Reliable Power Cable Screen Connections

Det har vært flere alvorlige og kostbare feil de siste årene i norske kabelanlegg på grunn av overoppheting i kraftkabler. Hovedproblemet er en uforutsett høy strømbelastning samt kvaliteten på tilkoblingene mot de metalliske skjermene og laminatet nær skjøter og endeavslutninger. Per dags dato eksisterer ingen nasjonal eller internasjonal standardisert test for denne type installasjoner. De bakenforliggende årsakene til feilene er ikke fullt ut forstått. Hovedmålet med prosjektet er å etablere retningslinjer for testing og installasjon av skjermtilkoblinger i kraftkabler for å unngå fremtidige feilsituasjoner og for å øke kabelnettets pålitelighet. Med dette prosjektet ønsker vi å samle nødvendige kunnskap for å finne feilårsakene og bruke denne informasjonen til å foreslå en internasjonal kvalifiseringstest for nytt utstyr. I tillegg vil ny programvare for beregning av skjermstrøm utvikles. Håpet er at prosjektet skal føre til færre fremtidige feil som gir en mer pålitelig kraftforsyning. Flere aktiviteter er definert innenfor prosjektet, og disse er definert innenfor seks ulike arbeidspakker (AP): AP1: Feiltyper og feilmekanismer AP2: Strømgrenser for skjermtilkoblinger AP3: Egenskaper for skjermtilkoblinger under lastvariasjoner og transiente forløp AP4: Tilstandskontroll AP5: Implementering av kvalifiseringstester AP6: Formidling og publisering En styringskomite satt sammen av 5 norske nettselskap er prosjektets styrende organ. Prosjektet har i tillegg dannet en referansegruppe av flere kabel- og utstyrsprodusenter som skal bistå med kompetanse og anbefalinger vedrørende aktiviteter i prosjektet og anvendelse av resultater. Prosjektet er et samarbeid mellom norske nettselskap, kabelprodusenter og utstyrsleverandører, NTNU, SINTEF Energi og REN. AP1 har dreid seg om å få oversikt over hendelser, metoder, standarder, erfaringer, kabeldesign, skjermtilkoblingsdesign og belastningsforhold for skjermtilkoblinger i kabelanlegg. Funnene har blitt samlet i et eget prosjektnotat. Notatet beskriver typiske nettstrukturer og elektriske påkjenninger for kabelanlegg i Norge. De mest vanlige kabeltypene og skjermtilkoblingsmetodene er tatt med. Videre tar notatet for seg flere eksempel på feiltyper og feilmekanismer i skjermtilkoblinger hentet fra hendelser i det norske kraftnettet. Aktuelle normer og anbefalinger på dette temaet er gjennomgått. Prosjektnotatet danner grunnlag for de resterende arbeidspakkene. I AP2 dreier det seg om å studere kapasiteten og egenskapene til tilgjengelige skjermtilkoblinger under konstant last. Det er innhentet forskjellige typer kommersielt tilgjengelige skjermtilkoblingssystem og kabeldesign. Det utvikles en testmetodikk/protokoll for undersøkelser av de ulike skjermtilkoblingssystemene. Tester viser at den elektriske kontakten mellom kablenes skjermlag (skjermtråder og laminat) bør karakteriseres som dårlig, selv om disse antas gode ved prosjektering. Det er derfor viktig å videreføre både skjermtråder og laminat i alle skjøter. Det er også utviklet en programvare for raskt å kunne vurdere skjermstrømmer for kabelanlegg med hensyn til forlegningsmetoder, dimensjoner og belastning. Denne er et et online-verktøy tilgjengelig fra REN sin nettside. I AP5 har prosjektet som mål å utgi en internasjonal kvalifiseringstest for skjermtilkoblingsutstyr gjennom utgivelse av en CIRED teknisk rapport. En internasjonal arbeidsgruppe innenfor CIRED med deltagere fra 10 land er startet etter initiativ fra prosjektet. To møter ble avholdt i 2017 og to i 2018. I 2019 ble tre avholdt. Hovedelementene i rapporten vil være 1) typiske anleggskonfigurasjoner og resulterende skjermstrømmer, 2) kabeldesign og skjermtilkoblingsutstyr, 3) feiltyper og hendelser og 4) forslag til kvalifiseringstest for skjermtilkoblingsutstyr. Hvert av hovedelementene i rapporten har en dedikert gruppe innenfor CIRED arbeidsgruppen som utfører oppgaver og Skype-møter mellom hovedmøtene. En endelig teknisk rapport med forslag til ny testprosedyre var planlagt i slutten av 2019. På grunn av kompleksiteten ved å lage en slik kvalifiseringstest ble ikke denne ferdigstilt før prosjektslutt. Det er pågående tester ved internasjonale laboratorier som bør ferdigstilles før prosedyren kan ferdigstilles. Målet er å gi ut en rapport i 2020. To studenter ved NTNU Institutt for Elkraftteknikk har hatt prosjekt- og hovedoppgave innenfor problemstillingen. Begge disse, i tillegg til en til hadde også sommerjobb i prosjektet. Prosjektet har bistått med problemstillinger, utstyr til lab-forsøk og veiledning. Resultatene er distribuert i prosjektgruppen. Som en del av AP6 har prosjektet og resultat fra arbeidet har blitt presentert på REN teknisk konferanse 2016 og 2017, REN metodedager 2017, CIRED 2017 i Glasgow, og møte med REN referansegruppe for Kabel og Nettstasjon 2018. I juni 2019 ble en artikkel publisert ved Jicable. Alle prosjektrapporter, samt beregningsverktøy blir publisert på RENs nettsider.

Dette prosjektet har gitt problemstillingen anerkjennelse og økt kompetansen hos partnere og kabeleiere gjennom prosjektets rapporter, publikasjoner (tidsskrift og fagblad) samt i større fagtekniske fora. Man har sett et høyere fokus på riktig valg av materiell og hvordan man kan unngå flere feilscenarioer. Kabeleiere kan med bakgrunn i dokumentasjonen og programvaren på RENs hjemmeside vite hvilke anlegg hvor det er nødvendig med tiltak for å redusere sannsynligheten for havari. Det er spesielt for store kabeltverrsnitt, med en spesiell kabeltype (TSLF) og stor avstand mellom kablene at overoppheting og havari er mest observert. Når den standardiserte testprosedyren i regi av CIRED er utgitt vil man kunne kjøpe materiell som er testet etter en internasjonal anbefaling. Vi har merket stor etterspørsel etter denne, både nasjonalt og internasjonalt, hos leverandører, entreprenører og kabeleiere.

Several severe and costly service failures have occurred in the last years in the Norwegian distribution network due to local overheating in power cables. The main issue is quality of the metallic ground screen and laminate connections close to accessories and in particular cable joints. Today no national or international standardised qualification test for such connections exist. The root causes for failure are not fully understood. This project will provide the necessary knowledge to elucidate the routes to failure, and use this information to propose an international qualification test for new equipment. In addition, a simple but robust methodology for calculation of resulting screen currents will be developed. This, together with national seminars and courses provided by REN, should lead to less future failures providing a more reliable distribution network in the future. In this work, financial support from the Norwegian Research Council is essential to establish fruitful co-operation between Norwegian utilities, cable manufacturers and equipment vendors, NTNU and SINTEF Energy Research.