Stroomuitval wordt meestal veroorzaakt door kortsluiting in een kabel van het middenspanningsnet. Adviesbureau DNV-GL ontwikkelde een sensorsysteem dat voorspelt wanneer zo’n kortsluiting dreigt te ontstaan, zodat preventief onderhoud mogelijk is. De Smart Cable Guard is ook in staat overbelasting te registreren.

Amsterdam had vandaag de primeur met sensoren in het middenspanningsnet rond de Leidsestraat. Met deze Smart Cable Guard is het mogelijk stroomuitval door kortsluiting in de kabel te  voorkomen.

Vonkjes sputteren

Aan die kortsluiting gaan meestal doorslagvonkjes vooraf. ‘De kabel staat dan echt te sputteren, met miljoenen vonkjes per dag’, weet prof.dr. Fred Steennis, senior adviseur van adviesbureau DNV-GL, het vroegere Kema. Veel hebben die vonkjes nog niet om het lijf, rond 0,1 V, maar ze zijn belangrijk omdat ze de voorbode zijn van kortsluiting in de kabel. ‘Door een of andere oorzaak functioneert de isolatie tussen de stroomdraad en de geaarde mantel niet meer, en meestal gebeurt dat bij de koppelstukken van twee kabels.’

De sensor is in staat die doorslagvonkjes te registreren. ‘Ze geven een signaal tot in het megahertz-gebied, zodat we ze duidelijk kunnen onderscheiden van de standaard 50 Hz-frequentie.’

De vonkjes bij de zwakke plek geven een signaal naar de beide sensoren; uit het tijdsverschil van aankomst blijkt de locatie.

DNV-GL wil niet alleen weten dat een kabel ergens staat te sputteren, maar ook waar. ‘We hebben daarom een sensor in elk van de twee middenspanningsruimten waar de kabel tussen zit.’ Uit het tijdsverschil dat het signaal van het doorslagvonkje erover doet om naar de sensor in de ene en de andere middenspanningsruimte te komen is de locatie te bepalen. ‘Vanwege signaalvervorming kunnen we dat tot op 1 % nauwkeurig van de lengte van de kabel, bij de toepassing in Amsterdam is dat tien meter.’ De nauwkeurigheid is voor de netbeheerder voldoende, omdat de kabelkoppelingen de meeste problemen veroorzaken, en de locatie daarvan is goed bekend.

Tijdsynchronisatie

Nu is het meten van het signaal van het doorslagvonkje niet het meest bijzondere. ‘Het meest ingewikkeld was het synchroniseren van de computers die in de beide middenspanningsruimten het signaal verwerken, en dat over een afstand van enkele kilometers. Want zonder die tijdsynchronisatie kun je het verschil in aankomsttijd niet goed bepalen.’

Uiteindelijk is het gelukt een systeem te ontwikkelen dat op 100 ns nauwkeurig de tijd van de beide computers synchroniseert. ‘We hebben er patent op aangevraagd. Elke seconde stuurt de ene computer een specifiek gedefinieerd signaal naar de andere computer, die het vervolgens weer terugzendt, en daarop synchroniseren we de tijd.’ Het resultaat is dat elke computer data van doorslagvonkjes, gecombineerd met een tijdstempel, naar de centrale server stuurt, waar de gegevens worden verwerkt.

De grafiek laat het aantal doorslagvonkjes zien.

DNV-GL heeft samen met de netbeheerders Alliander en Enexis al langer met de Smart Cable Guard geëxperimenteerd. Steennis: ‘Op die manier hebben we een database opgebouwd waarbij we per type kabel kunnen zien wat een bepaald patroon van doorslagvonkjes ons vertelt. Bijvoorbeeld bij een kabel met kunststof isolatie treedt binnen enkele dagen kortsluiting op, bij een meestal ouder type kabel met een isolatie van olie en papier kan het nog maanden duren.’

Op basis van de data van de sensoren geeft DNV-GL aan de netbeheerder advies of er snel reparatie nodig is of niet. ‘In tweederde van de door ons geteste gevallen was de waarschuwing adequaat, bij een derde hadden we de preventieve reparatie nog wel wat kunnen uitstellen’, weet Sander Schouwenaar, innovatiemanager bij Enexis.

Overbelasting

Het sensorsysteem is ook in staat om overbelasting van de kabel te registreren. Steennis van DNV-GL: ‘Tijdens proeven bleek dat de snelheid van het tijdsignaal dat de computers over de kabel versturen afhankelijk is van de temperatuur van de kabel. We zien de seizoenen en het dag-nachtritme terug in de tijd die het signaal erover doet om heen en weer te gaan. We kunnen in de kabel een temperatuurverschil van 1 °C zien.’ Bij overbelasting neemt de temperatuur van de kabel significant toe. ‘We hebben zo een nieuwe manier gevonden om overbelasting van de kabel te signaleren.’

Nu de sensor commercieel wordt uitgerold, staan de netbeheerderders voor de vraag hoeveel en waar ze toe te passen. Schouwenaar van Enexis: ‘Dat wordt bepaald door een mix van factoren, zoals de impact van stroomuitval op de betreffende locatie, de status van de kabel, ons vervangingsprogramma, enzovoorts. We zullen het systeem dus heel gericht gaan inzetten.’

Zo’n 80 % van de stroomuitval wordt veroorzaakt door problemen in de middenspanning. Treedt er kortsluiting op, dan hebben al gauw zo’n duizend gebruikers daar een uur hinder van. De Smart Cable Guard is in staat zo’n 65 % van de kabelstoringen te voorzien, zodat die kunnen worden voorkomen.