Dziś jest czwartek, 12 grudzień 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.866 -0.13% 1EUR 4.2851 -0.07% 1GBP 5.0798 -0.29%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Reklama

Aktualności
Produkcja w Polsce w kontekście Czwartej Rewolucji Przemysłowej
więcej
IIX edycja Targów Energetycznych ENERGETICS już w listopadzie!
więcej
72 edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu - Kielce - Relacja
więcej
Seminarium utrzynia ruchu - Wałbrzych 2019
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
28 czerwiec 2010.

Nieinwazyjna metoda określająca stan rozdzielnic ŚN

Właściciele i operatorzy sieci wysokiego oraz średniego napięcia stoją przed coraz większymi wyzwaniami, aby zmaksymalizować wykorzystanie istniejących urządzeń i ograniczyć koszty ich użytkowania przy jednoczesnym utrzymaniu a nawet poprawie wydajności systemu. Utrudnieniem w osiągnięciu powyższych celów jest starzejąca się infrastruktura urządzeń, które zostały zainstalowane i działają od 20, 30 i w większości przypadków ponad 40 lat.

W ostatnich latach właściciele i operatorzy systemu dystrybucyjnego zwracają uwagę na potrzebę monitorowania stanu urządzeń elektrycznych w celu zapobiegania awariom, ograniczenia napraw i przedłużenia czasu użytkowania. Wdrożenie skutecznej metody badania stanu rozdzielnic, kontroli, i programu obsługi technicznej jest niezbędne. Nawet rozdzielnice oznakowane jako bezobsługowe wymagają okresowych kontroli i konserwacji.
Z drugiej strony wyłączenie urządzeń w celu wykonania diagnostyki i konserwacji jest coraz trudniejsze, ze względu na wyższe obciążenia i ograniczenia konfiguracji sieci. Sprawdzoną metodą monitorowania stanu rozdzielnic ŚN jest wykorzystanie nieinwazyjnych metod do określenia aktywności Wyładowań Niezupełnych (WNZ) w celu zdobycia informacji o kondycji urządzenia przed podjęciem decyzji o jego odłączeniu.

Przyczyny awarii rozdzielnic

Działalność Wyładowań Niezupełnych (WNZ) jest główną przyczyną długoterminowej degradacji izolacji w rozdzielniach ŚN. Ponad trzydzieści lat doświadczeń firmy EA Technology w pracy z operatorami rozdzielnic wskazuje iż aktywność WNZ jest źródłem niszczących awarii w około 85% przypadków.
Metody właściwego utrzymania mechanicznych części urządzeń są określone przez producenta a  ich kondycja jest łatwiejsza do sprawdzenia. Jednakże degradacja części izolacyjnych, powierzchniowa lub wewnętrzna, zwłaszcza jeśli wywołana przez warunki środowiskowe lub elektryczne, może stać się kluczowa dla okresu eksploatacji sprzętu gdy zjawiska starzenia rozpoczną się, a standardowe procedury obsługi technicznej nie mogą im zapobiec ani ich wykryć.
Większość procesów mających wpływ na degradację izolacji elementów, takich jak izolatory przepustowe, głowice kablowe, przekładniki prądowe i napięciowe itp., są związane z działalnością WNZ które zdefiniowane są jako wyładowania elektryczne, zlokalizowane w izolacji  i niezwierające całkowicie elementów przewodzących. Wraz ze starzeniem się i degradacją tejże izolacji WNZ nasilają się a uszkodzenia powiększają. W związku z tym, pomiary aktywności WNZ mogą być wykorzystane jako niezawodne narzędzie diagnostyczne do nieinwazyjnej oceny stanu urządzeń, a także w celu zlokalizowania źródła uszkodzenia i selektywnej interwencji w celu usunięcia przedwcześnie starzejącego się komponentu zanim dojdzie do całkowitego uszkodzenia urządzenia.

W jaki sposób mierzy się WNZ?

