Pålitelige skjermtilkoblinger i kraftkabler

Abstract

I de senere år har det oppstått flere omfattende og kostbare feil i det norske kraftnettet på grunn av lokal varmgang i kraftkabler. Hovedårsaken til dette er dårlig kontakt i skjermtilkoblinger ved skjøter og endeavslutninger. Det er generelt lite utveksling av erfaring og det er ingen internasjonal eller norsk standard som setter krav til slike tilkoblinger.

Basert på dette satte REN AS i gang et prosjekt som handler om pålitelige skjermtilkoblinger i 2016. Prosjektet er i samarbeid med SINTEF Energi, norske kraftselskap og kabelprodusenter, og vil vare til slutten av 2019. Formålet med prosjektet er å utvikle en bedre forståelse av feilmekanismene og videre bruke denne informasjonen til å introdusere en standardisert test for skjermtilkoblinger. Som en del av arbeidet med å innføre en standardisert test for skjermtilkoblinger har denne masteroppgaven omhandlet laboratorieutfordringer, både praktisk og teoretisk. Hovedmålet med dette prosjektet var å etablere en pålitelig og effektiv testprosedyre og et laboratorieoppsett som kan brukes til å evaluere skjermtilkoblinger i kraftkabler.

Et laboratorieoppsett ble satt sammen for å evaluere to testprosedyrer som bruker forskjellige belastningstyper og metodikk for testing av skjermtilkoblinger. To identiske testoppsett ble satt sammen med 6 testobjekt som besto av «fjærklemmer» som er en vanlig skjermtilkobling i det norske kraftnettet. Den første testprosedyren var en varmesyklustest som skaper syklisk belastning i testobjektene ved å kontinuerlig varme opp og kjøle ned testobjektene. Den andre testprosedyren var en konstant strøm test som hadde en enklere tilnærming med en konstant belastning gjennom hele testperioden.

Resultatene viser at testobjekter fra begge testprosedyrene opplevde en betydelig økning i kontaktmostand med en gjennomsnittlig økning på 507 % for varmesyklustesten og 190 % for konstant strøm testen.

Resultatene viser at testobjektene fra varmesyklustesten gradvis utviklet en kontaktmotstand som var høyere og mere varierende sammenlignet med testobjektene fra konstant strøm testen. Begge testprosedyrene opplevde en økning i kontaktmotstand, men varmesyklustesten ser ut til å ha en større innvirkning på strømføringsevnen til skjermtilkoblingene over tid.

Eksperimentene utført i denne masteroppgaven viste at begge testprosedyrene gir en viss verdi for testing av skjermtilkoblinger, men resultatene viser at de sykliske belastningene som varmesyklustesten introduserer er nødvendig for å fullt ut vurdere egenskapene til en skjermtilkobling.

In recent years, several comprehensive and expensive faults have occurred in the Norwegian power grid due to local hotspots in power cables. The main reason for this is poor contact within the ground screen connections at joints and terminations. There is generally little experience exchange and there are no international nor Norwegian standards that require testing for such connections.

Based on this, REN AS initiated a project that deals with reliable ground screen connections in 2016. The project is in cooperation with SINTEF Energy Research, Norwegian utilities and cable manufacturers, and will run until the end of 2019. The intention of the project is to develop a better understanding of the fault mechanisms and further use this information to introduce a standardized test for screen connections. As a part of the work to introduce a standardized test for screen connections, this master thesis addresses laboratory challenges, both practical and theoretical. The main objectives of this project are to establish a reliable and effective test procedure and laboratory setup that can be used to evaluate power cable screen connections.

A laboratory setup was made to evaluate two test procedures that uses different load types and methodology for testing screen connections. Two identical test setups were made with 6 test objects that consisted of the common screen connection type “constant force springs”. The first test procedure was a heat cycle test which initiated cyclic strains in the test objects by continuously heating and cooling down the test objects. The second test procedure was a constant current test which had a simpler approach with constant loads throughout the entire test period.

Results show that test objects from both test procedures experienced a significant increase in contact resistance with an average increase of 507 % for the heat cycle test and 190 % for the constant current test.

The results show that the test objects from the heat cycle test gradually worsened and gained variating contact resistances compared to the test objects from the constant current test. Both test procedures experienced an increase in contact resistance, but the heat cycle test seemed to have had a bigger impact on the ampacity of the screen connections over time.

The experiments performed in this master thesis proved that both test procedures give a certain value for testing screen connections, but the results showed that the cyclic strains from the heat cycle test is a necessary factor to fully evaluate the properties of power cable screen connections.