Verwalten von Kabelwirtschaftsgütern

Tuesday, November 7, 2017

Verwalten von Kabelwirtschaftsgütern

Keith Gray, Ernie Kaster und Julienne Sugarek, CenterPoint Energy | Fachzeitschrift T&D World | 20. Mai 2016

Es war eine gewaltige Welle. Sie war so riesig, dass man sie schon Jahre im Voraus sehen konnte. Die entscheidende Frage war: „Was kann man dagegen tun?“ Die Antwort von CenterPoint Energy (CNP) hätte auch von einem altgedienten Schiffskapitän kommen können: Direkt auf die Welle steuern und sie frontal angehen, anstatt auf den Aufprall zu warten. Folglich schlug das Energieversorgungsunternehmen nicht nur einen Kurs ein, um einem ernsthaften Problem zu begegnen, das in der nahen Zukunft auftauchen sollte, sondern entwickelte auch einen proaktiven, kundenorientierten Ansatz, der auf einem nachhaltigen System mit höherer Zuverlässigkeit, geringeren Betriebskosten und effizienterer Anlagenverwaltung basierte.

Der Energieversorger erreichte diese Vorteile mithilfe seines Programms zur Verlängerung der Kabellebensdauer (cable life extension program, CLEP), eines innovativen Verfahrens zur Identifizierung und Behebung von Ursachen elektrischer Unterbrechungen bei Erdkabeln und Erdendverschlüssen. Seitdem das Programm 2013 implementiert wurde, konnte CNP beeindruckende Ergebnisse registrieren – nicht nur hinsichtlich höherer Zuverlässigkeit, sondern auch durch eine stetige Reduzierung des Wartungsstaus bei der unterirdischen elektrischen Infrastruktur.

Alternde Erdkabelnetze

Die Welle, der sich CNP gegenübersah, war die steigende Zahl Erdkabelnetze (underground residential distribution loops, URD), die mindestens 35 Jahre alt waren. In der von CNP mit Elektrizität versorgten Region – der schnell wachsenden Region Houston (US-Bundesstaat Texas) – verfügt der Energieversorger über mehr als 18 000 Erdkabelnetze mit einer Kabellänge von mehr als 21 000 Kilometern und den dazugehörigen Geräten und Installationen. Derzeit sind bei 27 Prozent der Kabelnetze die Kabel mindestens 35 Jahre alt. Diese Netze verursachen 44 Prozent der Ausfälle in CNPs Erdkabelnetzen und wirken sich auf wichtige Kennzahlen aus, wie etwa den SAIDI-Wert (system average interruption duration index), der die kumulierte Dauer in Minuten angibt, die ein Endkunde pro Jahr im Durchschnitt von der Elektrizitätsversorgung abgetrennt ist, den SAIFI-Wert (system average interruption frequency index) als Kenngröße für die durchschnittliche Häufigkeit von Versorgungsunterbrechungen pro Endkunde, sowie den CAIDI-Wert (customer average interruption duration index), den Indikator für die Dauer einer durchschnittlichen Versorgungsunterbrechung in Minuten.

Traditionell hatte CNP einen reaktiven Ansatz bei der Ausführung von großen Austauschaktionen bei durchschnittlich 35 Kabelnetzen pro Jahr. Die Entscheidung, ein Kabelnetz zu ersetzen, basierte auf seinem Alter, seinen Zuverlässigkeitskennzahlen und darauf, ob es von großen Abspanntransformatoren gespeist wurde. Bei mehr als 5300 Kabelnetzen, die mindestens 35 Jahre alt sind, würde es mehr als 100 Jahre dauern, sie nach CNPs vorheriger Praxis auszutauschen. Ein Team der CNP-Verteilnetzabteilung für Houston fing im Januar 2013 an, eine nachhaltige Lösung für dieses Problem zu entwickeln.

Entscheidung für einen proaktiven Ansatz

Im Juli 2013 implementierte der Energieversorger CLEP. Eine entscheidende Rolle für die Wirksamkeit des Programms spielte die Factory Grade®-Technologie zur Bewertung von Kabeln, die exklusiv von IMCORP angeboten wird. Bevor diese Technologie zur Verfügung stand, war CNPs Vorgehen bei der Bewertung von Erdkabelsystemen im Wesentlichen reaktiv. Die Techniker konnten Probleme mit fehlerhaften Erdkabeln nicht eher identifizieren, bis das Kabel eine Störung verursachte und Kunden eine Versorgungsunterbrechung bemerkten. Diese Praxis – Betrieb bis zum Ausfall – führte außerdem zu längeren Netzwiederherstellungszeiten.

