FAQ: Isolasjonstesting av høyspentkabel

Denne FAQ gir svar på ofte stilte spørsmål om isolasjonstesting av høyspentkabler (6-132 kV) og bruk av VLF-høyspenning for spenningsprøving og tilstandskontroll/kabeldiagnose.

Hvorfor er ikke kappetester og megger tilstrekkelig for å teste en høyspenningskabel?
Hva er VLF?
Hvorfor 0,1 Hz?
Hvor brukes VLF?
Hva er testspenningen og varigheten?
Kan VLF ødelegge kabelen?
Hvem støtter bruken av VLF?
Hvorfor har jeg ikke hørt om VLF før nå?
Hvilken VLF-tester bør jeg velge?
Hva slags tilstandskontroll kan utføres med VLF?
Hva er tangensdelta (TD)?
Hva er partielle utladninger (PD)?
Hva er forskjellen mellom en VLF-test, TD-test og PD-test?

 

Hvorfor er ikke kappetester og megger tilstrekkelig for å teste en høyspentkabel?

Kappetesting er en viktig del av sluttkontroll ettersom kappeskade kan føre til inntrengning av vann som vil forkorte levetiden til kabelen. En kappetest sier derimot ikke noe om kvaliteten på den indre isolasjonen og kvaliteten på skjøter og endeavslutninger der slurvete håndarbeid eller produksjonsfeil kan føre til et fremtidig havari.

Et viktig prinsipp i forbindelse med sluttesting av elektriske isolasjonsystemer er å teste med overspenning. Dette innebærer å utsette isolasjonen for en høyere spenning enn den vil oppleve under vanlig drift.

Isolasjonstesting av kabler har tradisjonelt blitt gjennomført med en DC spenning på 4 til 8 ganger kabelens merkespenning fase-jord (Uo) i 15-30 minutter. Ettersom det ble oppdaget at isolasjonstesting med DC kan forkorte levetiden for polymerisolerte kabler (PEX, EPR) blir dette nå frarådet.

Årsaken er at den høye DC-spenningen kan lade opp små forurensninger og uregelmessigheter i kabelisolasjonen. Disse ladningene er vanskelige å lade ut selv om kabelen ligger til jord i lang tid etter avsluttet test. Når kabelen så settes i drift kan elektroner løsrives slik at det oppstår et elektrisk gjennomslag i isolasjonen. Når den elektriske nedbrytningen først initieres er det bare et spørsmål om tid før den vokser til et elektrisk tre som forbinder lederne og havarerer kabelen.

Dette problemet er typisk for aldrene PEX-kabler med vanntrevekst.

DC spenning er dessuten lite egnet til å avsløre feil på polymerisolerte kabler. Vekselspenning er viktig for å gro frem de vanligste defektene som kan forekomme i slike kabler.

Problemene knyttet til isolasjonstesting med DC er den viktigste grunnen til at VLF nå har etablert seg som den vanligste metoden for isolasjonstesting av kabler i felt.

 

Hva er VLF?

VLF står for Very Low Frequency og er en forkortelse som benyttes på flere områder. I forbindelse med elektrisk isolasjonstesting innebærer VLF bruk av høyspenning med en frekvens i området 0,01 Hz til 1 Hz, men det vanligste er 0,1 Hz. VLF er altså en lavfrekvent vekselspenning. Høyspenningskilder med VLF omtales gjerne som VLF-testere og fås i flere størrelser med spenninger opp til 200 kV. Bruk av VLF er regnet som det mest praktiske for å spenningsprøve kabler i felt.

 

Hvorfor 0,1 Hz?

Det kreves svært lite energi å spenningssette en kabel ved 0,1 Hz i forhold til ved 50 Hz. Energimengden faller proporsjonalt med frekvensen og ved 0,1 Hz behøves kun 1/500 del av energien som behøves ved 50 Hz. VLF-testere er således svært kompakte i forhold til spenningen de kan generere. De er ideelle for bruk i felt og har høy lastkapasitet slik at man kan teste svært lange kabelstrekk.

 

Hvor brukes VLF?

VLF benyttes ofte ved isolasjonstesting av høyspentkomponenter med høy kapasitans. VLF-testing av kabler og viklinger i motorer og generatorer er beskrevet i flere internasjonale standarder. VLF benyttes også for å teste store isolatorer, overspenningsvern, transformatorer og andre høyspenningskomponenter. Nyinstallerte og reparerte høyspenningskabler bør alltid testes med VLF før driftssetting. Dette kan avsløre dårlig håndarbeid eller produksjonsfeil i kabel, skjøter og endeavslutninger som ikke avsløres under kappetesting og isolasjonstesting med DC (megging).

