Sammenligning av målte og beregnede temperaturer langs strømbelastede Oslofjord kabler

Abstract

En viktig aldringsmekanisme i strømkabler er høye driftstemperaturer, da dette kan påvirke kvaliteten på isolasjonen. Det er derfor viktig å overvåke temperaturene i kablene. For bedre utnyttelse av kabelanleggene er det viktig å undersøke hvilken påvirkning strømbelastning, omgivelsestemperatur, kabeldesign og forlegning har på temperaturforholdene langs en forlagt kabel. Forståelse for dette er avgjørende for at kabelisolasjonens tåleevne kan vurderes med tanke på kjøling og termisk treghet i kabelsystemet.

I denne hovedoppgaven har påvirkningen fra last og omgivelsestemperaturer på temperaturene i kablene som krysser ytre Oslofjord blitt analysert. En PEX-kabel og en oljetrykks-papirisolert kabel, videre kun referert til som oljekabel, er undersøkt i delen av traseen hvor kablene ligger i en luftfylt kulvert. Videre er det foretatt temperatur- og lastberegninger ved å benytte både analytisk og numerisk metode. Den analytiske metoden benyttet er beregninger utført ved hjelp av IEC 60287, som er den internasjonale standarden for beregning av kablers strømføringsevne. Den numeriske metoden som benyttes er beregninger utført i simuleringsprogrammet COMSOL Multiphysics.

Formålet med temperaturberegningene har vært å sammenligne beregnede temperaturer i kablenes PE-kappe med virkelige målinger. Disse målingene er utført av et innebygd DTS-system (Distributed Temperature Sensing) som overvåker temperaturen langs kabelkappen. Lastberegningene er utført for å undersøke kablenes maksimale strømføringsevne. Videre blir lastberegningene benyttet til å estimere tiden det tar for kablene å nå de høyeste tillatte driftstemperaturene ved maksimal last.

Kabeltemperaturene har ifølge innledende analyse en klar sammenheng med omgivelstemperaturer i august, hvor omgivelsestemperaturen er høy og lasten lav. I januar, hvor lasten er høy og omgivelsestemperaturen lav, er det sterkest korrelasjon mellom kabeltemperatur og last. Det er foretatt en tidsavhengig numerisk beregning av temperaturutviklingen i kablene, der denne sammenhengen er undersøkt. I beregningene framkommer det ingen vesentlig korrelasjon, noe som kan tyde på ufullstendig beregningsmodell.

Beregningene som er utført i denne oppgaven, og de tilhørende resultatene er generelt svært følsomme for hvilken modell som benyttes. I temperaturberegningene er det store variasjoner mellom beregninger og de faktiske målingene, mens lastberegningene konsekvent gir høyere resultat ved å benytte analytisk metode enn når numerisk benyttes. I tillegg fører små endringer i last til store endringer i kabelens oppvarmingstid.