Wyładowania Niezupełne mogą występować w izolacji gazowej, ciekłej i stałej podczas tymczasowego stresu napięciowego, próby napięciowej lub podczas przepięć podczas normalnej pracy. W przypadku wadliwej izolacji, wykonania lub zanieczyszczeń powstałe wyładowania niezupełne mogą nabrać charakteru ciągłego i w efekcie doprowadzić do zniszczenia izolacji. Istnieją dwa typy wyładowań niezupełnych w materiałach izolacyjnych: powierzchniowe i wewnętrzne.

Powierzchniowe wyładowania niezupełne

Powierzchniowe wyładowania niezupełne najczęściej występują pomiędzy cząsteczkami zanieczyszczeń produkując ciepło, światło, dym, dźwięk, fale elektromagnetyczne oraz ozon i tlenki azotu. Podczas aktywności powierzchniowych wyładowań niezupełnych dochodzi do zwęglenia zewnętrzej części izolacji co jest dodatkowo pobudzane przez lotne zanieczyszczenia i wilgotność. Powierzchniowe WNZ prowadzą do erozji izolacji i powstania charakterystycznego drzewienia jak jest to pokazane na rysuku 1.
Najlepszą metodą wykrywania tego rodzaju wyładowań jest użycie przyrządu mierzącego aktywność ultradzwiękową poprzez nieprzerwaną ścieżkę powietrzną pomiędzy źródłem wyładowania i przyrządem pomiarowym.
We wczesnym stadium fale dźwiękowe wysokiej częstotliwości generowane przez aktywność WNZ są z łatwością wykrywane ulrtadźwiękowo w zakresie 40kHz. Połączenie pary wodnej z tlenkami azotu tworzy kwas azotowy, który atakuje metalowe konstrukcje urządzeń i prowadzi do ich zaawansowanej korozji. Powierzchnie izolacji wystawione na szkodliwe działanie kwasu azotowego są idealnym miejscem do wystąpienia drzewienia, prowadząc do zmniejszenia efektywnej drogi upływu.
Drzewienie jest efektem zwęglenia powierzchni izolacji powstałej we wczesnym stadium poprzez rozkład zanieczyszczeń w obecności wilgoci.

Wewnętrzne wyładowania niezupełne

Wewnętrzne wyładowania niezupełne występują wewnątrz materiału izolacyjnego i są powodowane przez wiek, jakość materiału, konstrukcje i jakość procesu produkcyjnego. Przekładnik prądowy pokazany na rysunku 2 został zdiagnozowany jako źródło wewnętrznych WNZ. Po demontażu i przecięciu przekładnika, uszkodzenie zostało uwidocznione w jego górnej części co jest pokazane na rysunku 2 po prawej stronie.
W każdym produkowanym materiale izolacyjnym występują mikroskopijne pęknięcia lub szczeliny. Podczas pracy urządzenia pod napięciem, te niejednorodności ładują się i rozładowywują jak małe kondensatory z częstotliwością 50Hz. W konsekwencji, jako że napięcie przebicia powietrza jest mniejsze od napięcia przebicia otaczającej izolacji, powietrze w szczelinie ulega przebiciu i powstaje mikroskopijny łuk, nazwany wyładowaniem niezupełnym.
Powstałe przebicia są źródłem ciepła, światła, dymu, dźwięku i fal elektromagnetycznych. Możliwa jest tylko detekcja fal elektromagnetycznych, gdyż pozostałe zjawiska są szczelnie chronione przez otaczającą izolację (patrz rysunek 3).
Ta aktywność mikroskopijnych wyładowań powoduje wewnętrzną erozję izolacji wokół istniejących szczelin powodując, że stają się one większe a zatem energia uwalniana podczas każdego wyładowania zwiększa się. Dochodzi do zwęglenia wewnętrznej powierzchni szczeliny co powoduje iż staje się ona coraz bardziej przewodząca i zwiększa natężenie pola elektrycznego na sąsiadującą szczelinę która może nie być jeszcze przewodząca. W przypadku gdy wystarczająca ilość przewodzących szczelin jest obecna wewnątrz materiału izolacyjnego, jego zdolności izolacyjne są zachwiane nawet podczas normalnych warunków pracy ale w szczególności podczas krótkotrwałych przepięć powodowanych np. operacjami przełączenia obwodu przez rozdzielnicę.

