NL2016171B1 - Werkwijze en inrichting voor het detecteren en lokaliseren van afwijkingen in een vermogenskabel - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze en inrichting voor het detecteren van afwijkingen in een stroomkabel omvattende één of meer geleidende aders, de werkwijze omvattende de volgende stappen: - het verdelen van de stroomkabel met een bepaalde lengte in een aantal kabelsecties van kleinere lengte; - het bepalen van een sectiepatroon van signalen die in een sectie optreden indien de isolatie van een ader een afwijking vertoont; - het meten van de grootte van signalen in de tijd in een bepaalde frequentieband; - het aanwijzen van een kabelsectie met een afwijking wanneer de gemeten signalen passen in het bepaalde sectiepatroon voor de kabelsectie.

Description

Werkwijze en inrichting voor het detecteren en lokaliseren van afwijkingen in een vermogenskabel

In vele landen is een elektriciteitsnetwerk m gebruik dat gebruikers verbindt met producenten. Veelal bestaat een elektriciteitsnetwerk uit verschillende spanningsniveaus. Het laagste niveau is een laagspanningsnetwerk (bijv. 110 of 230 V) wat bijv. buizen van elektriciteit vóórziet. Dit netwerk wordt gevoed door elektriciteit met een hogere spanning om te zetten naar laagspanning met behulp van transformatoren, die zich in transfbrmatorhuisjes bevinden. De transformatoren worden gevoed vanuit een middenspanningskabel, met een spanning van bijv. 10 kV, Het middenspanningsnetwerk is vervolgens verbonden met een transformator die hoogspanning uit liet hoogspanningsnetwerk (bijv. 100 kV of hoger) omzet naar middenspanning.

Het moge duidelijk zijn dat voor deze netwerken zeer veel vermogenskabels in gebruik zijn, waaraan ook onderhoud dient te worden gepleegd. Het bepalen of de kabels, of delen van de kabels, aan vervanging toe zijn berust veelal op schattingen. Daarbij liggen middenspanningskabels doorgaans onder de grond, waardoor visuele inspectie bijzonder arbeidsintensief is. Hierdoor worden in het algemeen op door schatting bepaalde tijden volledige kabels vervangen, waardoor per kabel doorgaans over enkele honderden meters gegraven moet worden. Naast normale veroudering van de kabels kan ook mechanische belasting (bijv. door verzakking, bouwwerkzaamheden, boomwortels, etc. etc.) kinken in de kabel of andere beschadigingen veroorzaken. Hierdoor kan bijv. het lekken van stroom vergroot worden, de kabel doorslag vertonen en/of onbruikbaar geraken . Verder wordt het schatten van de levensduur bemoeilijkt door de steeds grotere hoeveelheid decentraal opgewekte stroom, zoals door zonnecellen. De kabels zijn niet berekend op de zw are en/of zeer afwisselende belasting die hierdoor wordt veroorzaakt. Naast een resulterende verkorting zal de levensduur ook onvoorspelbaarder worden, hetgeen de kans op uitval vergroot.

Document WO 2015/078716 Ai toont een werkwijze voor het lokaliseren van partiële ontladingen in elektriciteitskabels. Hierbij wordt door hoogspanningsbron een spanning van honderd kilovolt op actieve wijze op een te testen kabel aangelegd aan een ontkoppeld einde daarv an om zodoende partiële ontladingen te veroorzaken. Met behulp van een sensoreenheid worden daarna door het meten van de stroom pulsen afkomstig van de partiële ontlading gedetecteerd. Bij het uitvoeren van deze werkwijze dient de kabel uit gebruik genomen te worden, hetgeen ongewenst is bijv. door uitval van stroomlevering.

Document EP 1 094 324 A2 beschrijft een werkwijze voor het lokaliseren van partiële ontladingen die een puls veroorzaken in een elektrisch systeem, w aarbij karakteristieke parameters worden bepaald die de vorm van een enkele puls beschrijven en informatie verschaffen over de locatie van de ontlading. Om de karakteristieke parameters te kunnen bepalen dient de puls met een zodanig grote signaal-ruisverlioiidmg gemeten te worden, dat de werkwijze in de praktijk het nadeel heeft storingsgevoelig te zijn.

Volgens de onderhavige octrooiaanvrage wordt in een eerste aspect een werkwijze verschaft voor het detecteren van afwijkingen m een in gebruik zijnde stroom -of vermogenskabel omvattende één of meer geleidende aders, omvattende de volgende stappen; - het verdelen van de vermogenskabel met een bepaalde lengte in een aantal kabelsecties van kleinere lengte; - het bepalen v an een sectiepatroon van signalen die in een sectie optreden mdien de isolatie van een ader een afwijking vertoont; - het meten van de grootte van signalen in de tijd in een bepaalde frequentieband; en - het aanwijzen van een kabeïseetie met een afwijking wanneer de gemeten signalen passen in het bepaalde sectiepatroon voor de kabeïseetie.

