen und die Fehlstelle zu bestimmen.

2. Bei der Endverteilungsdose hatte der Kunde die Kabelarmierung teilweise abgeschält und die Armierung geerdet. Zwischen der fehlerhaften Phase und Erde wurde eine 5-kV-Impulsentladung angewandt. Ein Entladegeräusch war zu hören und Funken waren in der Kabelrinne des Nahen Endes sichtbar, wie in untenstehender Abbildung 5 dargestellt. Nachdem der Hochspannungsimpuls abgeschaltet wurde, wurde das Kabel angehoben, jedoch keine offensichtliche Beschädigung festgestellt. Es wurde vermutet, dass eine Entladung von der Armierung ausgegangen ist. Nachdem das Kabel ausgespannt worden war, erfolgte erneut eine Spannungsanlegung an dieser Stelle, allerdings war keine Entladung zu beobachten.

3. Drücken Sie weiterhin die Fehlerphase, um den Fehlerpunkt zu lokalisieren. Am Fehlerpunkt im Kabelkanal in der Nähe ist kein Entlautungsgeräusch zu hören. Das Kabel kommt vom Ausgangsschrank des Verteilerraums herunter und verläuft entlang des Kabelkanals bis zur Wand des Verteilerraums und wird anschließend außerhalb des Verteilerraums direkt verlegt. Die Länge dieses Kabelabschnitts beträgt etwa 6 oder 7 Meter. Am Fehlerpunkt an der direkten Verlegeposition außerhalb der Wand ist kein Entlautungsgeräusch zu hören, lediglich ein schwaches Rüstungs-Entlautungsgeräusch.

4. Beim weiteren Lokalisieren des Fehlerpunktes hörten wir ein Entladegeräusch an einer Stelle, die etwa 75 Meter vom Prüfende entfernt war, begleitet von Bodenerschütterungen. An dieser Stelle waren Anzeichen früherer Reparaturen erkennbar, und auf Nachfrage erfuhren wir, dass dort bereits früher eine Wasserleitung verlegt worden war, wie in untenstehender Abbildung 7 dargestellt. Diese Stelle unterschied sich jedoch erheblich von der durch die Messbrücke ermittelten Entfernung. Wir vermuteten, dass nach dem festen Verbinden der fehlerhaften Phase mit der Armierung der Großteil der Energie der Impulsentladung über den Leiterkern zur Armierung geleitet wurde und dort durch die beschädigte Außenschicht eine Entladung zum Erdboden stattfand. Der tatsächliche Fehlerpunkt lag jedoch noch etwa 6 oder 7 Meter näher.

5. Da am Ende kein Entladungslaut zu hören war, planten wir, den Fehler mithilfe der Schrittspannungsmethode des HC-10-Mantelfehlerortungssystems zu lokalisieren. Das außerhalb der Wand des Verteilerraums gemessene Signal zeigte zum entfernten Ende und betrug ca. 4 mV. Dies setzte sich bis zu einer Entfernung von 75 Metern fort, wo ein deutlicher Entladungslaut festgestellt wurde, das Signal betrug ungefähr 30 mV. (Aufgrund der Betonpflasterung an dieser Stelle war die Prüfung auf eine zum Kabel parallele Lücke beschränkt.) Jenseits dieses Punktes änderte sich die Signalrichtung, was darauf hindeutete, dass sich der ermittelte Schadenspunkt immer noch an dieser Stelle befand. Die Signalverläufe sind in der untenstehenden Abbildung dargestellt. Die Ergebnisse stimmten jedoch nicht mit den Ergebnissen der Brückenmessung überein, und der gemessene Schrittspannungswert war relativ gering. Wir vermuteten, dass der Fehlerpunkt nicht von außen beschädigt war, wodurch das Signal am Schadenspunkt des Außenmantels und nicht am eigentlichen Fehlerpunkt austrat.

