Deutsch

Eine wesentliche Herausforderung für Verteilungsnetzbetreiber besteht darin, im Rahmen optimierter Instandhaltung und Erneuerung der Mittel- und Niederspannungskabelstrecken eine Zustandserfassung durchzuführen, um Ausfällen der Betriebsmittel und Versorgungsunterbrechungen präventiv vorzubeugen. Zur Zustandserfassung vor Ort können lediglich diagnostische Messverfahren eingesetzt werden, die mit einem sehr hohen Aufwand verbunden sind. Gleichzeitig werden im Rahmen der Energiewende und der Digitalisierung zukünftig Informations- und Kommunikationstechnologien in der Mittel- und Niederspannungsebene an Bedeutung gewinnen. Eine mögliche Technologie stellt die Breitband-Powerline-Kommunikation, welche die Kabelstrecken als Übertragungsmedium nutzt. Im Rahmen dieser Dissertation wird der Sekundärnutzen der Breitband-Powerline-Kommunikation zur Zustandserfassung von Kabelstrecken grundsätzlich untersucht. Als wichtige Basis der Untersuchungen ist die Charakterisierung von Kabelzuständen und deren Differenzierung in globale Alterung, lokale Fehlstellen ohne Teilentladungen und lokale Fehlstellen mit Teilentladungen anzusehen. Auf dieser Grundlage werden die Einflüsse von kritischen Zuständen innerhalb dieser drei Kategorien auf wesentliche Kenngrößen der Breitband-Powerline-Kommunikation im Rahmen von Modellierungen, Simulationen, Laboruntersuchungen sowie eines Feldtests analysiert und auf diese Weise die Möglichkeit der Zustandserfassung qualifiziert. Die globale Alterung wird dazu als Veränderung der dielektrischen Eigenschaften eines Kabels und damit einhergehend als Einfluss auf die Ausbreitungskonstante und Wellenimpedanz von Kabeln betrachtet und analysiert. Lokale Fehlstellen ohne Teilentladungen können dagegen im zweiten Ansatz als Diskontinuitäten, d. h. als lokale Veränderungen der Wellenimpedanz eines homogenen Kabelabschnitts, die prinzipiell eine zusätzliche Dämpfung und Phasendrehung von transmittierten Signalen herbeiführen, angesehen werden. Da lokale Fehlstellen auch der Ursprung von Teilentladungen sein können, werden im dritten Ansatz die Auswirkungen von Teilentladungen als zusätzliches Rauschen untersucht. Die Zustandserfassung durch die Analyse der Datenübertragungseigenschaften der Breitband-Powerline-Kommunikation ist als Sekundärnutzen prinzipiell möglich. Während verschiedene Formen der globalen Alterung einen signifikanten Einfluss auf die genannten hochfrequenten Übertragungseigenschaften von Kabeln aufweisen und Teilentladungen ein deutliches, zusätzliches Rauschen darstellen, ist eine Detektion lokaler Fehlstellen ohne Teilentladungen i. d. R. nicht möglich. Da die Datenübertragungseigenschaften bedingt durch weitere Einflussfaktoren nicht nur von dem Zustand der Kabelstrecken abhängig sind, werden im Rahmend des Feldtests auch weitere sekundäre Nutzungsmöglichkeiten der Breitband-Powerline-Kommunikation jenseits der Zustandserfassung von Kabeln aufgezeigt.

English

A major challenge for distribution system operators is to carry out condition detection as part of optimized maintenance and renewal of the medium and low-voltage cables in order to prevent breakdowns of equipment and supply interruptions. Only diagnostic measurement methods can be used for on-site condition detection, which involve high effort. At the same time, information and communication technologies at the medium and low voltage levels become more important as part of the energy transition and digitization. One possible technology is the broadband powerline communication, which uses the cables as a transmission medium. In the context of this thesis, the secondary benefit of broadband powerline communication for the condition detection of cables is fundamentally examined. The characterisation of cable conditions and their differentiation into global ageing, local defects without partial discharges and local defects with partial discharges are taken into account as an important basis of the investigations. Hence, the influences of critical conditions within these three categories on essential parameters of broadband powerline communication are analysed in the context of modeling, simulations, laboratory tests and a field test, thereby qualifying the possibility of condition detection. Global ageing is studied and analysed as a change in the dielectric properties of a cable and, as a result, as an influence on the propagation constant and characteristic impedance of cables. In the second approach, local defects without partial discharges are regarded as discontinuities, i.e. as local changes in the characteristic impedance of a homogeneous cable, which in principle bring about additional attenuation and phase rotation of transmitted signals. Since local defects can also be the origin of partial discharges, the third approach examines the effects of partial discharges as additional noise. In principle, condition detection by analysing the data transmission properties of broadband powerline communication is possible. While various forms of global ageing have a significant influence on the high-frequency transmission properties of cables and partial discharges can represent a significant additional noise, detection of local defects without partial discharges is usually not possible. Hence, a secondary benefit is existing. As the data transmission properties are not only dependent on the condition of the cables due to other influencing factors, the field test also shows other secondary benefits of broadband powerline communication beyond the condition detection of cables.