Ein Mittelspannungskabel fällt selten am Tag seiner Verlegung aus. Es fällt Monate oder Jahre später aus, wegen einer fehlerhaft ausgeführten Muffe, eines verschmutzten Endverschlusses oder Water Trees in der Isolierung, und fast immer im ungünstigsten Moment. Hochspannungsprüfungen (Hipot) und Prüfungen mit sehr niedriger Frequenz (VLF) dienen dazu, solche Fehler kontrolliert zu finden, vor dem Zuschalten oder während eines geplanten Stillstands. Dieser Leitfaden erklärt, warum VLF zum Referenzverfahren für Kabel mit VPE-Isolierung (XLPE) geworden ist, worin sich eine Spannungsprüfung von einer Diagnoseprüfung unterscheidet und wie der Prüfort sicher vorbereitet wird.
Warum VLF mit 0.1 Hz bei VPE-Kabeln (XLPE)
Jahrzehntelang wurden Kabel mit Gleichspannungs-Hipot geprüft. Bei Kabeln aus vernetztem Polyethylen (VPE/XLPE) wird diese Praxis nicht mehr empfohlen: Die Gleichspannung bildet die Feldverteilung, der die Isolierung im Wechselstrombetrieb ausgesetzt ist, nicht nach und kann Raumladungen im Dielektrikum zurücklassen. Bei gealterten Kabeln mit Water Trees kann dies nach dem Wiederzuschalten einen Ausfall beschleunigen. Deshalb weist die Normenfamilie IEEE 400 in Richtung Prüfungen mit Wechselspannung.
Der Nachteil einer Prüfung mit 60 Hz ist die Leistung: Ein langes Kabel ist ein großer Kondensator, und die erforderliche Blindleistung ist proportional zur Frequenz. Bei 0.1 Hz ist die benötigte Leistung etwa 600-mal geringer als bei 60 Hz, sodass tragbare Geräte vor Ort eingesetzt werden können. Der Leitfaden IEEE 400.2 behandelt speziell VLF-Feldprüfungen an geschirmten Kabelsystemen mit sinusförmiger oder kosinus-rechteckförmiger Spannung und legt Prüfspannungen nach Spannungsklasse des Kabels und Prüfart fest.
Spannungsprüfung vs. Diagnoseprüfung
Spannungsprüfung (Withstand). Eine erhöhte Spannung wird für eine festgelegte Dauer angelegt. Tritt kein Durchschlag auf, gilt das Kabel als bestanden. Ziel ist es, einen schwerwiegenden Fehler während der Prüfung zum Durchschlag zu bringen, bei freigeschaltetem Kabel und unter kontrollierten Bedingungen, statt im Betrieb. Es handelt sich um eine Bestanden/Nicht-bestanden-Prüfung: Sie sagt nichts über die verbleibende Lebensdauer der Isolierung aus.
Diagnoseprüfung. Sie misst eine Eigenschaft der Isolierung, um deren Zustand zu bewerten und mit anderen Abschnitten oder früheren Messungen zu vergleichen. Die mit VLF am häufigsten verwendete Methode ist der Verlustfaktor (tan δ); ergänzende Verfahren sind die Teilentladungsmessung (TE) und der Isolationswiderstand.
Daneben gibt es die überwachte Spannungsprüfung (Monitored Withstand), bei der der Verlustfaktor während der Spannungsprüfung aufgezeichnet wird. Sie verbindet die Integritätsprüfung mit Trendinformationen in einer einzigen Spannungsbeanspruchung.
Verlustfaktor (tan δ): was er misst und wie er interpretiert wird
Der Verlustfaktor (tan δ) ist das Verhältnis zwischen dem ohmschen und dem kapazitiven Strom durch die Isolierung. Intaktes VPE hat sehr geringe Verluste; Feuchtigkeit, Water Trees und mangelhafte Muffen oder Endverschlüsse erhöhen sie. Die Messung erfolgt in Spannungsstufen, typischerweise bei 0.5 U0, 1.0 U0 und 1.5 U0, wobei U0 die Nennspannung Leiter–Erde des Kabels ist. IEEE 400.2 bewertet drei Kennwerte:
- Mittelwert des Verlustfaktors bei der Bezugsspannung.
- Zeitliche Stabilität (Standardabweichung der Messwerte innerhalb derselben Stufe).
- Anstieg mit der Spannung (Tip-up), die Differenz zwischen hohen und niedrigen Stufen.
Anhand dieser Kennwerte wird das Kabel in Kategorien wie “keine Maßnahme erforderlich”, “weitere Untersuchung empfohlen” oder “Maßnahme erforderlich” eingestuft. Die Grenzwerte hängen von der Isolierungsart und der Ausgabe des Leitfadens ab und sind der gültigen Norm zu entnehmen; zudem ist der Trend desselben Kabels über die Jahre meist aussagekräftiger als ein Einzelwert.