Um Ihnen ein paar Hintergrundinformationen zu geben: Hersteller von Kabeln und Zubehör prüfen ihre Produkte gemäß einer Norm, nicht nach einem Leitfaden (bei der IEEE-400-Serie handelt es sich um Leitfäden). Dadurch sollen jegliche Mehrdeutigkeiten hinsichtlich Prüfvorschriften, tatsächlicher Ergebnisse und der Zertifizierung einer spezifischen Qualitätsmaßnahme ausgeschlossen werden. Diese Werksprüfungen werden an allen neuen Komponenten im Fertigungsbetrieb vor dem Versand und der Installation durchgeführt und müssen die ICEA-Normen (Insulated Cable Engineers Association) für elektrische Energiekabel und IEEE-Normen für trennbare Kabelanschlüsse, -verbindungen und Endverschlüsse erfüllen.

Die Qualitätsprüfungen der Hersteller erfordern 50/60-Hz-Teilentladungsdiagnostiken bei erhöhter Spannung mit einer Empfindlichkeit von mehr als 5 pC (Ladesignalsichtbarkeit bei der Prüfung). Hersteller können Kabel und Zubehör entsprechend solchen anspruchsvollen Normen prüfen, weil sie ihre Messungen gewöhnlich in millionenteuren, elektrisch abgeschirmten Räumen durchführen, die von stählernen Wänden, Decken und Böden ummantelt sind, um jegliche elektromagnetischen Störungen durch Funkwellen und andere Hochfrequenzsignale zu blockieren, die Teilentladungs-Fehlersignale verbergen könnten, sodass Produktmängel unentdeckt blieben.

Ein ganz anderes Komplexitätsniveau wird hingegen erreicht, sobald ein Kabel zusammen mit anderen Komponenten des Kabelsystems vor Ort montiert und unterirdisch verlegt wird. Wenn bei Feldprüfungen von installierten Kabelsystemen kein elektrisch abgeschirmter, stahlummantelter Raum vorhanden ist, kann ein mit der Werksprüfung vergleichbares Ergebnis nur dann erzielt werden, wenn die Factory Grade-Technologie genutzt wird. Dies erfordert die Verwendung hocheffizienter Sensoren und fortgeschrittener digitaler Signalverarbeitung, um atmosphärische und elektrische Störungen zu eliminieren und die Teilentladungssignale zu identifizieren, die teilweise mehr als hundertmal schwächer sind als atmosphärische und elektrische Störungen im Hintergrund.

Genau wie bei Werksprüfungen ist auch bei Feldprüfungen ein dokumentiertes Bewertungsverfahren unerlässlich, nach dem jedes einzelne Kabelsystem kalibriert und dessen Empfindlichkeit bewertet wird, um die Validität einer Feldprüfung zu belegen. Daten, die mithilfe der Factory Grade-Technologie bei mehr als 100 000 dieser Bewertungen und mehr als 43 Mio. Meter installierten Kabeln gesammelt wurden, belegen, dass der Schlüssel zu einem zuverlässigen, stetigen Profil die Vergleichbarkeit mit den Qualitätsstandards von Werksprüfungen ist. Dies erfordert insbesondere das Anlegen einer 50/60-Hz-Überspannung an das Kabelsystem für ca. 30 Sekunden (bei Maximalspannung für weniger als fünf Sekunden) und das Erfassen von Reaktionen, anhand derer die Signalquellen im Kabelsystem nachweislich ab einem Wert von 5 pC (fünf trillionstel Coulomb) detektiert und lokalisiert werden können.

Gewöhnliche und ungewöhnliche Schwierigkeiten

Zu den gewöhnlichen Schwierigkeiten gehören Umwelteinflüsse, wie etwa elektrische Störungen des Systems, Feuchtigkeit und willkürliche atmosphärische Funkwellen. Hinzu kommt eine Reihe anderer Faktoren, die die Qualität der Installation beeinträchtigen, sobald die Produkte das Werk verlassen haben: unsachgemäße Handhabung oder Beschädigung der Komponenten beim Transport, Bautätigkeiten, bei denen die Isolierung der Komponenten eingeschnitten oder beschädigt wird, unfachmännische Installation und weitere Probleme, die mit einer unsachgemäßen Installation einhergehen.

Beachten Sie, dass dielektrische Probleme, die in Kabelsystemen bei und nach der Installation verursacht werden, nicht bei den Prüfungen der Hersteller in abgeschirmten Prüfräumen berücksichtigt werden können. Eine Feldprüfung mithilfe der Factory Grade-Technologie bietet Energieversorgern die optimale Lösung, weil sie damit verwertbare Informationen über kleinste Defekte und deren exakte Position erhalten und so vor Ort Maßnahmen zur Mängelbeseitigung, Reparatur oder zum Austausch ergreifen können.