Deze werkwijze verschaft informatie over de toestand van vermogenskabels. Dankzij het constateren of er afwijkingen of verstoringen aanwezig zijn kan beter w orden bepaald w aar er onderhoud plaats moet vinden. Het wordt immers mogelijk de locatie van de eventuele afvvijkmgen/verstormgen in de kabel te bepalen, zodat de mogelijkheid ontstaat om preventief beheer uit te voeren. Hierbij hoeft bijv. slechts een deel van de kabel te worden vervangen.

De laatst beschreven werkwijze is v oordelig ten opzichte van de hierboven geciteerde documenten omdat de werkwijze wordt uitgevoerd wanneer de kabel in gebruik is en op passieve wijze, d.w.z. zonder dat een externe spanning behoeft te worden aangelegd, en omdat onder andere door het bepalen van een sectiepatroon van signalen., de kabeïseetie met een afwijking wordt aangewezen wanneer de gemeten signalen in een van de sectiepatronen past.

Het is een verder voordeel van de werkwijze dat de impedantie van de kabelsecties met behulp van de gemeten signalen in de tijd bepaald kunnen worden. Door het bepalen van de impedantie van de kabel en veranderingen daarvan wordt het onder andere mogelijk informatie te verschaffen over de kabeltemperatuur.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen van deze werkwijze omvatten de gemeten signalen bij voorkeur signalen afkomstig van één of meer afwijkingen in één of meer kabelsecties van de kabel, waarbij de signalen zich in beide langsrichtingen van de kabel en met een bepaalde snelheid voortplanten door de één of meer geleidende aders van de kabel en gereflecteerd worden aan kabeleinden of andere veranderingen van impedantie. Hoe langer een signaal zich voortplant ov er de kabel, en hoe vaker een signaal gereflecteerd is, zal de grootte ofwel amplitude van het signaal afnemen. De signalen kunnen door verschillende mechanismen bij afwijkingen ontstaan. Zo kan er bijv. een puls ontstaan in een bepaald kabeldeel wanneer er een ontlading (doorslag) gebeurt, kan een impedantieafwijking in een kabeïseetie ontstaan, of kan ruis gegenereerd w orden in een kabelseetie bijv. door het lager worden van de lekweerstand, Het verlagen van de lekweerstand kan onder andere worden veroorzaakt door beschadigingen aan de kabehnantel. of andere beschadigingen aan de kabel, bijv. veroorzaakt door mechanische belasting.

Bij voorkeur worden de signalen gemeten op één locatie van de kabel, bijv. nabij kabeleinden in een transformatiehuisje. De mogelijkheid te meten op één locatie ontstaat door het bepalen van de sectiepatronen van signalen en reflecties van signalen, waarna het meten van ai deze signalen een directe indicatie geeft van de kabelseetie met een afwijking.

Bij v oorkeur worden de signalen gemeten m gemeten waarden van bijv. het magnetisch veld, de stroom door de aders van de kabel en/of de spanning. Meer voorkeur wordt een contactloze, d.w.z. passieve, meting van de spanning gedaan door bijv. een capacitieve meting, wanneer de kabel geen elektromagnetische afscherming heeft. Meest voorkeur wordt het magnetisch veld gemeten, aangezien dit contactloos gedaan kan worden door middel van het inductief meten van het magnetisch veld geïnduceerd door de stroom die loopt door de kabel. De stroom kan berekend worden wanneer het magnetisch veld wordt gemeten.

Bij voorkeur hebben de kabelseeties een lengte van 1 tot en met 40 meter. De behaalde resolutie is onder andere afhankelijk van eigenschappen van de kabel en de meting, zoals de lengte van de kabel en de frequentie band waarin gemeten wordt.

Bi j voorkeur wordt gemeten in een frequentie band v an 50 Hz tot en met 10 GHz, meer voorkeur 50 Hz tot en met 1 GHz, bijv. 50 Hz tot en met 100 MHz, 50 Hz tot en met 10 MHz, 50 Hz tot en met 1 MHz en 50 Hz tot en met 100 kHz. De te gebruiken maximale frequentie is onder andere afhankelijk van de gewenste lengte van de kabelseeties. Hoe korter de kabelseetie, hoe hoger de frequentie. Daarnaast zullen er hij een hoge frequentie mogelijk meer signalen in de gemeten waarden te zien zijn.