Det kan ta lang tid før feil og svakheter i skjøter og endeavslutninger havarerer kabelen under normal driftsspenning. VLF med en spenning på 3 ganger merkespenning fase-jord (3 x Uo), slik flere standarder anbefaler, kan avsløre mange slike feil. Det er en av grunnene til at VLF også foretrekkes fremfor en test med driftsspenning i 1 til 24 timer, såkalt "soak-test". En "soak-test" ved driftsspenning kan dessuten gi kostbare følgeskader på grunn av energimengden som utløses ved et eventuelt gjennombrudd.

VLF-testere kan også benyttes som spenningskilde for tilstandskontroll ved måling av tangensdelta (TD) og partielle utladninger (PD). Dette er målinger som anbefales for å finne flest mulig feil. Se senere avsnitt for mer informasjon om dette.

 

Hva er testspenningen og varigheten?

Den internasjonale teststandarden CENELEC HD 620 S1 sier at nye kabler skal testes med en VLF-spenning på 3 ganger kabelens merkespenning fase-jord (3 x Uo) i 60 minutter. Når man snakker om merkespenning på kabler oppgis gjerne dette fase-fase (Un). Ved å dele fase-fase merkespenningen med roten av 3 får man fase-jord merkespenningen (Uo = Un/v3). For en 11 kV kabel innebærer dette at hver fase skal testes med en VLF-spenning på 20 kV rms (3 x 11/v3 = 20). Spenningen påsettes mellom lederen og skjermen.

Resultatene av over 20.000 kabeltester viser at kabler som passerer en VLF-test har en svært liten sannsynlighet for kabelfeil over de neste årene.

For testing av kabler som har vært i drift i noen år refereres det til IEEE 400.2 som anbefaler en VLF-spenning på mellom 1,7 til 2,1 x Uo og en testtid på 30 min (maintenance test). 

 

Kan VLF ødelegge kabelen?

Poenget med en VLF-test er å tvinge frem feil som ellers ville ført til kabelfeil og driftsavbrudd. En VLF-test vil ikke skade isolasjon som er frisk nok til å tåle normal driftsspenning, slik man kan oppleve om man isolasjonstester PEX-kabler med DC. VLF vil drive de fleste eksisterende defekter til havari. Defektene må være store nok til å trigge partielle utladninger (PD). Når PD trigges vil det initiere et elektrisk tre som vokser til det havarerer kabelen. Dette vil ofte skje innenfor de første 15 minuttene av testen.

Hvis en ny kabel ikke holder en VLF-spenning på 2-3 ganger merkespenningen (fase-jord) i 60 minutter, vil den havarere før eller senere uansett. Det er bedre å drive defekter til havari i en kontrollert test, enn å lide konsekvensene av et driftsavbrudd senere. Dessuten vil et kontrollert havari under en VLF-test utløse lite energi med minimal skade på omgivelsene inkludert eventuelle andre kabler som ligger nær feilpunktet. Dette kan forhindre kostbare reparasjoner og farlige situasjoner.

 

Hvem støtter bruken av VLF?

VLF er beskrevet av flere standarder og anerkjennes av kabelprodusenter og ingeniørorganisasjoner. Her er de viktigste standardene som beskriver bruk av VLF:

  • IEEE 400, 400.2 og 433
  • IEC 60060-3 og 60502-2
  • CENELEC HD 620 & 621
  • VDE 0276, part 620 & 1001
  • DNV Rules for Ships, part 4, chapter 8
  • NEN 3620
  • SANA 10198

Noen av disse standardene er mer en 10 år gamle. IEEE 433, som beskriver testing av motorer og generatorer, har eksistert i mer enn 35 år.

 

Hvorfor har jeg ikke hørt om VLF før nå?

VLF har økt i utbredelse over de siste årene ettersom det har blitt kjent at isolasjonstesting med DC er skadelig for kabler med vanntrevekst og dessuten lite egnet for å vurdere høyspenningsisolasjon i kabler.

En annen medvirkende faktor til økt popularitet er at utviklingen har båret frem stadig mer kompakte systemer med høy lastkapasitet. Dette gjør det mulig å teste lange kabelstrekk på flere mil. Det finnes i grunnen ingen reelle alternativ til VLF for spenningsprøving av lange kabelstrekk i felt.

Dessuten gjør VLF det mulig å gjennomføre tilstandskontroll ved måling av tangensdelta og partielle utladninger. Dette kan avsløre latente feil og svakheter og gjøre det mulig å planlegge og prioritere reparasjoner og utskiftninger.

 

Hvilken VLF-tester bør jeg velge?