Przejściowe Napięcia Doziemne (TEV - eng. Transient Earth Voltages)

Fale elektromagnetyczne rozchodzą się od źródła WNZ we wszystkich kierunkach i indukują wysokiej częstotliwości impulsy napięcia o amplitudzie od 0.1mV do kilku volt. Impulsy te rozchodzą się po wszystkich metalowych częściach rozdzielnicy a nawet całej rozdzielni z prędkością światła i zmierzają w kierunku ziemi. Impulsy te z powodu wysokiej częstotliwości pozostają na powierzchni metalowych elementów z powodu występowania zjawiska naskórkowości. Impulsy te zostały po raz pierwszy zaobserwowane i badane przez EA Technology w 1974 roku przez Dr Johna Reevesa i zostały nazwane Transient Earth Votlage (Przejściowe Napięcia Doziemne) ponieważ pozostają one na powierzchni metalowej przez bardzo krótki odcinek czasu i ich kierunek rozchodzenia skierowany jest ku elektrycznej ziemi. Podczas długotrwałych badań zaobserwowano, iż te sygnały TEV są bezpośrednio proporcjonalne do amplitudy aktywnego wyładowania niezupełnego, a co za tym idzie, kondycji izolacji rozdzielnicy tego samego typu i modelu mierzonej w tym samym punkcie. Obserwacje te posłużyły do stworzenia niezawodnej porównawczej praktycznej metody do nieinwazyjnej oceny kondycji rozdzielnic tego samego typu i producenta w czasie gdy urządzenie pracuje. 

Interpretacja wyników pomiarów TEV

Impulsy mierzone na powierzchni urządzenia są przedstawione na krzywych Lissajous zawartych z załączniku A standardu IEEE 1291-1993, których przykład pokazany jest na rysunku 3.
Dla każdego typu aktywności pokazane impulsy mają dwie wyraźne cechy: amplitudę i liczbę impulsów w okresie. Jako że aktywność WNZ rośnie z czasem, amplituda i liczba impulsów na okres wzrasta. Metoda interpretacji odczytów TEV bazuje na umiejętności uwzględnienia tych czynników w sposób pokazany na rysunku 4.
Niska liczba i amplituda impulsów oznacza małe ryzyko całkowitego uszkodzenia izolacji. Wysoka liczba impulsów o niskiej amplitudzie, bądź niska liczba impulsów o wysokiej amplitudzie oznacza, iż ryzyko uszkodzenia izolacji rośnie. Dlatego też regularne testy powinny być wykonywane w celu monitorowania tempa rozwoju uszkodzenia. Ostatecznie, wysoka liczba impulsów o wysokiej amplitudzie oznacza, iż ryzyko uszkodzenia urządzenia może być niedopuszczalnie wysokie, co wiąże się z koniecznością stosunkowo szybkiej interwencji.
Firma EA Technology rozpoczęła monitorowanie aktywności WNZ w rozdzielnicach okapturzonych przy użyciu metody TEV w 1984 roku a wyniki tych pomiarów stworzyły bazę danych z ponad 100 000 rekordów. Pomiary te dotyczą większości producentów oraz typów rozdzielnic. Pomiary TEV (jako dBmV) są porównywane z wynikami zapisanymi w bazie danych dla porównywanego sprzętu (o tym samym napięciu znamionowym, typie izolacji i konstrukcji). W przypadku gdy poziom WNZ jest w grupie 5% najwyższych zarejestrowanych wyników z bazy danych jest on zakwalifikowany do czerwonej ćwiartki rysunku 4. W przypadku gdy pomiar jest w grupie 25% najwyższych zarejestrowanych wyników w bazie danych, badane urządzenie jest w ćwiartce żółtej. W każdym innym przypadku pomiar zarejestrowany jest jako poziom zielony.

