Nieinwazyjne metody wykrywania i pomiaru wyładowań niezupełnych

Celem nieinwazyjnych metod wykrywania wnz jest umożliwienie łatwej, szybkiej oraz bezpiecznej diagnostyki urządzeń stacji rozdzielczej. Metody takie są nieocenione przy wstępnym badaniu jakości izolacji urządzeń, a zaawansowane metody statystyczne umożliwiają ocenę ryzyka użytkowania badanego urządzenia. Pełna diagnostyka jednego pracującego urządzenia zajmuje kilkanaście sekund, w przypadku gdy nie wyktryto aktywności wnz. Dokładniejsza diagnostyka źródła wyładowania niezupełnego, w przypadku wykrycia aktywności, może zająć do kilku minut na każde urządzenie. Cechą charakterystyczną pomiaru nieinwazyjnego jest fakt, iż nie ma konieczności odłączania badanego urządzenia. Wykorzystane technologie pomiaru są w pełni bezpieczne, jako że nie ma potrzeby podłączania sond pomiarowych do elementów przewodzących. Znane są dwie podstawowe nieinwazyjne metody wykrywania i lokalizacji aktywności wyładowań niezupełnych, analizujące aktywność elektromagnetyczną oraz ultradźwiękową. W niniejszym artykule opisana zostanie metoda TEV, będąca jedną z najbardziej rozpropagowanych i łatwych w użyciu, wykorzystująca emisję fal elektromagnetycznych, oraz metoda ultradźwiękowa.

Metoda TEV

TEV (ang. Transient Earth Voltage, określane jako przejściowe napięcia doziemne) odkryte zostały w latach 70. przez naszą firmę podczas badań nad możliwościami diagnostyki rozdzielnic SN. Fala elektromagnetyczna wytworzona podczas aktywności wnz (wewnętrznych oraz powierzchniowych), wychodząca poza izolację, oddziałuje również na metalową obudowę rozdzielnicy, wytwarzając napięcie przejściowe na zewnętrznych metalowych okładzinach rozdzielnicy. Impuls TEV, będący sygnałem wysokiej częstotliwości, porusza się po powierzchni metalowej, dążąc do elektrycznej ziemi (poniższy rysunek).



Nie jest on w stanie przejść na wskroś przewodnika, ale nawet najmniejsza szczelina w powierzchni metalowej spowoduje jego przejście. Przejściowe napięcie doziemne (TEV) ma amplitudę rzędu miliwolta do jednego volta, z czasem narastania rzędu kilku nanosekund. Zaletą tej techniki jest możliwość badania zarówno rozdzielnic otwartych klatkowych, jak i okapturzonych, w tym przekładników i transformatorów, gdzie sama fala elektromagnetyczna w wielu przypadkach nie jest w stanie wydostać się poza uziemioną obudowę, szczelnie ekranującą sygnały radiowe. Przyrządy pomiarowe mierzące impulsy TEV (np. UltraTEV Plus+, UltraTEV Locator, UltraTEV Monitor etc.) są wyposażone w czujnik pojemnościowy. Pomiar takim miernikiem polega na przyłożeniu go do powierzchni metalowej obudowy urządzenia bądź celki rozdzielnicy tak jak jest to pokazane na poniższym rysynku.





Wynikiem pomiaru jest określenie poziomu wyładowania oraz ilości impulsów na okres, określające poziom zagrożenia. Istnieją dwie metody pozwalające odróżnić sygnał wytworzony przez wewnętrzne i powierzchniowe wyładowania niezupełne. W pierwszym przypadku liczba impulsów na okres będzie znacznie mniejsza. Związane jest to z faktem iż w znaczącej większości przypadków liczba uszkodzeń wewnętrznych jest dużo mniejsza niż liczba poszczególnych wyładowań w rozwiniętej ścieżce węglowej wyładowania powierzchniowego. W przypadku wyładowań powierzchniowych dodatkowo odbierane będą sygnały ultradźwiękowe. Przyrządy do analizy wnz mają możliwość przedstawienia wzorca wyładowań zsynchronizowanego z częstotliwością sieciową. Analiza taka umożliwia rozróżnienie wyładowania od zakłócenia lub dokładniejszą charakterystykę źródła. Korzystając z odpowiednich dwupróbnikowych instrumentów (np. UltraTEV Locator), istnieje możliwość lokalizacji źródła fali poprzez analizę drogi przyjścia impulsów TEV za pomocą pomiaru czasów przejścia tychże sygnałów.