Bij v oorkeur wordt het sectiepatroon voor iedere kabelseetie bepaald door het op verschillende tijden aanwezig zijn van de signalen in de gemeten waarde, zoals het magnetisch veld of de stroom, waarbi j de gemeten waarde op verschillende tijden omvat het signaal direct afkomstig uit een kabelseetie met een afwijking, en ten minste één van de reflecties van het zich in eerste instantie in de andere richting voortplantende signaal gereflecteerd bij een kabeleinde of andere verandering van impedantie. De tijden waarop de signalen worden gemeten zijn afhankelijk van de lengte van de kabel en de signaaivoortplantingssnelheid in de kabel. De voortplantingssnelheid is onder andere afhankelijk van de permittiviteit van het isolatiemateriaal van de mantels van de aders en de kabel en ligt veelal tussen 10% en 100% van de lichtsnelheid.

Bij voorkeur wordt het sectiepatroon voor iedere kabelseetie verder bepaald door de relatieve grootte van signalen, waarbij de grootte van de signalen kleiner wordt met de voortplantingstijd over de kabel. Daarbij zorgt iedere reflectie voor een vermindering van de signaalgrootte.

Wanneer bijv, de stroom gemeten wordt op één locatie, zuilen de signalen die ontstaan in een bepaalde kabel sectie op verschillende tijden aanwezig zijn in de gemeten stroom. Wanneer er bijv. een ontlading in een bepaalde kabelsectie plaats vindt, zal er een signaal in de vorm van een puls in beide iangsrichtmgen van de kabel voortplanten met een bepaalde snelheid. Op de locatie waar gemeten wordt, die zich om praktische redenen bij voorkeur in een transfoimatiehuisje bevindt, zal de puls die zich in de richting van de meetlocatie voortplant op een bepaald tijdstip in de stroom zichtbaar zijn. De pulsen zullen w orden gereflecteerd op plekken in de kabel waar de impedantie verandert, zoals bij de kabeleinden. Deze reflecties worden op latere tijden zichtbaar in de stroom gemeten op de meetlocatie. Het patroon in de tijd van de gemeten directe en gereflecteerde pulsen is kenmerkend voor de kabelsectie waar de oorspronkelijke puls is ontstaan. Door het meten van dit patroon kan derhalve bepaald worden in welke sectie van de kabel een afwijking of verstoring is, waarbij drie pulsen voldoende informatie geven. Het moge duidelijk zijn dat het voorgaande voorbeeld ten aanzien van een puls ook geldt voor andere signalen veroorzaakt door afwijkingen, zoals mis, en voor andere gemeten waarden, zoals de spanning.

Bij voorkeur worden de gemeten waarden geanalyseerd om gemeten waarden per ader te bepalen, waarbij de signalen worden gemeten in de gemeten waarden per ader.

Bij voorkeur worden de signalen gemeten in een ‘common mode’ en/of één of meer ‘differential modes’ ten aanzien van de verschillende aders. Een voordeel van het meten van de signalen in de diverse modes is dat signalen beter, of meer signalen, zichtbaar kunnen worden ten opzichte van bijv. slechts meten in ‘common mode’. Een verder voordeel van meten in verschillende modes is dat het mogelijk wordt van de verschillen in signaalvoortplantmgsnelheid tussen bijv, ‘common' en ‘differential ' modes gebruik te maken.

Bij voorkeur wordt een tijdsverschil gemeten tussen signalen gemeten in de 'common mode’ en de één of meer ‘differential modes', waarbij het aanwijzen van een kabelsectie met een afwijking ook met behulp van het bepaalde tijdsverschil gedaan wordt. Door het verschil in voortplantingssnelheid zal een signaal dat is ontstaan in een kabelsectie met een afwijking op verschillende tijden gemeten worden op een meetlocatie in de verschillende modes. Het tijdsverschil tussen gemeten signalen geeft een verdere mogelijkheid de kabelsectie mei een afwijking aan te wijzen.

Bij voorkeur wordt het aanwijzen van een defecte kabelsectie gedaan met behulp van een tijdfilter opgebouwd met behulp van de bepaalde signaalpatronen per kabelsectie, waardoor gekeken kan worden naar signalen afkomstig uit een vooraf bepaalde kabelsectie.