Przyrządy do badania WNZ

Badanie WNZ jest techniką diagnostyki kondycji izolacji w rozdzielnicach ŚN/WN dobrze udokumentowaną poprzez wieloletnie prace. Przyrząd PD LocatorTM określa poziom aktywności WNZ używając jeden czujnik TEV. Przy pomocy dodatkowego czujnika TEV przyrząd potrafi dokładnie zlokalizować źródło aktywności WNZ mierząc czas propagacji impulsów. PD MonitorTM używa wielu czujników TEV, podłączonych do centralnego serwera, w celu ciągłego monitorowania aktywności WNZ w setkach urządzeń jednocześnie. Przyrząd ten wyposażony jest w specjalistyczne oprogramowanie które automatycznie analizuje i interpretuje aktywność WNZ a wyniki przedstawia w formie raportu o kondycji urządzenia. Oba te przyrządy stworzone zostały przez inżynierów i naukowców w EA Technology i były używane przez wiele lat w celu uaktualniania danych w bazie aktywności WNZ i nadal są wyznacznikiem jakości dla nieinwazyjnych pomiarów kondycji pracujących urządzeń. W ostatnim czasie zostały skonstruowane nowsze efektywniejsze i poręczniejsze przenośne przyrządy do pomiarów aktywności WNZ w celu pełnego wykorzystania potencjału pomiarów WNZ jako strategicznego narzędzia w obsłudze technicznej i zarządzaniu urządzeniami sieci dystrybucyjnej.
Nowo skonstruowane przyrządy zawierają podwójne czujniki w jednym przyrządzie: ultradźwiękowy sensor, przeznaczony głównie do pomiaru aktywności powierzchniowych WNZ i czujnik TEV do pomiaru poziomu wewnętrznych WNZ. Podejście do zaowocowało stworzeniem nowej rodziny przyrządów, w której każdy przyrząd odgrywa specyficzną rolę w detekcji, lokalizacji, pomiarze i monitoringu aktywności WNZ.
UltraTEV DetectorTM skonstruowany w laboratorium firmy EA Technology jest pierwszym na świecie przenośnym przyrządem wykorzystującym dwa rodzaje czujników. W roku 2007 został on nagrodzony jedną z najbardziej prestiżowych nagród "Queens Awards for industry" której patronką jest królowa Anglii. Przyrząd ten jest standardowo używany w rozdzielniach przez każdego operatora sieci energetycznej w Anglii i został pomyślnie przyjęty przez operatorów na całym świecie.
UlraTEV DetectorTM został porównany do iPoda z powodu jego łatwości obsługi, minimalnego wymaganego szkolenia i przyjaznego interfejsu użytkownika, pod którym ukryty jest wspaniały technologiczny postęp. Pojedynczy przycisk włącza przyrząd i prosty system, podobny do świateł sygnalizacji ulicznej, ukazuje obsłudze natychmiast czy poziom WNZ jest na jednym z trzech poziomów: zielony- oznaczający dobry stan urządzeń sieci ŚN, żółty- oznaczający te urządzenia które wymagają dokładniejszej i częstszej diagnostyki oraz czerwony - oznaczający iż urządzenie ŚN wymaga natychmiastowej interwencji, jako że aktywność WNZ jest niebezpiecznie wysoka.
Podczas gdy podstawowy UltraTEV DetectorTM, jest nieoceniony podczas pierwszego szybkiego pomiaru aktywności WNZ, ustępuje on w dziedzinie szczegółowej diagnostyki bardziej wyrafinowanym przyrządom dwu-czujnikowym, oferującym znacznie więcej funkcji. UlrtaTEV Plus+TM (Rysunek 5) pokazuje liczbowo poziom aktywności ultradźwiękowej w skali decybelowej oraz jako sygnał słyszalny poprzez słuchawki, który może zostać przeanalizowany przez inżynierów. Dodatkową opcją jest tu paraboliczna antena ogniskująca, służąca do wykonania pomiarów w urządzeniach sieci napowietrznej, bądź do dokładnego wskazania źródła sygnału w polach otwartych rozdzielni celkowych. Pomiar aktywności wewnętrznych wyładowań niezupełnych w formie sygnałów TEV przedstawiony jest jako wartość liczbowa a tryb ciągłego pomiaru podaje dodatkowe współczynniki: maksymalny zmierzony poziom, ilość pulsów na okres 20ms i poziom zagrożenia.
Pomiar ultradźwiękowy jest najbardziej wartościową techniką przy diagnostyce urządzeń napowietrznych. UltraMETTM jest nowym członkiem rodziny przyrządów WNZ. UltraMETTM jest wyposażony w ultradźwiękową paraboliczną antenę ogniskującą i jest idealny do badania urządzeń sieci napowietrznej, głowic kablowych i izolatorów.
Dwa rodzaje czujników są również wbudowane w uniwersalne węzły pomiarowe systemu UltraTEV AlarmTM (rysunek 6), który może być zainstalowany permanentnie bądź tymczasowo, w celu pomiaru aktywności WNZ w kilku rozdzielnicach bądź całej stacji rozdzielczej. W przypadku gdy WNZ osiągnie poziom krytyczny, UltraTEV Alarm TM wygeneruje automatycznie powiadomienie za pomocą komunikatu SMS lub poprzez email. System ten został uzupełniony przez PD Monitor GISTM, skonstruowany w celu monitorowania kondycji rozdzielnic wysokich napięć izolowanych gazem GISTM poprzez mierzenie wewnętrznych WNZ za pomocą badania emisji fal elektromagnetycznych w zakresie UHF.

