Lebensdauerprognose für Kabel in Sicht
Forscher der Universität Erlangen machen Verteilnetzbetreibern Hoffnung. Konkret messbare Parameter sollen den Unternehmen bald eine verlässliche Vorhersage über Restlebensdauer und Ausfallwahrscheinlichkeit der immer noch viel genutzten papierisolierten Mittelspannungskabel möglich machen.
Der Lebensdauertest für papierisolierte Mittelspannungskabel läuft seit zwei Jahren in einer ehemaligen Trafostation des Nürnberger Netzbetreibers N-ergie.
Foto: N-ergie
„Wir wollen die Alterungscharakteristik von Massekabeln durch messtechnische Maßnahmen feststellen. Damit soll man künftig im Feld – also im Betriebszustand – den Zustand der Kabel abschätzen und bestimmen können“, beschreibt Privatdozent Christian Weindl, woran seine Forschergruppe der Uni Erlangen arbeitet. Einfacher: Sie suchen eine „Kenngröße, um die noch zu erwartende Lebensdauer vorauszusagen“.
Langzeittest läuft seit zwei Jahren
Der Langzeittest dafür läuft seit zwei Jahren in einer ehemaligen Trafostation des Nürnberger Netzbetreibers N-ergie. In dieser Zeit haben Wissenschaftler vom Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme der Uni Erlangen versucht, „Messgrößen zu finden, die eine zuverlässige Strategie zur Instandhaltung und zum Asset-Management ermöglichen, sowie die Grenzwerte der bereits bekannten Parameter genauer zu spezifizieren“, erklärt Ivana Mladenovic. Sie hat während dieser Zeit zu diesem Thema promoviert und sogar einen angesehenen Preis für ihre Doktorarbeit bekommen, konkret: für die Entwicklung des dabei benutzten Datenbanksystems.
Laut Weindl sind außer Mladenovics weitere 30 Forschungsarbeiten mit 30 Veröffentlichungen im Rahmen der Tests entstanden. Allein die Menge zeige, wie viel Bedarf es in diesem Themenfeld gebe. Noch, müsste man ergänzen. Denn die erforschten, sogenannten „Massekabel“ sind eine alte, aussterbende Technik. Sie werden heute kaum mehr hergestellt. Deren Isolierung besteht aus Papier, der Abstand zu den Stromleitern wird durch flüssiges Paraffinöl gewährleistet. Heute werden bei 5-kV-, 10-kV- oder 20-kV-Netzen meist kunststoffisolierte Kabel eingebaut.
In der Erde liegen noch viele Massekabel von regionalen Netzbetreibern
Dennoch machen Massekabel in Deutschland bei einzelnen regionalen Netzbetreibern noch bis zur Hälfte der verlegten Erdkabel aus, der langen Lebensdauer sei Dank. Ähnliche Verhältnisse herrschen zum Beispiel in den Niederlanden oder Belgien.
Zwar „haben die meisten die erwartete Lebensdauer von rund 35 Jahren längst überschritten“, so Gerald Höfler von der N-ergie Netz GmbH (NNG), aber „wir tauschen Massekabel normalerweise nach Fehlern aus, nur selten nach Alter“, verrät er. Die NNG hat von den Uni-Forschungen „großen Nutzen. Denn jetzt bekommen wir im Idealfall eine Restlebensdauer angezeigt. Damit werden wir die Erneuerungen optimieren, können den Ersatz besser koordinieren.“
Nicht die Öffentliche Hand, sondern die NNG hat die Forschung mitfinanziert, neben den Bayerischen Kabelwerken (Bayka) aus Roth und einer kanadischen Sensorenfirma. Deshalb werden sich die Beteiligten die künftig zu erwartenden Lizenzgebühren wohl teilen. Patentiert sei das Verfahren bereits. „In etwa zwei Jahren“, schätzt Mladenovic, sei ein entsprechendes „Messgerät serienreif“. Das werde unter anderem das Teilentladungsverhalten innerhalb der Isolation untersuchen – hierdurch können Schwachstellen identifiziert werden – oder den Verlustfaktor der Isolation.
100 Kabel alterten künstlich 100 Jahre
Möglich machte den Erfolg der Langzeittest. So wurden „100 Kabel künstlich gealtert, in zwei Jahren das vollzogen, was draußen 100 Jahre dauert“. Laut Weindl kamen dabei sowohl neue wie auch 50 Jahre alte Testkabel zum Einsatz.
Die künstliche Alterung geschah recht energiesparend: Durch eine eigens entwickelte Schaltung wurden zwar 1000 A durch die Kabel gejagt, doch nur mit einer geringen Spannung. Gegenüber der Isolierung wurde eine Mittelspannung von bis zu 50 kV angelegt. „Wir haben maximal 30 kW Leistung benötigt, im regulären Betrieb wären etwa 20 kW notwendig gewesen“, rechnet er vor.
In den zwei Testjahren haben die Forscher mehr als 270 000 Einzelmessungen durchgeführt. Das automatische Messsystem erfasst 840 verschiedene Diagnosekenngrößen. Auf 900 GByte summiert sich inzwischen die Datenmenge. „Und 70 % der Kabel sind inzwischen ausgefallen“, meldet Weindl den – aus seiner Sicht – Testerfolg.
Die Resonanz auf die bisherigen Arbeiten könne sich auch sehen lassen: „200 konkrete Telefonate mit Netzbetreibern und der Industrie.“ Im Übrigen sollen die Tests im kürzlich eingeweihten Energiecampus Nürnberg EnCN weitergeführt werden . Die NNG will weiter dabei sein.
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