Development of a New Generation Intelligent Link Box (iLinkBox™) with Early Warning System for High Voltage Cable System

Öz

Link Boxes are integral accessories of HV/EHV cable systems. Any failure in link box proper performance can lead to failure of costly HV cable system. Sheath voltage limiter (SVL) failure, condensation and corrosion, water ingress and copper theft are among the cause of link box failures. Also link boxes are favourable point for partial discharge measurement of HV cable accessories and monitoring of bonding system’s voltage/current. This paper presents development process of a new type of intelligent link box (iLinkBox™) with early warning system of different parameters including partial discharge in cable accessories, voltage/current of bonding system, water ingress, counter of impulses passing through SVL etc. iLinkBox™ will be able to continuously monitor the condition of link box and HV cable termination and joints then alarming unusual behaviours before the catastrophic failure.

Anahtar Kelimeler

• HV cable termination and joint,intelligent link box,failure,partial discharge,maintenance,monitoring,bonding system,sheath voltage limiter

Yüksek Gerilim Kablo Sistemleri için Arıza Erken Uyarı Sistemli Yeni Nesil Ekran Bağlantı Kutusu Geliştirilmesi

Öz

Ekran Bağlantı kutuları (EBK) yüksek gerilim (YG) kablo sistemlerinin çok önemli bir parçasıdır. YG kablo ekranları özel bir biçimde bu kutuların içeresinde direkt olarak topraklanır, SVL (Sheath Voltage Limiters) (koruyucu parafudr) ile toprağa çaprazlama yöntemleri ile bağlanır. Kısa devre ve geçici aşırı gerilimlerden kaynaklı kablo sistemi arızalarında bağlantı kutusunun kritik rolü vardır. EBK’lar YG kablo ek veya başlıklarına yakın bir yerde yeraltı menhol de, beton bir kaide üzerinde veya tünel duvarına monte edilir. Sahadaki zor şartlar (bölgeye su basması, aşırı sıcak veya soğuk), montaj hatası veya üretim hatalarından dolayı bu panolar arızalanabilir. Bu panoların arızalandığı takdirde çok pahalı olan yüksek gerilim kabloları da arızalanır, örneğin eğer bu kutuların içerisine su girişi olursa bakır baralarda paslanma meydana gelecektir ve kısa devre akımı geçtiğinde patlama meydana gelebilir ayrıca topraklama (bonding) sistemi de çökmüş olacaktır. Ekran bağlantı kutularındaki olası hataları tespit etmek için offline ve online yöntemler vardır. Offline yöntemde kablo enerjisi kesilir ve her kutunun bakımı ekip tarafından yapılır (gözle muayene, dc dayanım testi, kontak direnç testi, SVL durum kontrolü vs.). Bu yöntemde belli bir aralıklarla (yılda bir defa) eğitimli bir ekip sahadaki tüm kutuların kontrollerini yapması gerek. YG kablo güzergah uzunluğu ve ekran bağlantı kutu sayısına göre bu iş çok üzün ve maliyetli olabilir. Ayrıca bu yöntemde her bakımdan sonra herhangi bir hata ortaya çıkarsa bir sonraki yıla kadar tespit edilemez. Online yöntemlerde kablo sistemin enerjisi kesmeden ekran bağlantı kutu durumu izlenebilir. Bu kapsamda bazı çalışmalar yapılmıştır (örneğin SVL kaçak akımını veya bonding sistemi akımlarını izleyerek). Diğer yandan yüksek gerilim kablo ek ve başlıkların arıza tespitinde kullanılan kısmı boşalma (PD) ölçümü uzun zamandan beri kullanılmaktadır. Kısmı boşalma ölçümü yeni kurulan kablo sisteminde döşeme sonrası hataları (örneğin kesik, çizik, kirlenme gibi) tespit etmek için etkili bir yöntemdir. Halen hizmet vermekte olan mevcut kablo sistemlerinde yapılan kısmi boşalma ölçümü, yalıtımda oluşan bozulmanın yararlı bir göstergesidir. Çevrimiçi kısmı deşarj ölçüm sistemleri (PDM) son zamanlarda EHV kablo sistemlerinde yaygın olmaya başlamıştır örneğin DEWA gibi iletim firmaları bu tip izleme sistemlerin kurulmasını zorunlu hale getirmiştir. Piyasada birçok ticari PDM sistemleri mevcuttur, ancak bunların çoğu yüksek yatırım gerekmektedir ve kurulum ve işletim için son derece deneyimli personele ihtiyaçları vardır. Ayrıca, şimdiye kadar, yüksek gerilim kablo sistemlerinin ayrılmaz bir parçası olan ekran bağlantı kutularına özel bir izleme sistemi geliştirilmemiştir. Bu çalışmada, ekran bağlantı kutusunun izlenmesi için ve yüksek gerilim kablo aksesuarlarının kısmi deşarj seviyesini ölçmek için ekonomik ve kullanımı kolay bir alarm sistemi geliştirilmeye hedeflenmektedir. Yeni arıza erken uyarı sistemli akıllı ekran bağlantı kutusu (iLinkBox ™) sayesinde, YG kablo ekran akımı ve voltajı, darbe gerilim olayları, su girişi, sıcaklık ve nem, iç basınç, bağlantı kutusu kapak durumu ve yüksek gerilim kablosunun kısmi deşarj seviyesi dahil olmak üzere farklı parametrelerini sürekli olarak izlenmesi mümkün olacaktır. SCADA sistemine entegre edilmiş basit kullanıcı arayüzü ve gelişmiş karar verme algoritmaları sayesinde, son kullanıcı karmaşık verilerle değil, yalnızca basit alarmlarla ilgilenir. Bu şekilde ekran bağlantı kutuları ve kablo aksesuarlarındaki olası arızlar çok ciddi hasarlara neden olmadan önce tespit edilir.