Podsumowanie

Możliwość wykrywania i mierzenia aktywności WNZ w urządzeniach bez konieczności ich odłączania jest niebywale wartościową techniką wskazywania uszkodzeń we wczesnym stadium ich powstawania, zanim jeszcze spowodują awarie i odłączenie odbiorców. Jest to także unikalna, efektywna metoda zapewnienia bezpieczeństwa pracowników. Obecnie sprawdzenie aktywności WNZ przed każdą manualną operacją przełączenia rozdzielnicy jak i również przed każdym wejściem do stacji rozdzielczej jest wymogiem stawianym pracownikom przez wielu operatorów sieci energetycznych.
Jest coraz bardziej oczywiste, iż największą komercyjną zaletą pomiarów WNZ jest możliwość użycia dokładnych danych liczbowych przy ocenianiu stanu urządzenia, które maja fundamentalny wpływ na metodę zarządzania nimi. Zamiast polegania na obsłudze urządzeń na podstawie z góry ustalonych badań okresowych, zasoby mogą być zarządzane wydajniej na podstawie ich aktualnej kondycji. Wynikiem tego jest zmniejszenie ilości inwazyjnej obsługi, zmniejszenie ilości wyłączeń, polepszenie współczynników jakościowych (SAIDI/SAIFI/MAIFI), potencjalnie zwiększona żywotność urządzeń, zwiększone bezpieczeństwo i niższe koszty użytkowania. Dostępność danych o kondycji każdego urządzenia prowadzi do podejmowania trafniejszych decyzji o wymianie i remoncie tychże urządzeń.

Charles Williamson,
EA Technology Australia

tłumaczenie z języka angielskiego
dr Grzegorz Zyśko
www.eatechnology.pl

Podpisy do rysunków:
Rysunek 1: Efekt działania powierzchniowych wyładowań niezupełnych.

Rysunek 2: Efekt działania wewnętrznych wyładowań niezupełnych.
Rysunek 3: Krzywe Lissajous przedstawiające wewnętrzne WNZ w szczelinie wewnątrz materiału izolacyjnego na podstawie standardu IEEE 1291 ? 1993.

Rysunek 4. Interpretacja pomiarów sygnałów TEV.
Rysunek 5: Podręczny miernik podczas pomiaru aktywności WNZ dwoma metodami TEV i ultradźwiękową.

Rysunek 6. System UltraTEV AlarmTM wykorzystujący dwa rodzaje czujników do ciągłego monitorowania urządzeń o znaczeniu strategicznym.

Źródło: Urządzenia dla Energetyki
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl