I samband med att mellanspänningsnätet kablifieras ökar också kraven vad gäller fellokalisering. För att hålla avbrottstiderna i nätet korta är effektiv felsökning erforderlig. Detta arbete syftar till att kartlägga och redogöra för begränsande faktorer som finns vid fellokalisering med fokus på pulsekometoden. Uppdraget utförs tillsammans med Vattenfall Eldistribution AB. Det har uppdagats problem gällande fellokalisering på mellanspänningskablar med pulsekometoden. Ett flertal faktorer bidrar till denna problematik. Resultatet från studien visar att kabelkonstruktionen är en betydande del i det som begränsar pulsekometodens användningsområden och funktionalitet. Rapporten redogör för grundläggande information kring konstruktion och typer av mellanspänningskablar. Kartläggningen uppvisar hur vattenträd påverkar en kabel negativt. Allmänt redogörs för vad som orsakar vattenträd samt vilka avhjälpande åtgärder som vidtas; trippelextrudering samt mantel- och isolationsprovning. Vidare beskrivs olika feltyper, kabeltyper, kabelgenerationer samt instrument- och metodtyper som alla är påverkande faktorer vid fellokalisering. Dokumentering är i högsta grad väsentligt för en lyckad felsökningsprocedur, vilket klarläggs i rapporten. Utöver dokumentation redogörs för hur kabelns kondition kan påverka felsökningsresultatet. Ett antal mätmetoder och mätinstrument finns till förfogande vid felsökning och provning. Alla har sina egna för- respektive nackdelar. De har även tillhörande användningsområden. Pulsekometerns grundfunktion studeras och förklaras. De övriga mätmetoderna, som används vid fellokalisering och provning, redogörs för endast generellt / As the medium voltage network cables in Sweden is buried down in the earth, the demand of fault localization expertise increases. To keep downtimes in the network short, the importance of effective fault localization is necessary. This work is aimed to map and visualize limiting factors within fault localization with focus on the TDR - Time Domain Reflectometry. This work is a collaboration with Vattenfall Eldistribution AB. Problems with fault localization on medium voltage cables with the TDR have been detected. A multiple factors are contributing to this problem. The results of this study show that the cable construction is a significant part in which extent the TDR can be used. The report are also accounting for basic information about construction and types. The mapping also illustrates water treeing and how it affects cables in a negative way. Visualization of what causes water treeing and several actions such as triple extrusion, jacket testing and insulation testing is included in the essay. Further information about fault types, cable types, cable generations, instrument types and method types is given. All of them are affecting factors within the area of fault localization. Documentation is highly important for a successful fault localization procedure, which is clarified in the report. Besides documentation the cable condition and the influence on it affecting the result of fault localization is stated. A number of measuring methods and instruments are available to use when fault localization and testing are occurring. Every instrument has their own advantages and disadvantages. They also have their own respective area of usage. The basic principle of TDR is studied and explained accordingly. The other measuring methods, which are used in fault localization and testing, are shown more generally

The assignment given to us by NCC was to compose a degree project based on ground excavations for power cables. The aim of the study was to examine suitable excavation methods depending on different possible terrain conditions. The amount of previously written material within this subject is nearly non- existent and therefore there is a genuine interest by the NCC to receive a compilation of different production methods. The greater part of this study is based upon interviews with several companies active within this area of expertise. The technique of placing the electricity grid beneath ground for safety is today getting more and more common. The aftermath of the hurricane “Gudrun” has forced several power companies to re-evaluate their electric supply network, which has lead to more placements of power cables underground. We have come to the conclusion that there are several factors that would affect the method of choice for cable excavations. Costumer demands, obstacles and the difference in ground conditions are vital factors behind the verdict for suitable production methods.