Bij voorkeur omvat de werkwijze na de stap van het meten verder het opsommen van de signalen vallende in het bepaalde sectiepatroon per kabelsectie, waarbij het aanwijzen verder omvat het aanwijzen van een defecte kabelsectie wanneer de opgesomde signalen per kabelsectie boven een bepaalde drempelwaarde liggen, of afwijken ten opzichte van een verwachtingswaarde. bij voorkeur wanneer de opgesomde signalen van een kabelsectie verschillen met een bepaalde drempelwaarde ten opzichte van de opgesomde signalen van andere kabel secties, bijv. een gemiddelde waarde of mediaan van de opgesomde signalen van andere kabelseeties. Meer bij voorkeur zijn er meerdere drempelwaarden om meerdere categorieën toe te kunnen passen, zoals bijv, 'hoge prioriteit’, ‘lage prioriteit' en ‘geen prioriteit’ ten aanzien van het vervangen van een kabel of kabelsectie. Energiebedrijven kunnen de vereisten zoals drempelwaarden formulieren afhankelijk van hun voorkeuren la. v. onderhoud, type kabel etc. etc. Het opsommen van signalen per kabelsectie kan de hoeveelheid data reduceren en kan lokaal weergegeven worden, bijv. op een beeld sche rmpane el.

Bij voorkeur omvat de werkwijze het verzenden van informatie over de status van één of meer kabels, waarbij de stap van het opsommen ervoor zorgt dat de hoeveelheid te verzenden data verkleind kan worden.

Bij voorkeur worden het sectiepatroon voor iedere kabelsectie en verdere kabelkarakteristieken bepaald door het karakteriseren van de kabel door middel van het meten aan de kabel gedurende een bepaalde tijd. Andere mogelijkheden voor het vinden van kabelkarakteristieken omvatten berekeningen of simulaties aan de hand van kenmerken zoals de lengte van de kabel, de hoeveelheid aders, de vorm van de aders, etc.

In een tweede aspect volgens de onderhavige octrooiaanvrage wordt een inrichting verschaft voor het nieten aan een vermogenskabel, omvattende: - één of meer magnetische sensoren, waarbij de magnetische sensoren zijn ingericht om rondom de vermogenskabel aangebracht te worden en om het magnetisch veld te meten in de tijd in een bepaalde frequentieband; - processoimiddelen voor het verdelen van de vermogenskabel met een bepaalde lengte in een aantal secties van kleinere lengte, het bepalen van een sectiepatroon van signalen die in een sectie optreden indien de isolatie van een ader een afwijking vertoont, het aanwijzen van een kabelsectie met een afwijking wanneer de gemeten signalen passen in het bepaalde sectiepatroon voor de kabelsectie; en - geheugenmiddelen voor het opslaan van de sectiepatronen en gemeten waarden.

Hoewel meten met behulp van één sensor mogelijk is, omvat de inrichting volgens voorkeursuitvoeringsvoimen een aantal sensoren dat gelijk is aan het aantal aders vermeerderd met één wanneer de vermogenskabel twee of meer aders omvat.

Bij voorkeur zijn de processormiddeien aangepast om de positie van iedere ader te berekenen. Meer voorkeur zijn de processormiddeien verder aangepast ook de stroom voor iedere ader uit het gemeten magnetisch veld te berekenen.

Bij voorkeur omvat de inrichting communicatiemiddelen voor het verzenden van data, meer voorkeur omvatten de communicatiemiddelen ook middelen voor het ontvangen van instructies of andere data.

Bij voorkeur omvat de inrichting verder middelen voor het capacitief meten van de spanning.

De voorgaande en verdere voorkeursuitvoeringsvormen van werkwijzen en inrichtingen volgens de onderhavige uitvinding geven de mogelijkheid voor bijv. netbeheerders kosten te besparen en geven onder andere potentieel inzicht in de conditie van de veimogenskabels (veroudering, risico), de uitvul van veimogenskabels en potentiële uitval] ocaties.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrij ving van figuren die betrekking hebben op een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan, waarin tonen:

Fig. 1 een schematische weergave van de impedantie versus de afstand met cone sponde rende looptijden van signalen ontstaan in een eerste voorbeeldsectie van een vermogenskabel;

Fig. 2 een weergave van de tijden waarop de signalen zoals in fig. 1 worden gemeten:

Fig. 3 een schematische weergave van de impedantie versus de afstand met corresponderende looptijden van signalen ontstaan in een tweede voorbeeldsectie van een vermogenskabel;

Fig. 4 een weergave van de tijden waarop de signalen zoals in fig. 3 worden gemeten;

Fig. 5 een schematisch voorbeeld van gemeten intensiteit versus tijd van signalen ontstaan in de kabelsectie zoals in fig. 2;

Fig. 6 een histogram van opgesomde signalen per kabelsectie van fig. 1 en 3.;

Fig. 7 een voorbeelduitvoeringsvorm van een meeteenheid met magnetische sensoren van de inrichting;

Fig. 8 een bovenaanzicht van de voorbeelduitvoeringsvonn van een meeteenheid met magnetische sensoren als in fig. 7;

Fig. 9 een schematische weergave van een meting van het magnetisch veld rondom een vermogenskabel met drie aders; en

Fig. 10 een schematische weergave van de verschillende modes van een vermogenskabel met drie en vier aders.