Metoda ultradźwiękowa

Jest to najbardziej niezawodna i dokładna metoda nieinwazyjnego wykrywania i lokalizacji źródeł wnz. Podczas wyładowania następuje emisja fal dźwiękowych w szerokim paśmie akustycznym. Wykrywanie dźwięków słyszalnych jest możliwe, ale zależy od zdolności słuchowych danej osoby. Przyrządy pomiarowe minimalizują wpływ subiektywnego wpływu percepcji operatora na ocenę siły wyładowania. Dobór odpowiednich częstotliwości „nasłuchu” jest kompromisem pomiędzy czułością czujnika, zakłóceniami i tłumieniami ośrodka. W celu osiągnięcia wysokiej czułości, umożliwiającej wykrywanie najmniejszych aktywności wnz, przyrządy pomiarowe wyposaża się w czujniki rezonansowe (ograniczające jednakże szerokość badanego pasma). Częstotliwości bliskie pasmu słyszalnemu nie są najlepsze do badania, z powodu wielu zakłóceń. Wyższe częstotliwości są skutecznie tłumione przez powietrze, które w tym przypadku działa jak filtr dolnoprzepustowy. Na podstawie doświadczeń ustalono, iż częstotliwość bliska 40 kHz jest optymalnym wyborem. Typowe wzmocnienie sygnału jest rzędu 100 tys. razy. Nieinwazyjny pomiar ultradźwiękowy polega na zmierzeniu wartości liczbowej reprezentującej poziom ciśnienia akustycznego w miejscu pomiaru. Należy zwrócić uwagę, iż w celach porównawczych (pomiędzy urządzeniami bądź w czasie) pomiary powinno się wykonywać tym samym typem przyrządu, z tego samego miejsca, jako że natężenie sygnału zależy od odległości między czujnikiem a źródłem. Bardzo ważną cechą instrumentów pomiarowych jest możliwość odsłuchu heterodynowanego sygnału. Pozwala to na zidentyfikowanie źródła sygnału. W przypadku gdy słyszalne dźwięki są regularne, można mieć do czynienia z uszkodzeniami mechanicznymi bądź poluzowanymi mocowaniami. Dźwięk pochodzący od wnz ma charakterystyczny nieregularny wzór, podobny do sygnału generowanego przez ulot, często słyszalnego w wilgotny dzień w pobliżu urządzeń WN. Przy lokalizacji wnz niezbędnym dodatkiem jest paraboliczna antena ogniskująca UltraDish, którą pokazano na poniższym rysunku.

Koncentrujące właściwości tego mikrofonu umożliwiają detekcję słabych wyładowań oraz zwiększenie odległości pomiędzy miernikiem a źródłem. Silnie kierunkowe właściwości umożliwiają natomiast dokładną lokalizację źródła w urządzeniach zainstalowanych wewnątrz rozdzielnic klatkowych bądź w urządzeniach linii napowietrznych. Wskazanie źródła wnz odbywa się poprzez zainstalowany w antenie wskaźnik laserowy.



W przypadku gdy wyładowanie powierzchniowe występuje wewnątrz hermetycznie zamkniętej obudowy (np. głowice kablowe, transformatory lub rozdzielnice izolowane gazem SF6 w tym GIS), konieczne jest użycie czujnika dotykowego ContactProbe który jest pokazany na powyższym rysunku. Jest to związane z różnicą impedancji akustycznej ośrodka, w którym wytworzone były fale dźwiękowe (olej, powietrze, SF6) a impedancją akustyczną hermetycznej obudowy (stal, aluminium). W takim przypadku mniej niż 1% sygnału jest w stanie przedostać się do struktury metalowej. Czujnik dotykowy jest bardzo czułym narzędziem, zdolnym zarejestrować najmniejsze wibracje akustyczne wewnątrz obudowy. Należy zauważyć iż w przypadku gdy nie zostanie zainstalowany czujnik dotykowy, mniej niż 1% sygnału będzie w stanie przedostać się do powietrza z obudowy urządzenia. W efekcie, mniej niż 0.01% sygnału uderzającego o wewnętrzną część obudowy może być odebrane przez standardowy czujnik zainstalowany po zewnętrznej stronie. Powyższe akcesoria współpracują z całą rozdiną przyrządów UltraTEV (UltraTEV Plus+, UltraTEV Locator, UltraTEV Monitor etc.)

Opis wybranych przyrządów służących do badania aktywności wyładowań niezupełnych >>>