<p>The assignment given to us by NCC was to compose a degree project based on ground excavations for power cables. The aim of the study was to examine suitable excavation methods depending on different possible terrain conditions. The amount of previously written material within this subject is nearly non- existent and therefore there is a genuine interest by the NCC to receive a compilation of different production methods. The greater part of this study is based upon interviews with several companies active within this area of expertise. The technique of placing the electricity grid beneath ground for safety is today getting more and more common. The aftermath of the hurricane “Gudrun” has forced several power companies to re-evaluate their electric supply network, which has lead to more placements of power cables underground.</p><p>We have come to the conclusion that there are several factors that would affect the method of choice for cable excavations. Costumer demands, obstacles and the difference in ground conditions are vital factors behind the verdict for suitable production methods.</p>

Since its first introduction in 1998, extruded direct current (DC) cable technology has been growing rapidly leading to many cable system installations with operation voltages up to 320 kV. Cable manufacturers invest heavily on technology development in this field and today extruded DC cable systems for operation voltages as high as 525 kV are commercially available. The electrical field distribution in electrical insulation under DC voltage is mainly determined by the conduction physics, therefore a good understanding of the DC conduction is necessary. In case of Cross-linked Polyethylene (XLPE) insulation, the presence of the peroxide decomposition products (PDP) is believed to influence its electrical properties. The PDP are volatile and therefore they may diffuse out of the samples during sample preparation and testing. Besides, the morphology of the XLPE is known to evolve over time even at moderate temperatures. Since the material may change during preparation, storage and even measurement, the procedure during all stages of the study should be chosen carefully. In this work, the physics of the dielectric response and conduction in XLPE is briefly discussed. The existing measurement techniques relevant to characterization of DC conduction in XLPE insulation materials are reviewed. The procedure for high field DC conductivity measurement is evaluated and recommendations for obtaining reproducible results are listed. Two types of samples are studied, i.e. thick press molded samples and thick plaque samples obtained from the insulation of in-factory extruded cables. For press molded samples, the influence of the press film used during press molding and the effect of heat-treatment on the electrical properties of XLPE and LDPE are studied. High field DC conductivity of XLPE plaque samples is measured with a dynamic electrode temperature to simulate the standard thermal cycles. Investigations show that using PET film during press molding leads to higher apparent DC conductivity and dielectric losses when compared to using aluminum foil. The influence of heat-treatment is different depending on the press film. High field DC conductivity measurements and chemical composition measurement of samples obtained from the cable insulation are in good agreement with the results obtained from the full scale measurements. Finally a non-monotonic dependence of apparent DC conductivity to temperature of some samples pressed with PET film is discovered which to the author’s best of knowledge has not been previously reported in the literature. / Sedan det första införandet i 1998 har extruderad likspänning (DC) kabeltekniken vuxit snabbt och har lett till många existerande kabelsysteminstallationer med driftspänningar upp till 320 kV. Kabeltillverkare investerar kraftigt i teknikutveckling inom detta område och idag finns extruderade DC kabelsystemen tillgängliga för driftspänningar så höga som 525 kV. Elektrisk fältfördelning i isolationsmaterial under hög DC spänning, beror framförallt på materialets elektriska ledningsfysik, därför är en bra förståelse av DC ledningsförmåga nödvändig. Isolationsmaterial av tvärbunden polyeten (PEX) innehåller tvärbindningsrestgaser som tros påverka materialets elektriska egenskaper. Restgaserna är flyktiga och kan diffundera bort från proven under preparering och mätning, även under måttliga temperaturer. PEX materialets morfologi ändras även med tiden. Med tanke på att materialet kan ändras under provpreparering, lagring och även vid mätning, så måste samtliga steg ovan väljas mycket försiktigt. I detta arbete diskuteras grundläggande fysik för dielektrisk polarisering och ledningsförmåga i PEX-isolation tillsammans med granskning av existerande mätteknik relevant för karakterisering av ledningsförmåga i PEX. Procedurer för mätning av DC ledningsförmåga under höga elektriska fält är undersökta och rekommendationer för reproducerbar mätningar är framtagna. Två typer av prover är studerade, tjocka pressade plattor och tjocka plattor som ursvarvats från kommersiell tillverkade högspänningskablar. För pressade plattor, studerades effekten utav press-filmens påverkan på de elektriska egenskaperna hos PEX och LDPE. Påverkan av värmebehandling på DC ledningsförmåga av PEX plattor studerades också. Slutligen studerades DC ledningsförmåga av PEX och LDPE plattor under höga DC fält och med dynamisk temperatur på elektroderna med syftet att efterlikna standardvärmecyklingar. Undersökningarna visade att användningen av PET filmer under pressning av plattor ledde till högre DC ledningsförmåga och högre dielektriska förluster i proven i jämförelse med användning av aluminiumfolie. Påverkan utav värmebehandling är olika beroende på typ av film som används pressningen. Det finns en stark korrelation mellan resultaten från DC konduktivitet och kemisk komposition mätningar från plattor skaffat från kabelisolation och resultaten från fullskaliga kabelmätningar. Slutligen, upptäcktes ett icke monotont beroende av DC konduktivitet hos PEX och LDPE plattor på temperatur som tidigare inte rapporterats i litteraturen. / <p>QC 20160125</p>