Mit der Factory Grade®-Technologie gewährleisten IMCORPs mobile Diagnosegeräte eine proaktive Unterstützung der Leitungstechnik-Serviceteams bei der Prüfung von Erdkabeln und -endverschlüssen von Kabelnetzen. Indem eine elektrische Ladung durch jede Leitung in einem Kabelnetz zunächst bei standardmäßiger Betriebsspannung und dann bei zwei höheren Spannungen geschickt wird, können die Techniker Schwachstellen erfassen und bestimmen, welcher spezielle Teil ausgetauscht werden muss, anstatt das gesamte Kabelnetz zu sanieren. Die Leitungstechnik-Servicewagen sind als rollende Lager ausgestattet und ermöglichen den Serviceteams die Mängelbeseitigung vor Ort. Mit diesem Verfahren konnte CNP im Jahr 2014 insgesamt 511 Kabelnetze runderneuern, im Vergleich zu 36 Kabelnetzen im vorangegangenen Jahr, als das Programm noch nicht implementiert worden war. Damit hat das Energieversorgungsunternehmen fortan eine größere Reichweite zum Bruchteil der Kosten.

Erste Ergebnisse

Von den Kabelnetzen, die bisher geprüft wurden, benötigten 99,6 Prozent eine Mängelbeseitigung vor Ort oder einen Austausch eines Abschnitts, um die Qualität der Kabel und Endverschlüsse auf die Herstellerangaben zurückzubringen oder in einen neuwertigen Funktionszustand zu versetzen. Obwohl 72 % der Kabelabschnitte nur eine oder keine Mängelbeseitigung benötigten, garantiert IMCORP aufgrund des entsprechenden Bewertungsniveaus die störungsfreie Funktion für weitere 15 Jahre. Mit dieser Bewertung kann CNP ein chirurgisches Verfahren anwenden, das es den Technikern ermöglicht, exakt die Abschnitte zu bestimmen, die eine Mängelbeseitigung vor Ort benötigen. Vor-Ort-Mängelbeseitigungen umfassen solche Maßnahmen wie den Austausch von Abschluss- oder Bogenstücken und die Installation von innovativen kundenspezifischen Produkten zur Verlängerung der Kabellebensdauer und zur Vermeidung von Unterbrechungen aufgrund von Instandhaltungen.

Nachdem mehr als 1000 Kabelnetze mit jeweils durchschnittlich 16 Kabelabschnitten bewertet und mehr als 15 000 Mängelbeseitigungen vorgenommen wurden, konnte CNP exzellente Resultate verbuchen. Die Kosten zur Bewertung und Wiederherstellung eines Erdkabelnetzes in einen neuwertigen Funktionszustand sind um 65 Prozent niedriger als die Kosten eines Komplettaustauschs. Darüber hinaus bietet IMCORP eine 15-jährige Funktionsgarantie.

Selbst in dieser frühen Phase des CLEP kann CNP eine systemweite Verbesserung der Zuverlässigkeit des Erdkabelsystems feststellen. Sobald die Mängelbeseitigungen an einem Kabelnetz ausgeführt wurden, verringern sich die Unterbrechungen um über 98 Prozent, unter Ausschluss externer Ursachen, wie etwa Blitzen, Wildtieren und Ausgrabearbeiten. Weil die Techniker bei der Bewertung außerdem ein sofortiges Feedback erhalten, werden die meisten Mängelbeseitigungen vor Ort ausgeführt, was zu einer besseren Effizienz beiträgt und kostspielige Nacharbeiten überflüssig macht.

Änderungen und Verbesserungen

Neben dem Einsatz von IMCORPs Spitzentechnologie hat dieses Programm zu einer Reihe von Veränderungen von Ausführungsstandards geführt:

• Entwicklung kundenspezifischer Produktlösungen, u. a. eines Halbleiteraustauschs, bei dem Serviceteams eine Kürzung des Halbleiters in Werksqualität vornehmen können, während sie zur Bewertung vor Ort sind

• Effiziente Flottenpraktiken mit mobilen Diagnosegeräten, mit denen das Labor zum Außendiensteinsatz gebracht wird, sowie mit Leitungstechnik-Servicewagen, die mit den benötigten Komponenten ausgestattet sind, sodass die Mängelbeseitigung unmittelbar bei der Bewertung vorgenommen werden kann

• Implementierung von kundenspezifischem Überspannungsschutz für 12-kV-Erdkabelnetze und Transformatoren in offener Bauform

Als ein Resultat von CLEP hat CNP auch seine Leistungsfähigkeit und sein Anlagenmanagement signifikant verbessert:

Verbesserung der Zuverlässigkeit. Das Energieversorgungsunternehmen hat nun Diagnosefähigkeiten, erhält sofortiges Feedback bei der Zustandsbewertung und kann Systemschwächen präzise lokalisieren, sodass Mängelbeseitigungen vor Ort sofort durchgeführt werden können.