In fig. 1 is schematisch de impedantie versus de afstand weergegeven, waarbij een vermogenskabel, aangeduid als kabel 14, transfomiatorhuisje A 10 met transformatiehuisje B 12 verbindt en is verdeeld in secties. De secties zijn in het voorbeeld van fig. 1 aangegeven met de verticale lijnen die kabel 14 snijden. Een kabel met een lengte van bijv. 400 meter zal worden verdeeld in secties van bijv. 1 meter, afhankelijk van eigenschappen van de kabel en de meting. zoals de lengte van de kabel en de frequentieband waarin gemeten wordt. Een signaal 20 ontstaat in kabelsectie 100 en zal zich voortplanten in beide langsrichtingen van kabel 14. Het signaal dat zich in eerste instantie voortplant in de richting vari transfonnatorhuisje AIO zal de afstand afleggen tussen kabelsectie 100 en meetinnchting 16 en zal worden gemeten door de meetinrichting 16. Een tijd ti ten opzichte van het ontstaan van het signaal 20 correspondeert met het afleggen van deze afstand. Wanneer bijv, de voortplantingssnelheid en de afgelegde afstand gelijk zijn aan 95% van de lichtsnelheid en 400 m, is tj ongeveer 1.4 ps. Het signaal zal verder propageren en worden gereflecteerd aan kabeleinde 30. Een tijd t( +12 na het ontstaan van het signaal 20 zal deze reflectie worden gemeten door meetinrichting 16. Het signaal dat zich in eerste instantie voortplant in de richting van transformatiehuisje B 12 zal worden gereflecteerd aan het kabeleinde 32 en daarna verder propageren in de richting van transformatiehuisje A 10. Verlopen tijd t3 na het ontstaan van het signaal 20 zal het gereflecteerde signaal worden gemeten bij de meetinrichting 16.

De bovenstaande opeenv olging van het ontstaan van signaal 20 en de reflecties daarvan wordt verder verduidelijkt in fig. 2. Hierin worden de tijden waarop de (gereflecteerde) signalen gemeten worden zoals in fig. 1 weergegeven op een tijd-as. Signaal 20 ontstaat op een bepaald tijdstip, waarna het direct richting transformatiehuisje A propagerende signaal 22 wordt gemeten na. tijd t-,. De reflectie van het signaal, gemeten signaal 34, wordt gemeten op tijd ti +12 na het ontstaan van het signaal 20. Doordat t2 bekend is door de locatie van meetinrichting 16, is door de aanwezigheid van signaal 34 duidelijk dat, in dit voorbeeld, de kabelsectie waarin signaal 20 is ontstaan zich aan de rechterzijde van meetinrichting 12 bevindt. Een derde signaal 35 wordt gemeten na ti jd t3, waarbij het signaal allereerst richting transformatiehuisje B propageerde, daar gereflecteerd werd aan kabeleinde 32 en daarna propageerde in de richting van de meetinrichting 16. Na het meten van signaal 35 is er voldoende informatie de kabelsectie waarin signaal 20 is ontstaan te berekenen. Verdere reflecties, zoals gemeten signaal 36 op ti jd t3 +t2, kunnen ook gemeten worden afhankelijk van de meetgevoeligheid en de intensiteit van de gereflecteerde signalen. Gezien het bovenstaande, geven de tijden waarop de verschillende (gereflecteerde) signalen worden gemeten door de meetinrichting 16 geven een patroon van de kabelsectie, in dit geval kabelsectie 100, waarin het signaal m eerste instantie is ontstaan.

Verdere reflecties van signaal 20 die zich in de gemeten waarde bevinden kunnen het meten bemoeilijken van signalen zoals signaal 20 die later ontstaan. Aangezien de kabelsectie na signaal 35 berekend kan worden is het ook mogelijk om verdere reflecties van signaal 20 te vóórspellen en daarna weg te filteren uit de gemeten waarde. Hierdoor kunnen nieuwe signalen makkelijker gemeten worden.