Detta examensarbete utfördes vid Bodens Energi Nät AB under våren 2017 och behandlar mätmetoder och olika tester som kan utföras på markförlagd kabel för kontroll av tillståndet på exempelvis isolation, mantel och skarvar. Bakgrunden till arbetet är att man inom Bodens Energi Nät har ett flertal kilometer kabel på mellanspänningsnivå 20 kV. En stor del av kablarna är isolerade med tvärbunden polyeten, PEX och härstammar från 1970 och 1980-talet. Dessa kablar har i efterhand visat sig ha problem med vattenträd, vilket kan beskrivas som trädliknande strukturer som uppstår i en kabels isolation på grund av fukt och orenheter när dessa blir utsatta för kraftigare elektriska fält. Problem med vattenträd i kablar leder efter en tid, ofrånkomligen till genomslag i isolationen med påföljande jordfel.  Syftet med denna rapport är att undersöka och kartlägga olika tillståndsbedömningsmetoder för kraftkabel avsedd för 12/24 kV-nät. Rapporten avser att vara en metodbeskrivning för de vanligaste diagnostiska mätmetoder samt redogör för dess för- och nackdelar. Följande frågeställningar ämnas besvaras: Vilka metoder finns tillgängliga för tillståndsbedömning av mellanspänningskabel och vilka egenskaper är mätbara? Vad har respektive mätmetod för svagheter och styrkor samt vilka begränsningar finns det? Finns det möjlighet att utföra mätningar på en kabel i drift eller måste den tilltänkta kabelsträckan frånskiljas den övriga anläggningen?Om mätningar kan utföras på en kabel i drift, vilka metoder gäller detta? Rapporten bygger till största del på en litteraturstudie där mycket av informationen är hämtad ifrån standarder, handböcker och guider. Rapporten behandlar dels allmän information om kraftkablar samt PEX-kabelns konstruktion vilket bör kännas till för att kunna tillgodogöra sig informationen på bästa sätt. Vidare avhandlas åldringsmekanismer för PEX-isolerad kabel. Metoderna som presenteras i rapporten omfattar bland annat; mantelprovning, hållprov med olika typer av spänning, mätning av den dielektriska förlustfaktorn tan delta samt mätning av partiella urladdningar, PD. I kapitel 5 presenteras mätresultat från ett antal olika tan delta-mätningar samt en mätning av partiella urladdningar, vidare ges en kortare förklaring till mätresultaten. Vid mätning av de dielektriska förlusterna fås information om isolationens totala skick. Mätning av partiella urladdningar (även kallat glimning) ger information om var eventuella ojämnheter och håligheter finns. Det är dock viktigt att komma ihåg att de metoder som finns måste anpassas till den kabel som avses mätas eftersom det inte går att identifiera alla typer av defekter och fel med hjälp av endast en metod. Metoderna bör användas som diagnostiska hjälpmedel som i sin tur ger fingervisningar om kabelanläggningens totala tillstånd. De är därmed inte att betrakta som en definitiv bekräftelse avseende funktionsdugligheten för kabeln. / The work in this bachelor’s thesis was conducted at Bodens Energi Nät AB during the spring of 2017. The report describes common methods available for testing and diagnostic measurements of electric power cables. Bodens Energi Nät manages a medium voltage power grid which consists of around 700 kilometers of power lines and about 200 kilometers of cables. A large part of these cables have an insulating layer consisting of cross-linked polyethylene (XLPE) and originates from the 1970s and the 1980s. These particular XLPE cables have a higher than normal tendency to develop problems with water trees. Water trees can be described as tree-shaped structures forming inside the insulating layer of the cable in the presence of an electrical field and water. Issues with water trees leads to local degradation of the dielectric material in the cable and usually ends with a phase-to-ground fault. The purpose of this thesis is to examine and describe different methods for diagnostic measurements of medium voltage cables. Through the use of a literature study the following questions will be answered: Which methods are available for diagnostic measurements and what properties can be measured? What are the strengths and weaknesses for each of these methods? Can measurements be performed on cables on-line or is it required to disconnect the cables from the grid before any measurements can be performed?In the case of on-line testing, which methods does this apply to?  The overall disposition of this thesis starts with a general description of power cables including XLPE cables, as well as aging mechanisms in extruded cables. Subsequent chapters describes testing methods such as cable sheath testing, hipot testing using different types of voltages, measurements of the dielectric dissipation factor tan , as well as partial discharge testing.  Chapter 5 discloses the results from some different tan  measurements including a partial discharge measurement. A short description and explanation is included with every figure.  Measuring the dielectric dissipation factor yields information about the total condition of the insulation. Partial discharge offers information regarding the location of irregularities, cavities and impurities within the insulation. It is important to have in mind that each of these methods on its own will not be able to identify all types of defects. Therefore it may be required to carry out several measurements using different types of methods in order to get a general idea of the condition of the cable. Methods for cable diagnostic measurements should be seen as a tool to get an estimate about the total condition of a power cable and is not considered a fail safe way to determine the operational ability.

