Elektrische Spannungskontrolle in Kabeln, Verbindungen und Abschlüssen

Wie kontrolliert man die elektrische Spannung in Kabelverbindungen und -abschlüssen?

Einführung

Energiekabel sind in Energieübertragungs- und -verteilungssystemen von großer Bedeutung.

Abschlüsse und Muffen sind das grundlegende Zubehör der Stromkabel und sie werden benötigt, um Verbindungen zwischen Leitungen oder zu einem elektrischen Gerät herzustellen .

Die verschiedenen Aspekte werden bei der Konstruktion der Kabelabschlüsse und Verbindungen berücksichtigt weil sie die gleiche Integrität besitzen müssen wie ihre zugehörigen Kabel beim Herstellen der Verbindung sowohl für alle Innen- als auch für Außenanwendungen.

Der kritischste Aspekt von Verbindung und Abschluss von Hochspannungskabeln ist Kontrolle der dielektrischen Spannung entstanden am Punkt der Bildschirmbeendigung – elektrische Stresskontrolle .

Elektrische Spannung &Stresskontrolle

Klemmen und Verbindungen von Hoch- und Mittelspannungskabeln müssen die elektrischen Felder handhaben an den Enden . Wenn der Isolationsschirm von einem Kabel entfernt wird, hohe Potentialgradienten sind am Cutback-Punkt konzentriert , wie in Abbildung 1 gezeigt

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In dieser Abbildung ist zu sehen, dass der Erdungsschirm eines Kabels (0 % ) wird abgeschnitten f, die Äquipotentiallinien (von 20 % bis 80 % ) am Rand konzentrieren der Erdelektrode , was zu hoher elektrischer Belastung führt .

Elektrische Feldverstärkung an diesen Stellen kann es zu lokalen Entladungen kommen das könnte entweder zu einem Überschlag entlang der Isolationsoberfläche oder einem dielektrischen Durchschlag führen, der einen Kabelbruch verursacht .

In der Kabelinstallation geschirmte Stromkabel erfordern eine elektrische Belastungskontrolle wenn beendet.

Kabelabschlüsse und Verbindungen sind darauf ausgelegt, die Belastungskonzentration am Schirmabschluss zu eliminieren um den Kabelbruch zu vermeiden – elektrisches Feld muss kontrolliert werden in einer Kabelendverlegung und -verbindung .

Die Stressverteilung an der Leiterverbindung variiert erheblich aufgrund von Änderungen im Profil, die durch die Verwendung einer Ferrule eingeführt wurden .

Scharfe Kanten und Vorsprünge im Joint , falls unbeseitigt führen auch zu einer abrupten Änderung des Spannungsgradienten .

Es ist daher unerlässlich damit der Dirigent ein glattes Profil hat damit es zu keiner übermäßigen Belastungskonzentration kommt .

Allerdings der wichtigere Aspekt der Stresskontrolle gilt für die Stelle, an der der Isolationsschirm endet .

Zu beachten ist, dass nicht nur die dielektrische Spannung zunimmt in der Terminierungsregion , sondern auch ein Potenzialgradient wird entlang der Grenzfläche zwischen dem Dielektrikum und dem umgebenden Medium aufgebaut .

Die Spannung im Dielektrikum am Bildschirmabschluss wird deutlich darüber liegen der Designstress und kann zu einem vorzeitigen Ausfall führen .

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Außerdem, wenn das umgebende Medium Luft ist , oder es befindet sich ein Leerraum zwischen Dielektrikum und Füllmedium , dann der Stress in der Gegend kann dazu führen, dass die Luft auch bei Betriebsspannung eine Entladung zulässt .

Papier ist etwas resistent gegen diese Entladungen , aber für Polymerisolierung , wie XLPE ( Vernetztes Polyethylen ), erodieren solche Entladungen schnell das Dielektrikum und führen schließlich zu einem Ausfall.

Ohne Anwendung von Stresskontrolle , würden Entladungen auftreten , die das Leben beeinträchtigen der Gemeinschaft und Beendigung .

Abbildung 2 zeigen die Verteilung des elektrischen Feldes ohne und mit Stresskontrolle.

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Ursachen

Hauptschwächen im Bereich der Endverschlüsse und Muffen von Hoch- und Mittelspannungskabeln, die eine Belastungskontrolle erfordern sind:

• Pressfahnen, die das Eindringen von Feuchtigkeit in die Leiteradern ermöglichen
• Versäumnis, Lufteinschlüsse zu beseitigen
• Kernkreuzung mit Teilentladung
• Schlechte Kabelvorbereitung
• Durchfeuchtung
• Unzureichende Phase-zu-Phase- und Phase-Erde-Freigabe
• Verfolgung
• Schlechte Verbindungsanweisungen

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Methoden der Stresskontrolle

Es gibt keinen universellen Abschluss oder Anschluss. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von Endverschlüssen und Verbindungen mit jeweils Vor- und Nachteilen.