Vi kan tilby et stort utvalg av VLF-testere fra markedslederen B2 ELECTRONIC. Hvilken modell du bør velge avhenger av merkespenningen på kablene du ønsker å teste. Den Europeiske standarden CENELEC HD620 S1 anbefaler en installasjonstest med en VLF-spenning på 3 ganger merkespenningen fase-jord (3 x Uo). Standarden er under revidering og for kabler med merkespenning høyere enn 45 kV vil det etter all sannsynlighet åpnes for å teste med 1,7 x Uo. Her er en tabell som viser anbefalt modell i forhold til dette (alle spenninger i rms):

Un, merkesp.
fase-fase
Uo, merkesp.
fase-jord
Anbef. VLF-spenning
3 x Uo (1,7 x Uo)
Anbef. HVA-modell
(maks. VLF sinus)
6,6 kV 3,8 kV 11 kV HVA28 (20 kV)
12 kV 6,9 kV 21 kV HVA28 (20 kV)
13,8 kV 8,0 kV 24 kV HVA34 (24 kV)
24 kV 13,9 kV 42 kV HVA60 (44 kV)
36 kV 20,8 kV 62 kV HVA90 (64 kV)
66 kV 38,1 kV (65 kV) HVA94 (66 kV)
132 kV 76,2 kV (130 kV) HVA200 (138 kV)

 

Hva slags tilstandskontroll kan utføres med VLF?

VLF-testere med en symmetrisk sinus utgangsspenning kan benyttes som spenningskilde for tilstandskontroll ved måling av tangensdelta (TD) og partielle utladninger (PD). Dette krever tilleggsutstyr som kobles mellom VLF-testeren og kabelen.

Testene betegnes som ikke-destruktive på grunn av at de kan utføres ved spenningsnivåer som ligger under kabelens merkespenning og lavt i forhold til testspenningen en kabel skal tåle ved VLF-spenningsprøving. Testene er også lette å avbryte hvis målingene skulle indikere at isolasjonen ikke tåler spenningen. Det er således liten sannsynlighet for at testene skal havarere kabelen, selv om den har flere defekter og svake punkter.

Testene starter normalt på halvparten av merkespenning fase-jord (0,5 x Uo) og økes trinnvis opp til 1,5 til 2 x Uo. På grunn av at de kan gjennomføres på relativt lave spenningsnivåer (< 2 x Uo) og på kort tid (10-15 min) kan en PD-diagnose og/eller TD-diagnose foretrekkes fremfor en VLF-test på 2 til 3 x Uo i 30 til 60 minutter. Spesielt på eldre kabler der man ikke ønsker å provosere frem feilene eller på nye kabler når man ønsker en rask test for å sjekke etter feil.

Testene utfyller hverandre og ideelt sett bør de utføres sammen for å få frem alle feil og få mest mulig informasjon om isolasjonstilstanden.

 

Hva er tangensdelta (TD)?

En TD-test er en diagnosetest som er enkel å gjennomføre og som ofte benyttes i forbindelse med tilstandsvurdering av aldrene PEX-kabler med vanntrevekst. Den forteller om isolasjonskvaliteten ved å sammenlikne den resistive strømmen (Ir) mot den kapasitive strømmen (Ic) ved forskjellige spenningsnivå fra 0,5 x Uo opp til 2 x Uo.

En perfekt kabel oppfører seg som en kondensator der spenningen er faseforskjøvet 90 grader i forhold til strømmen. Vanntrær, fukt, urenheter og elektriske utladninger i isolasjonen gir en resistiv strøm (Ir) som er i fase med spenningen. Vinkelen mellom spenning og strøm blir derfor mindre enn 90 grader. Ir/Ic er etter trigonometriske regler lik tangens av tapsvinkelen delta, derav navnet tangensdelta eller tandelta. Når tangensdelta øker skarpt ved en spenningsøkning, ofte omtalt som "tip-up", er det et tydelig tegn på en dårlig kabel og man kan velge å avbryte testen dersom man ikke ønsker å øke spenningen ytterligere for å provosere frem feilen.

En TD-test er rask og enkel å gjennomføre og tolke. Bare 1-2 minutter er nødvendig for hvert spenningstrinn. Det finnes etablerte grenseverdier for forskjellige typer kabler. Ved testing av lange kabler med flere skjøter og forskjellige kabeltyper, kan resultatene av en enkelt TD-test være vanskelig å tolke ettersom den måler TD-verdien på kabelen fra ende til ende. I slike tilfeller kan det være nødvendig å sammenlikne med tidligere målinger for å se om verdiene øker.

 

Hva er partielle utladninger (PD)?

Partielle utladninger, også kjent som "glimming" og "delutladninger", er definert som små elektriske gjennomslag i deler av isolasjonsmaterialet. Dette tærer på isolasjonen og danner et elektrisk tre som vokser til det forbinder lederne og lager kortslutning. PD går for å være en av de viktigste indikatorene for tilstanden til isolasjonsmaterialet i høyspentkomponenter.