Polyethylene is used extensively as an insulating material in high voltage power cables, it is therefore important to understand the behaviour of polyethylene under different conditions. This is a study regarding the relation of heat treatment and the effect of morphological changes on the dielectric properties of polyethylene samples. Polyethylene granulates were pressed to 1 mm thick circular plaque samples that were heat treated differently. The heat treatments were conducted in a vacuum oven. Heat treated samples were tested for morphological changes with Differential Scanning Calorimetry (DSC) and dielectric property changes were studied with an IDAX 300 Dielectric Spectroscopy Analyser and a TREK 30/30 high voltage amplifier, allowing measurements in the frequency range 0.1 mHz – 100 Hz for voltages up to 30 kV. The experimental results were analysed to understand the co-relation among these parameters. A literature review has been conducted on polyethylene morphology to understand their behaviour under different annealing conditions. A phenomenon that has been noticed during the experiments is that the samples swell with annealing; the thickness change effects the dielectric measurements as well. For this reason an extensive study has been conducted on the effect different temperature and time of heat treatment had on the samples. Heat treatment has effects on the properties of polyethylene samples, but the effect of heat treatment was not only on the morphology but also on the physical dimension of the samples. The samples change their thickness with heat treatment along with their morphology. The effect of morphological changes on the dielectric property of polyethylene samples has not been found to be eminent. This study was focused on relatively thicker samples (1 mm) compared to the existent scientific literature (0.1-0.2 mm). There are very limited research literatures available on the relation of morphology and electrical properties of polyethylene; this work is an attempt to contribute to the knowledge. Also the effect of samples swelling with annealing and its effect on electric measurements is not found in existing literatures. This work will also contribute understanding the effect of sample swelling on measurements. / Polyeten används i stor utsträckning som ett isolermaterial i högspänningskablar, och därför är det därför viktigt att förstå beteendet hos polyeten under olika förhållanden. Detta är en studie angående relationen mellan värmebehandling och effekten av morfologiska förändringar av de dielektriska egenskaperna hos polyeten. Polyeten granulat pressades till 1 mm tjocka cirkulära skivor som sedan värmebehandlades olika. Värmebehandlingarna utfördes i en vakuumugn. De värmebehandlade proverna testades för morfologiska förändringar med differentiell svepkalorimetri (DSC) och de dielektriskaegenskaperna studerades med en IDAX 300 Dielektrisk spektroskopi Analysator och en TREK 30/30 högspänningsförstärkare, vilken tillåter mätningar i frekvensområdet 0,1 mHz - 100 Hz för spänningar upp till 30 kV. De experimentella resultaten analyserades för att förstå relationen mellan dessa parametrar. En litteratur har utförts på polyeten morfologi för att förstå deras beteende under olika anlöpningsförhållanden. Ett fenomen som har uppmärksammats under experimenten är att proverna sväller med anlöpningenÄven tjockleken påverkar de dielektriska mätningar. Av denna anledning utfördes en omfattande studie av effekten av olika temperatur och tid för värmebehandling hade på proverna. Värmebehandling har effekter på egenskaperna för polyetenprover, men effekten av värmebehandlingen var inte bara på morfologin, utan också på den fysiska dimensionen av proverna. Effekten av morfologiska förändringar på den dielektriska egenskapen hos polyetenprover har inte befunnits vara framstående. Denna studie var inriktad på relativt tjockare prover (1 mm) jämfört med den existerande vetenskapliga litteraturen (0,1-0,2 mm). Det finns mycket lite litteratur kring relationen mellan morfologi och elektriska egenskaper hos polyeten; detta arbete är ett försök att bidra till kunskapen. Även effekten av provernas svällande efter anlöpning och dess effekt på dielektriska mätningar finns befintliga litteraturen.