Zo ontstaat er een ander patroon wanneer een signaal 24 ontstaat door een afwijking of defect dat zich in een andere kabelsectie 101 bevindt, zoals weergegeven in fig. 3. Nu wordt door de meetinrichting 16 allereerst het signaal dat zich in eerste instantie voortplant in de richting van transformatorhuisje A 10 zal op een bepaald tijdstip worden gemeten door de meetinrichting 16, en wei op een tijd ti na het ontstaan van het signaal 24. Dit signaal zal verder propageren en worden gereflecteerd aan kabeleinde 30. Een tijd ti +12 na het ontstaan van het signaal 24 zal deze reflectie worden gemeten door meetinrichting 16. Het signaal dat zich in eerste instantie voortplant in de richting van transformatiehuisje B 12 zal worden gereflecteerd aan het kabeleinde 32 en daarna verder propageren in de richting van transformatiehuisje A 10. Verlopen tijd t3 na het ontstaan van het signaal 24 zal het gereflecteerde signaal worden gemeten bij de meetinrichting 16.

De bovenstaande opeenvolgi ng van het ontstaan van signaal 24 en de reflecties daarvan wordt verder verduidelijkt in fig. 4. Hierin worden de tijden waarop de (gereflecteerde) signalen gemeten worden zoals in fig. 3 weergegeven op een tijd-as. Signaal 24 ontstaat op een bepaald tijdstip, waarna het direct richting transformatiehuisje A propagerende signaal 26 wordt gemeten na tijd t;. De reflectie van het signaal 36 wordt gemeten op tijd +12 na het ontstaan van het signaal 24. Een derde signaal 37 wordt gemeten na tijd ts, waarbij het signaal allereerst richting transformatiehuisje B propageerde, daar gereflecteerd werd aan hei kabeleinde 32 en daarna propageerde m de richting van de meetinrichting 16. Een signaal met oorsprong kabelsectie 101 geeft aldus een duidelijk ander patroon dan een signaal met oorsprong kabelsectie 100. Met behulp van één meetinrichting 16 kan derhalve worden bepaald in welke kabelsectie zich waarschijnlijk een afwijking bevindt.

Fig. 5 geeft het gemeten patroon 102 weer dat correspondeert met kabelsectie 100 aan de hand van de gemeten intensiteit versus de tijd. Het patroon 102 ontstaat door het meten van de signalen zoals in fig. 2 en 4. Hierin w orden signalen 22, 34, 35 en 36 gemeten op bepaalde tijden, wat de kabelsectie 100 karakteriseert. De intensiteit van de verschillende signalen vermindert voor iedere opeenvolgende reflectie, waarbij de vermindering afhankelijk is van de kabellengte, impedantie en andere eigenschappen van de kabel. Op basis van de patronen, eventueel inclusief relatieve intensiteiten, van de verschillende kabelsecties kunnen filters gemaakt worden waardoor signalen kunnen worden opgesomd per kabelsectie.

Fig. 6 geeft een voorbeeld weer van het opsommen van gemeten signalen van een kabel zoals m fig. 1 en 3 die verdeeld is in twaalf secties. In dit voorbeeld heeft de kabel twee secties 100, 101 die één of meer afwijkingen omvatten. Het opsommen van gemeten signalen die passen bij het patroon per sectie, met als voorbeeld het patroon voor sectie 100 zoals in fig. 5, is in de vorm van een histogram weergegeven.

Het meten van signalen en het bepalen van data zoals in de histogram van fig. 5 kunnen worden gedaan door de inrichting volgens het tweede aspect van de onderhavige octrooiaanvrage, waarbi j de inrichting is aangepast om toegepast te kunnen worden binnen een transformatorhuisje. Hierdoor kan de hoeveelheid data lokaal worden gereduceerd ten opzichte van de in eerste instantie gemeten waarden, wat bij hoge frequentie kan gebeuren, bijv. 1 MHz of 200 MHz. De gemeten data kunnen ook worden omgezet naar andere gereduceerde waarden, afhankelijk van de gewenste informatie door de gebruiker. De verticale as van fig. 6, weergegeven als N, kan bijv. zijn de opgesomde intensiteit van signalen afkomstig uit de bijbehorende secties. Er kan bijv. ook bijgehouden worden wanneer de gemeten signalen per sectie boven een vooraf bepaalde drempelwaarde vallen, waarna N voor de sectie wordt verhoogd met een vooraf bepaald getal.

De gereduceerde data zoals de data van het histogram in fig. 6 kunnen periodiek worden verzonden naar een centraal punt of naar de gebruiker, om zo te kunnen beoordelen wat de status is van een bepaalde kabel, in dit voorbeeld kabel 14, en aan de hand daarvan te kunnen beslissen of onderhoud nodig is.