Verbesserung der Analysemöglichkeiten. Die Verfügbarkeit von verbesserten Systemanalyseverfahren hat zu einem Vorhersagemodell geführt, das Erdkabelnetze einstuft und ein Anlagenmanagement bietet, mit dem die Wirkung von Veränderungen auf Ausführungs- und Materialstandards gemessen werden kann.

Finanzielle Verbesserungen. Der Energieversorger ist jetzt in der Lage, sinnvollere Investitionen in Anlagen vorzunehmen und eine größere Produktivität zu erreichen, weil er weiß, wo die speziellen Defekte sind, und hat auf diese Weise eine beachtliche Budgetstabilität von einem Jahr zum nächsten. Bei 33 Anforderungen aus den Servicegebieten zur Behebung von Störungen in Kabelnetzen im Jahr 2015 wurden die spezifischen Mängel in 31 Fällen identifiziert und behoben; nur in zwei Fällen war ein Austausch der kompletten Kabelnetze erforderlich.

Entwicklung einer Strategie

Dank der innovativen Methodik und dem Einsatz von Spitzentechnologie hat CenterPoint Energy (CNP) mit dem Programm zur Verlängerung der Kabellebensdauer (CLEP) eine Strategie an der Hand, mit der das Unternehmen der aufkommenden Welle alternder Erdkabelnetze entgegensteuern sowie akute und künftige Herausforderungen bewältigen kann. Bei mehr als 10 400 Erdkabelnetzen, die sein langfristiges Kabelbewertungsprogramm derzeit umfasst, plant der Versorger, 35 Jahre alte Kabel und damit verbundene Netze bis 2028 in Echtzeit zu verwalten.

Keith Gray ist Servicebereichsdirektor der CenterPoint Energy-Servicecenter Galveston und Süd-Houston. Er verantwortet die Planung, Installation, Wartung und Zuverlässigkeit des Stromverteilungsnetzes für eine Region mit 20 Städten und 340 000 Kunden und unterhält die Kontakte mit Vertretern der Städte, des Bezirks und des Bundesstaats. Zuvor war er Servicebereichsmanager der Servicecenter Greenspoint und Humble. Er kam 1982 als Hilfskraft in der Verteilnetz-Betriebseinheit zu CNP, absolvierte das Ausbildungsprogramm und wurde Chefmechaniker der Leitungstechnik. Er hat einen Hochschulabschluss in Betriebswirtschaft an der Universität Houston in Clear Lake erlangt.

Ernie Kaster ist ein Betriebsleiter bei CenterPoint Energy. Er ist in erster Linie für das Programm zur Verlängerung der Kabellebensdauer und die Durchführung von systemweiten Sanierungsarbeiten des Erdkabelnetzes verantwortlich. Herr Kaster hat über 35 Jahre Betriebserfahrung bei CNP und hat in dieser Zeit als Mechaniker bei der Leitungstechnik, Aufsicht und als Betriebsleiter in verschiedenen Servicebereichen gearbeitet.

Julienne Sugarek ist Direktorin der Verteilnetzabteilung bei CenterPoint Energy. In ihren Verantwortungsbereich fallen u. a. die Aufsicht über das Mastenprüf- und -austauschprogramm, das Programm zur Verlängerung der Kabellebensdauer, die Technologieimplementierung und die Planung des Notfallbetriebs. Sie war im Laufe ihrer neun Jahre bei CNP in verschiedenen Positionen in den Bereichen Technik und Finanzen tätig. Sie hat an der Universität Texas in Austin einen MBA-Abschluss erworben und ist lizenzierte und zertifizierte Bilanzbuchhalterin.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel basiert auf einem Projekt, das 2016 im Rahmen der Konferenz „Southeastern Electric Exchange“ den Industry Excellence Award in der Kategorie „Versorger“ erhalten hat.

Um weitere Informationen oder einen Interviewtermin zu erhalten, wenden Sie sich bitte an:

Stephanie Ayers
860.783.8000
marketing@imcorp.com

 


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