Die Optimierung von Kabelabschlüssen wird durch die Untersuchung verschiedener Konstruktionen erreicht.

Die richtige Abschlussmethode sollte eine gute elektrische und mechanische Integrität bieten.

Um einen ordnungsgemäßen Abschluss zu entwerfen, sollte eine Analyse der elektrischen Feldverteilung in den kritischen Bereichen durchgeführt werden .

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Stress Cone-Methode

Die übliche Methode zur Stresskontrolle ist die Verwendung eines Spannungskegels das ist in Abbildung 3 dargestellt .

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Der Stresskegel ist ein Mittel zur Steuerung der Kapazität im Bereich Bildschirmabbruch , wodurch die dielektrische Spannung reduziert wird entlang eines Gradienten bis hin zu tolerierbaren Grenzen am Abbruchpunkt .

Der Stresskegel wird über den Schirmabschluss hinaus verlängert, so dass der Potentialgradient an der dielektrischen Oberfläche auf ein Niveau reduziert wird, bei dem keine Entladungen auftreten.

In Verbindungen von Hoch- und Mittelspannungs-Papierkabeln , der Stresskegel wird in der Regel durch manuelles Aufbringen von isolierenden Papierbändern auf eine vorgegebene Kontur aufgebaut , während in Terminierungen der Stresskegel wird entweder von Hand aufgetragen oder durchgeführt . Mit der Entwicklung von Polymer- und Elastomerkabeln , vorgeformt Stresskegel wurden ebenfalls eingeführt.

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Vor dem Stresskegel angelegt wird, ist es notwendig, die elektrische Belastung zu reduzieren an der Leiterverbindung , aus zuvor erläuterten Gründen .

Das Konzept soll ein glattes Profil bieten, damit die Belastung ausgeglichen wird . Dies wird durch „Steppen“ von Kabelpapieren erreicht , was durch Entfernen der Papierisolierung in mehreren Schritten erreicht wird , Stege und Stufen von der inneren Leiteroberfläche zur äußeren Isolationsoberfläche aufweisen .

Mit den beiden Kabelenden so behandelt und miteinander verbunden, von Hand aufgebrachte imprägnierte Papierbänder werden über der Baugruppe aufgebracht, um das gemeinsame Dielektrikum zu bilden.

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Methode für wärmeschrumpfbare Spannungskontrollschläuche

Eine weitere gängige Methode sind wärmeschrumpfende Spannungskontrollschläuche das verwendet wird, um hohe elektrische Belastungen zu kontrollieren am Isolationsschirm-Endpunkt in Mittelspannung kunststoff- und papierisoliert Kabelmuffen und Endverschlüsse bis 36 kV .

Sie kontrollieren auch die hohen Belastungen die Verbinder in Gelenken .

Stress Control Tubing ist aus thermisch stabilisiertem, vernetztem Polymermaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante und hohem spezifischen Widerstand hergestellt .

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Andere Methoden zur Stresskontrolle

Andere Methoden sind:

• Hochohmige Bänder oder Beschichtungen und Materialien mit nichtlinearen Widerstandsschichten, wobei das Material mit konstantem Oberflächenwiderstand einen kleinen Strom durchlässt und dadurch einen linearen Spannungsgradienten entlang seiner Länge erzeugt. Eine bessere Spannungsverteilung wird durch die Verwendung von Materialien mit nichtlinearem spezifischem Widerstand erreicht, wodurch auch ein kleiner Strom in der Schicht zunimmt, der Widerstand des Materials abfällt und entlang der angelegten Länge ein gleichmäßiger linearer Spannungsgradient erreicht wird.
• Materialien mit einer relativen Dielektrizitätskonstante, die höher ist als die des Kabeldielektrikums. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip, dass, wenn Materialien mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante einem Potentialgradienten über ihre kombinierte Dicke ausgesetzt sind, die höchste Spannung von dem Material mit der niedrigsten Dielektrizitätskonstante erfahren wird. Aus dem schematischen Diagramm ist ersichtlich, dass die Äquipotentiallinien allmählich aus dem Dielektrikum heraustreten und somit einen glatten Gradienten an der dielektrischen Oberfläche erzeugen.

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Über den Autor:Manuel Bolotinha

-Lizenziat in Elektrotechnik – Energie- und Energiesysteme (1974 – Instituto Superior Técnico/Universität Lissabon)
– Master in Elektrotechnik und Computertechnik (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova Universität Lissabon)
– Leitender Berater für Umspannwerke und Energiesysteme; Professioneller Ausbilder