Fig. 7 en 8 geven een voorkeursuitvoeringsvonn weer van een sensoreenheid 400 omvattende magnetische sensoren zoals beschreven in het tweede aspect van de onderhavige octrooiaanvrage. In het bovenaanzicht van fig, 8 omvat vermogenskabel 401 drie aders 402, 404, 406. Sensoreenheid 400 wordt om kabel 401 aangebracht en omvat vier sensoren 410, 412, 414, 416 om het magnetisch veld rondom de kabel door middel van inductie stromen ie meten. Dit zijn voldoende meetpunten om de stroom en positie van de drie aders 402, 404, 406 te bepalen. De vorm en grootte van de meetmrichtmg kunnen worden aangepast afhankelijk van de toepassing. Verder kan het magnetisch veld per sensor in twee richtingen tegelijk gemeten worden, bijv. in hoofdzaak haaks op elkaar.

Fig. 9 geeft een schematische dwarsdoorsnede weer van vermogenskabei 401 met aders 402, 404, 406. De bij de vier sensoren (aangeduid met een 's') gemeten magnetisch velden worden weergegeven met pijlers die de richting en grootte van het magnetisch veld aangevers. De gemeten magnetische velden zijn de som van de magnetische velden geïnduceerd door iedere ader. Zoals in tig. 9 schematisch is weergegeven, is bijv. gemeten magnetisch veld 604 de som van magnetische velden 502, 504 en 506 die door aders 402, 404 en 406 geïnduceerd worden, waarbij de magnetische velden 502, 504, 506 niet op schaal zijn weergegeven.

Door het meten op, in dit voorbeeld, vier locaties voor drie aders kunnen de stroom en positie bepaald worden van de drie aders, aangezien het door de aders geïnduceerde magnetische veld gemeten door de sensoren proportioneel is met de stroom en de inverse van de afstand van de respectievelijke ader, zoals bekend zal zijn voor de vakman.

In Fig. 10 worden de verschillende modes waarin gemeten kan worden schematisch weergeven. De gemeten w aarden van de aders worden vermenigvuldigd met de getallen (1 of -1) die weergegeven zijn binnen de aders en daarna gesommeerd. Vak 701 geeft ‘common modes’ weer voor kabels met drie en vier aders, waarbij de gemeten waarden van alle aanwezige aders worden opgeleid. Vakken 702, 703 en 704 geven voorbeelden van ‘differential modes’ weer, waarbij de voortplantingssnelheid finders is dan voor de common mode' 701. De in vale 704 weergegeven "differential mode’ voor de kabel met vier aders heeft een andere voortplantingssnelheid dan de ‘differential modes’ van vakken 702 en 703.

De signaaivoortplantingssneiheid is zonder verlies voor een kabel gelijk aan v := (L-C}'0\ waarbij door de koppeling tussen de aders de inductie L en capaciteit C matrices zijn. De koppeling zorgt derhalve voor verschillende voortplantingssnelheden voor de verschillende modes. De snelheden voor de verschillende modes kunnen berekend worden met behulp van de eigenwaarden van het product van de matrices L en C. Hierbij is L C = T-V-T1, waarbij V een diagonaaïmatnx is met daarin de eigenwaarden van L C en T een transformatiematrix is. De signaalvoortplantingssnelheden kunnen worden berekend met v = (V) ’’ \ waarbij een snelheid per eigenwaarde, ofwel per mode, wordt gevonden.

Een voorbeeldberekening voor gelijkstroom van de verschillende voortplantingssnelheden voor een laagspanningskabel (type V-VMvKhsas 0,6/1 kV NEN 3616} met vier aders heeft het volgende indicatieve resultaat. De snelheid van de ‘differential mode' 704 in fig. 10 is in dit voorbeeld 0.32*c, waarbij c de lichtsnelheid is. terwijl de voortplantingssnelheid in de ‘differential modes’ 702 en 703 gelijk is aan 0.30xc. In dit rekenvoorbeeld is de voortplantingssnelheid van de ‘common mode’ 701 gelijk aan 0.40xc, hoger dan de andere modes 702-704. De voortplantingssnelheden zijn onder andere afhankelijk van kabeleigenschappen zoals het gebruikte isolatiemateriaal rond de aders en kunnen per kabel verschillen. De snelheid voor de ‘common mode’ zou bijv. ook lager kunnen zijn dan de snelheden van de differential modes’. Daarnaast zullen de voortplantingssnelheden voor wisselstroom ook verschillen ten opzichte van deze voorbeeldberekening voor gelijkstroom.