6. Zu diesem Zeitpunkt befand sich das Kabel in Schwierigkeiten. Die vom Messbrücken ermittelte Distanz stimmte nicht mit dem durch das Entladegeräusch und Schrittspannungsmessungen festgestellten Schadenspunkt überein. Das Kabel war nach Verlassen der Wand des Verteilerraums auf einer Erdoberfläche zwei oder drei Meter flach verlegt, während das Entladegeräusch jedoch auf einer befestigten Zementstraße, tiefer liegend, wahrgenommen wurde. Daher entschlossen sie sich, zuerst die Erdoberfläche auszuheben. Nach der Aushebung zeigte die Begutachtung keinerlei Schadensspuren an der äußeren Kabeloberfläche. Sie vermuteten, dass die defekte Leiterphase eine feste Verbindung mit der Kabelarmierung einging. Daraufhin trennten sie die Kabelarmierung etwa acht oder neun Meter ab. Danach führten sie mit einem Multimeter einen Durchgangstest zwischen der defekten Phase und der Armierung durch, wie in der untenstehenden Abbildung dargestellt. Die Testergebnisse zeigten, dass der Kabelkern der defekten Phase mit beiden Enden der Armierung leitend verbunden war, mit einem Widerstand von nahezu 0 Ohm zur Testseite und ungefähr 29 Ohm zur anderen Seite. Eine erneute Druckbeaufschlagung bestätigte, dass das Kabel nicht entlud, und das Entladegeräusch an der Armierung des nahen Endes war verschwunden.

7. Zu diesem Zeitpunkt wurde zunächst festgestellt, dass das Kabel einen Mehrfacherdungsfehler aufweisen könnte, was zu ungenauen Brückentestergebnissen führte. Das bei etwa 75 Metern gehörte Entladegeräusch war einer der Fehlerpunkte. Da die Spannung am Ende angelegt wurde, entlud sich der Strom bevorzugt am ersten Fehlerpunkt in der Nähe des Endes, und das Entladegeräusch der Armierung verschwand, nachdem die Armierung am nahen Ende getrennt wurde. Daher wurde der Fehlerpunkt bei 75 Metern zuerst ausgehoben und repariert, bevor eine erneute Messung durchgeführt wurde. Nach dem Ausheben stellte sich heraus, dass das Kabel deutliche Schadstellen aufwies, wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt.

8. Nachdem der erste Fehlerpunkt ausgehoben wurde, ergab sich zusammen mit dem zuvor vom Kunden gefundenen Fehlerpunkt bereits ein Gesamtaufkommen von zwei Fehlerstellen in dem 107 Meter langen Kabel. Da das Kabel erst seit weniger als einem Jahr verlegt worden war, war geplant, das Kabel direkt auszutauschen, ohne weitere Fehlersuche zu betreiben.

III. Test S zusammenfassung

01 Niederspannungskabel sind anfällig für mehrfache Erdschlüsse, die die Ergebnisse der Brückenschaltung stark beeinflussen können. In einem solchen Fall können zur Verifikation die Wellenlaufzeitmethode oder die Schrittspannungsmethode eingesetzt werden.

02 Bei der Fehlerortung an Niederspannungskabeln mit der Wellenlaufzeitmethode darf der Leiter nicht gegen Erde geprüft werden. Der Grund hierfür ist, dass das vom Erdboden reflektierte Wellensignal schlecht übertragen wird und somit keine messbaren Wellenformen entstehen.

03 Bei der Fehlerortung mit der Schrittspannungsmethode an direkt verlegten Kabeln unter befestigtem Pflaster ist aufgrund der besonderen Eigenschaften des Pflasters zu beachten, dass Risse im Pflaster parallel zum Kabel getestet werden können. Schließlich lässt sich der Fehlerort anhand der Kabelverlegeposition bestimmen. Bei befestigtem Pflaster kann zudem ein Stahleisen durch die Risse eingeführt werden, um den Fehlerpunkt zu lokalisieren.

04 Niederohmige Totpunktfehler erzeugen im Allgemeinen wenig oder kein Entladegeräusch. Allerdings verfügt das in diesem Fall verwendete Kabel-Fehlersuchfahrzeug über einen größeren internen Kondensator und eine deutlich höhere Entladeenergie als herkömmliche Hochspannungsgeneratoren, was zu einem wahrnehmbaren Entladegeräusch führt.

IV. Fehlerursachenanalyse

Die ausgegrabene Fehlerstelle war ein kleines, fast kreisförmiges Loch mit Bissstellen in der Umgebung. Es wurde vermutet, dass die Kabelisolation durch Insekten und Ameisen beschädigt und durchstochen wurde.

V. Betriebs- und Wartungshinweise

1. Überprüfen Sie regelmäßig direkt verlegte Kabel, um potenzielle Sicherheitsrisiken frühzeitig zu erkennen und zu beseitigen. Die Inspektionen sollten den äußeren Zustand des Kabels, die Isolationsfähigkeit und den Zustand der Steckverbindungen umfassen.

2. Beim direkten Verlegen von Kabeln sind Maßnahmen zu ergreifen, um Korrosion durch Boden, Schäden durch Insekten und Nagetiere, das Eindringen von Grundwasser sowie mechanische Beschädigungen zu verhindern.