Abnahme- und Wartungsprüfungen
| Art | Wann | Zweck | Spannungsniveau |
|---|---|---|---|
| Installation | Nach dem Verlegen des Kabels, vor Muffen und Endverschlüssen | Beschädigungen beim Einziehen erkennen | Gemäß IEEE 400.2 |
| Abnahme | Komplettes System, vor dem Zuschalten | Kabel, Muffen und Endverschlüsse prüfen | Das höchste der drei |
| Wartung | Während der Nutzungsdauer, bei geplanten Stillständen | Alterung bewerten und Austausch planen | Niedriger als bei der Abnahme |
In Mexiko schreibt die NOM-001-SEDE-2012 (mexikanische Norm für elektrische Anlagen) vor, dass elektrische Anlagen vor der Inbetriebnahme und nach jeder Änderung geprüft werden müssen, wodurch die Abnahmeprüfung bei neuen Umspannstationen und Abgängen ein Pflichtschritt ist. Bei der Wartung soll die reduzierte Spannung den Zustand bewerten, ohne eine gealterte Isolierung unnötig zu beanspruchen; dennoch kann eine Spannungsprüfung den Ausfall einer Schwachstelle auslösen, weshalb sie eingeplant werden sollte, wenn Spielraum für eine Reparatur besteht.
Sicherheit und Vorbereitung
Hochspannungsprüfungen dürfen nur von qualifizierten Personen durchgeführt werden, mit Freischalten/LOTO gemäß der NOM-029-STPS-2011 (mexikanische Norm des STPS, des mexikanischen Ministeriums für Arbeit und Sozialfürsorge, zur Sicherheit bei Instandhaltungsarbeiten an elektrischen Anlagen) und den internen Regeln des Werks. Die wichtigsten Punkte:
- Trennung des Stromkreises: freischalten, an beiden Enden öffnen und gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit feststellen und erden, bevor das Kabel berührt wird.
- Betriebsmittel abtrennen, die nicht mit der Prüfspannung beaufschlagt werden dürfen: Transformatoren, Spannungswandler, Überspannungsableiter und alle angeschlossenen Verbraucher.
- Endverschlüsse: reinigen und trocknen; Oberflächenverschmutzung erzeugt Kriechströme, die den Verlustfaktor verfälschen, und kann Überschläge verursachen. Abstände zu Erde prüfen.
- Gegenende: Absperrungen, Beschilderung und eine Person mit Funkgerät am anderen Ende; während der Prüfung darf niemand den Bereich betreten.
- Schirme: gemäß dem Verfahren des Prüfgeräts geerdet.
- Erden nach der Prüfung: Das Kabel speichert Ladung. Es mit dem System des Prüfgeräts entladen, eine feste Erdung anlegen und diese so lange beibehalten, wie Hersteller und Verfahren vorgeben, bevor Anschlüsse entfernt werden.
Checkliste für den Prüftag
- Kabeldaten: Spannungsklasse, U0, Isolierungsart, Länge, Anzahl der Muffen, Alter.
- Einpoliges Schaltbild und unterzeichnete Arbeitsfreigaben.
- Angeschlossene Betriebsmittel identifiziert und abgetrennt.
- Spannungen und Dauer gemäß IEEE 400.2 und Prüfart festgelegt.
- Frühere Ergebnisse für den Trendvergleich.
- Vorab vereinbartes Vorgehen für den Fall, dass das Kabel während der Prüfung ausfällt.
Häufig gestellte Fragen
Kann man weiterhin Gleichspannungs-Hipot verwenden?
Bei VPE-Kabeln (XLPE) geht die Tendenz der Branche und von IEEE 400 dahin, im Feld keine Gleichspannung zu verwenden, vor allem nicht bei gealterten Kabeln. Gleichspannung bleibt in anderen Anwendungen und bei einigen anderen Isolierungsarten nützlich; die Wahl sollte sich nach der anwendbaren Norm und der Empfehlung des Herstellers richten.
Schädigt die VLF-Prüfung ein intaktes Kabel?
Wird sie mit den Pegeln und Zeiten des Leitfadens durchgeführt, ist die Prüfung so ausgelegt, dass sie eine gesunde Isolierung nicht schädigt. Sie bringt vielmehr schwerwiegende Fehler zum Durchschlag, die sonst im Betrieb ausfallen würden.
Lohnt sich Miete oder Kauf eines VLF-Prüfgeräts?
Das hängt vom Umfang ab. Unternehmen, die häufig Kabel prüfen, können den Kauf eines VLF-Hipot-Prüfgeräts in Betracht ziehen; für gelegentliche Prüfungen ist es meist praktischer, den Service mit spezialisiertem Personal zu beauftragen.
Bei CreativeIT Group führen wir VLF-Prüfungen an Mittelspannungskabeln vor Ort in Monterrey und in ganz Mexiko durch, einschließlich Hipot-Prüfungen an Kabeln in Puebla. Unsere Ingenieure führen die Prüfungen ohne Unterauftragnehmer durch und werten sie aus, dokumentieren mit Fotos und Video und können sie in Anwesenheit des Kunden durchführen, mit kalibrierten, auf NIST rückführbaren Geräten. Fordern Sie Ihr Angebot an unter (81) 4777 6921, (81) 2230 6079, per WhatsApp oder an info@creativeit.mx; wir antworten noch am selben Tag, Montag bis Samstag von 10:00 bis 18:00 Uhr.