Anahtar Kelimeler

• yüksek gerilim ek ve başlık,akıllı link box,hata,kısmı deşarj,izleme,bakım,topraklama sistemei,ekran koruyucu parafudur

Kaynakça

1. [1] CIGRE Working Group B1.50, ‘’Sheath bonding systems of AC transmission cables- design, testing, and maintenance’’, report no 797, March 2020.
2. [2] Sadettin Erdeniz, ‘’Link box with built-in insulator type voltage divider and inductive partial discharge sensor", WIPO (PCT) report WO2019194754A1, 2018.
3. [3] Sadettin Erdeniz, "Link box with built-in partial discharge sensor", WIPO (PCT) report WO2016190823A1, 2015.
4. [4] Xiang Dong, Yanling Yuan, Zhongqiang Gao, Chengke Zhou, Peter Wallace, Babakalli Alkali, Bojie Sheng, Hao Zhou, ‘’Analysis of Cable Failure Modes and Cable Joint Failure Detection via Sheath Circulating Current’’, IEEE Electrical Insulation Conference (EIC), 2014.
5. [5] CIGRE Working Group B1.18, ‘’Special Bonding of High Voltage Power Cables’’, report no 283, 2005.
6. [6] Aarsh Illbeygi, Hadi Aliabadi, ‘’Simulation and analysis of sheath voltage limiter failure in undergrounded cable transmission line in Mashhad city’’, 29th International Power System Conference, 2014.
7. [7] F Ghassemi, ‘’Effect of Trapped Charges on Cable SVL Failure’’, International Conference on Power Systems Transients (IPST), 2013.
8. [8] Mingzhen Li, Wenjun Zhou, Chunlin Wang, Leiming Yao, Mengting Su, Xiaojun Huang, Chengke Zhou, ‘’ A novel fault localization method based on monitoring of sheath current in a cross-bonded HV cable system’’, Sensors Journal, 2018.

9. [9] Chengke Zhou, Yang Yang, Mingzhen Li, Wenjun Zhou, ‘’On-line Monitoring and Diagnosis of HV Cable Faults by Sheath System Currents’’, IEEE Transactions on Power Delivery Volume: 32, Issue: 5, 2017.
10. [10] DEWA 400 kV XLPE Cables and Accessories Specification, doc no 1.5.1.3.1.01-Rev 2, 2015.