PD genererer spenningspulser, elektromagnetisk stråling, lys, lyd, varme og gasser. PD-måling med VLF baserer seg på måling av spenningspulsene (PD-pulser). Disse pulsene forplanter seg i begge retninger fra feilpunktet. Pulser som treffer en åpen kabelende vil reflekteres tilbake gjennom kabelen. Det er dermed mulig å kalkulere seg frem til feilpunktet ved å måle "time-of-flight" mellom pulsene. PD-måleutstyr for VLF består av en koblingskondensator og et støyfilter som kobles sammen med VLF-kilden i den ene enden av kabelen. Den andre enden av kabelen skal ligge åpen og isolert, akkurat som ved VLF-spenningsprøving.

En PD-måling kan i motsetning til en TD-måling lokalisere de individuelle problemområdene til en kabel. Dette skjer ved å måle tidsforskjellen mellom pulsen som ankommer direkte fra feilpunktet og den reflekterte pulsen fra motsatt ende av kabelen. Andre viktige parametre er ladningen til pulsene (picoCoulomb - pC), antall pulser pr tidsenhet, hvor pulsene oppstår i spenningsfasen (phase-resolved-pattern) samt tennspenningen og slukkespenningen. Disse dataene sier noe om alvorlighetsgraden og hva som forårsaker PD-pulsene. PD-målinger kan være vanskelig å tolke på grunn av datamengden de genererer, på grunn av fremmedstøy og på grunn av at forskjellige kabler, skjøter og kabelutstyr har forskjellige grenseverdier for akseptabel PD. For polymerisolerte kabler skal man ikke godta PD ved en VLF-spenning på 1,5 x Uo.

En PD-diagnose med VLF kan være veldig verdifull for godkjenningstesting og preventiv vedlikeholdstesting av kabler. Den kan ved relativt lave spenningsnivå (0,5 - 2 x Uo) avsløre beliggenheten til installasjonsfeil og defekter som ved normal drift kan ta lang tid å utvikle til havari, og er således nyttig som en ikke-destruktiv tilstandskontroll.

 

Hva er forskjellen mellom en VLF-test, TD-test og PD-test?

En VLF-test/spenningsprøving er en svært enkel test med et klart utfall: Godkjent eller ikke-godkjent. Enten så holder kabelen spenningen, eller så bryter den gjennom i et feilpunkt. En kabel skal tåle 2 til 3 ganger merkespenningen fase-jord og dersom en kabel feiler under en slik test ville den ha havarert uansett.

En korrekt utført VLF-test vil gro frem alle alvorlige feil i kabelen uten å skade den friske isolasjonen. Kabelen skal repareres og testes på nytt helt til den passerer testen. En VLF-test bør gjennomføres ved alle nyinstallasjoner og reparasjoner og alle som driver med installasjon og reparasjon av høyspenningskabler bør ha tilgang til en VLF-tester for å kvalitetssikre arbeidet sitt.

Kabeldiagnose/tilstandskontroll med tilleggsutstyr for måling av tangensdelta (TD) og partielle utladninger (PD) ekspanderer funksjonaliteten til en VLF-tester. TD og PD gir hver for seg nyttig informasjon om isolasjonskvaliteten og kan benyttes for tilstandkontroll der man ikke ønsker å fremprovosere feilene i kabelen. Eller der man ønsker å kartlegge alle feil og svake punkter slik at fremtidige utskiftninger og reparasjoner kan planlegges.

En TD-test måler kabelen fra ende til ende. Den kan gi informasjon om vanntredegradering og andre forhold som gir et strømtap gjennom isolasjonen. Den kan også varsle om PD-aktivitet dersom den er kraftig nok til å gi et målbart strcmtap. TD er en enkel test som kan gjennomføres i løpet av noen minutter og som er relativt lett å tolke.

En PD-test kan med høy følsomhet punktlokalisere installasjonsfeil og defekter i kabel og kabelutstyr som skjøter og endeavslutninger. Den kan ikke måle vanntrær og defekter som ikke gir elektriske utladninger (glimming/PD). Disse vil først kunne oppdages når de svekker isolasjonen såpass at det tenner elektriske utladninger.

Alle de tre testene (VLF, TD og PD) er nyttige, de har hver sine fordeler og de utfyller hverandre. Ideelt sett bør de derfor utføres sammen for å få frem alle feil og få mest mulig informasjon om isolasjonstilstanden.

 

Har du ytterligere spørsmål om isolasjonstesting av høyspenningskabler, vennligst ta kontakt. Vi tilbyr også kurs i isolasjonstesting og tilstandskontroll med VLF.

 

 

Hovedside > Kabeltest og -feilsøking > FAQ: Isolasjonstesting av høyspentkabel

Eskeland Electronics AS logo

 
Hovedside
Om oss
Nettbutikk
Nyheter
Service og support
Kjøpsvilkår
Slik kontakter du oss
Detektor.no
Eskeland Electronics AS
Rasmus Solbergs vei 1
1400 Ski
post@detektor.no
T: 64 97 30 70