Door het verschil in voortplantingssnelheid van de diverse modes wordt een signaal op verschillende tijden gemeten voor de diverse modes. Het tijdsverschil tussen de gemeten tijden voor de diverse modes geeft een directe aanwijzing van de kabelsectie waar het oorspronkelijk signaal is ontstaan.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de boven beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims (12)

1. Werkwijze voor het detecteren van afwijkingen in een in gebruik zijnde stroom-of vermogenskabel, bij voorkeur een middenspannmgskabel, bijvoorbeeld geschikt voor een spanning van 10 kV, omvattende meerdere geleidende aders, de werkwijze omvattende de volgende stappen: - het verdelen van de vermogenskabel met een bepaalde lengte in een aantal kabelsecties van kleinere lengte; - het bepalen van een sectiepatroon van signalen die in een sectie optreden indien de isolatie van een ader een afwijking vertoont., waarbij het sectiepatroon voor iedere kabelsectie wordt bepaald door het op verschillende tijden aanwezig zijn van de signalen in de gemeten waarde; - het meten van de grootte van signalen in de tijd in een bepaalde frequentie band; en - het aairwijzen van een kabelsectie mei een afwijking wanneer de gemeten signalen passen in het bepaalde sectiepatroon voor de kabelsectie, waarbij de signalen worden gemeten op één locatie, waarbij de signalen worden gemeten in gemeten waarden van het van de kabel afkomstige magnetisch veld, waarbij de signalen worden gemeten i n een ‘common mode ’ en één of meer ‘differential modes' ten aanzien van de geleidende aders.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de gemeten signalen signalen omvatten afkomstig van één of meer afwijkingen in één of meer kabelsecties van de kabel, waarbij de signalen zich in beide iangsrichtmgen van de kabel en met een bepaalde snelheid voortplanten door de één of meer geleidende aders van de kabel en gereflecteerd worden aan kabeleinden of andere veranderingen van impedantie.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de gemeten waarden worden geanalyseerd om de gemeten waarden per ader te bepalen, waarbij de signalen worden gemeten m de gemeten waarden per ader.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, verder omvattende het bepalen van een tijdsverschil tussen signalen gemeten in de ‘common mode' en de één of meer ‘differential modes’, waarbij het aanwijzen van een kabelsectie met een afwijking ook met behulp van het bepaalde tijdsverschil gedaan wordt.

5. Werkwijze volgens een van conclusies 1 tot en met 4, waarbij wordt gemeten in een frequentieband van 50 Hz tot en met 10 GHz. meer voorkeur 50 Hz tot en met 1 GHz.

6. Werkwijze volgens een van conclusies 1 tot en met 5, waarbij de gemeten waarde op verschillende tijden omvat het signaal direct afkomstig uit de kabelseetie met een afwijking en ten minste één van de reflecties van het zich in eerste instantie in de andere richting voortplantende signaal gereflecteerd bij een kabeleinde of andere verandering van impedantie.

7. Werkwijze volgens een van conclusies 1 tot en met 6, waarbij het aanwijzen van een defecte kabelseetie wordt gedaan met behulp van een tijdfilter opgebouwd met behulp van de bepaalde signaalpatronen per kabelseetie.

8. Werkwijze volgens een van conclusies 1 tot en met 7, waarbij de werkwijze na de stap van het meten verder het opsommen omvat v an de signalen vallende in het bepaalde seciiepatroon per kabelseetie; en waarbij het aanwijzen verder omvat het aanwijzen van een defecte kabelseetie wanneer de opgesomde signalen van een kabelseetie verschillen met een bepaalde drempelwaarde ten opzichte van de opgesomde signalen van andere kabelseeties.

9. Werkwijze volgens een van conclusies 1 tot en met 10, waarbij de werkwijze verder omvat het verzenden van informatie over de status van één of meer kabels.

10. Werkwijze volgens een van conclusies 1 tot en met 9, waarbij het seciiepatroon voor iedere kabelseetie en verdere kabelkarakteristieken worden bepaald door het karakteriseren van de kabel door middel van het meten aan de kabel gedurende een bepaalde tijd.

11. Inrichting voor het meten aan een vermogenskahel, omvattende: - één of meer magnetische sensoren, waarbij de magnetische sensoren zijn ingericht om rondom de vermogenskahel te worden aangebracht en om het magnetisch veld meten in de tijd in een bepaalde frequentieband; - processonniddelen voor het verdelen van de kabel met een bepaalde lengte in een aantal secties v an kleinere lengte, het bepalen van een seciiepatroon van signalen die in een sectie optreden indien de isolatie van een ader een afwijking vertoont, het aanwijzen van een kabelseetie met een afwijking wanneer de gemeten signalen passen in het bepaalde sectiepatroon voor de kabelseetie; en - geheugenmiddelen voor het opslaan van de sectiepatronen en gemeten waarden.

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij de inrichting een aantal sensoren omvat dat gelijk is aan het aantal aders vermeerderd met één wanneer de vermogenskabel twee of meer aders omvat, waarbij de processor naast de stroom lopende door iedere ader ook de positie van de aders berekent.