Szétterjedt felszíni tömörített SF6 tárca árnyékolókészülékben fellépő részleges kitörlés észlelési technológiájának és elemzési módszerének kutatása

A padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsoló egy fontos irányítási és védelmi eszköz az átalakító telepekben és villamos rendszereken. Főleg arra szolgál, hogy megszakítsa, zárja be és továbbítsa a normál terhelési áramokat a vezetékeken, valamint lekapcsolja a rövidzárló áramokat a rendszer hibáinál. A padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsolót összetevők, mint például a megszakító elemek, izoláló csapágák, csapágátípusú áramerősítők, ívkioltó kamrák, műveleti mechanizmusok és földes testek alkotják, ahol az ívkioltó kamra egy földes fémhordozóban található.

Az SF₆ szolgál izoláló és ívkioltó közegként a tartálytípusú áramközi kapcsolóknál. Egyenletes elektromos mezőben izolációs ereje körülbelül háromszorosa a levegőnek, ívkioltó képessége pedig körülbelül százszorosa a levegőnek. Ennek eredményeként az SF₆-vel működő áramközi kapcsolók kompakt szerkezetűek és kis helyet foglalnak el. Emellett a padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsolók előnyei között számítható a kis berendezések súlypontja, stabil szerkezet, jó seímszerűség, beépített áramerősítők, erős tisztaanyagellenállás és kényelmes karbantartás.

Azonban a tartálytípusú áramközi kapcsolók gyártása, összeszerelése, szállítása és üzemeltetése során az izoláció hibái kialakulhatnak rossz feldolgozás, ütközések, lökések és kapcsoló műveletek miatt. Az izoláció jellemző hibái magukba foglalják a vezetékek vagy a testek felelőtlenségeit, a levitálódó elektrodákat és a szabad fém részecskéket. Amikor az izoláció hibájának koncentrálódó elektromos mező ereje eléri a vizsgálati vagy bélyegfeszültség alatti terület rombolódási mező erejét, akkor részleges kioltás (PD) lép fel. A részleges kioltás a kapcsolók izolációjának romlásának fő oka, és az izolációs hibák előzménye. Ezért a részleges kioltási jelenségek online figyelése képes felismerni az izoláció hibáit a hiba bekövetkezése előtt, ami egy fontos eszköz a padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsolók és a villamos rendszer biztonságos és stabilitásos működésének biztosításához.

A kioltás során keletkező fizikai jelenségek alapján a kapcsolók részleges kioltásának fő detektálási módszerei a pulzus alapú árammérés, az ultrahang (AE), a tranzienst földfeszültség (TEV) és a nagyfrekvenciás (UHF) módszerek [2 - 3]. Ez a cikk kísérleti és helyszíni tapasztalatok kombinációján alapul, és áttekinti a különböző részleges kioltás detektálási és elemzési technikáit SF₆ padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsolóknál, összefoglalva mindegyik módszer jellemzőit.

Pulzus alapú árammérés

Amikor részleges kioltás lép fel, a töltések mozgása pulzus alapú áramot generál, amelyet egy csatlakoztatott eszköz vagy áramérzékelő segítségével érzékelhetünk a vizsgálati körben. A pulzus alapú árammérés az IEC 60270 és a releváns szabványokban meghatározott egyetlen módja a részleges kioltás kvantitatív mérése. Más módszerek főleg a részleges kioltás detektálására vagy helyzetre vannak használva. A pulzus alapú árammérés nagy érzékenységgel bír, de nagyon érzékeny a helyszíni elektromos és magnesészeti zavarodásokra. Ezért szükséges a gyenge kioltási jeleket a detektált jelek közül kiválasztani. A részleges kioltás mértékét reprezentáló fizikai mennyiség a látszólagos töltés q, amely a következő képlet alapján számítható.

A képletben i(t ) a részleges kioltás pulzus alapú áramát, Um(t) a pulzus alapú feszültséget, Rm a detektálási ellenállást, és q a látszólagos töltést jelenti, amelynek egysége pC (picocoulomb).

Az áramérzékelőkre alapuló pulzus alapú árammérés megfelel az online részleges kioltás detektálásához. A nagyfrekvenciás áramérzékelők általában 16 kHz és 30 MHz frekvenciatartományban működnek, és csavarstrukturában vannak kialakítva, ami megkönnyíti a telepítésüket a padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsolók földezési végén.

Ultrahang módszer

A részleges kioltás intenzív molekulák ütközését okozza, ami ultrahang hullámokat generál, amelyek a kapcsolóban terjednek. Az ultrahang érzékelők, amelyek a kapcsoló testén vannak telepítve, képesek a részleges kioltási jeleket detektálni. Az ultrahang érzékelők belső piezoelektromos elemek átalakítják a részleges kioltás által generált ultrahang jeleket feszültségjelekké, amelyeket a detektálási körbe küldenek. Az ultrahang módszer detektálási körét főleg decupler (amely a tápellátási jeleket és az ultrahang jeleket választja szét), jel fokozó és szűrő alkotja.

A padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsolók belső részleges kioltásai időtartomány- és frekvenciatartomány-szempontból a 2. ábrán láthatók, ahol a frekvencia tartománya főleg 50 és 250 kHz között van eloszlva. Az ultrahang módszer előnyei között számítható a kis költség, a könnyű telepítés, a nagy elektromos és magnesészeti zavarodás ellenállás, és a részleges kioltás helyzetre alkalmas. Azonban a kapcsolók belső izolációs szerkezete összetett, és az ultrahang hullámok lassan utaznak és jelentős csökkenést mutatnak az SF₆ gázban, ezért szükséges optimális detektálási pozíciót meghatározni.

Nagyfrekvenciás (UHF) módszer

A részleges kioltás által generált áramimpulzusok emelkedési ideje és tartama nanoszekundumok rendjén van, ami 300 MHz és 3 GHz ultra-nagyfrekvenciás tartományban ekvivalens frekvenciájú elektromos hullámokat indít. Jelenleg a piaci UHF érzékelők legtöbbjének detektálási frekvencia tartománya 300 MHz és 1,5 GHz között van. Mivel a jelek gyengeek és magasfrekvenciásak, a UHF módszerhez szükséges a bemeneti jeleket szűrők, fokozók és integrálók révén feltölteni, majd adatszerező kártyára küldeni a további elemzésre.

Ugyanakkor a UHF módszer alkalmazása során szükséges a kommunikációs jeleket és a világítási ellátási jeleket mind szoftver, mind hardver szinten megszűrni. A UHF módszer nagy érzékenységgel és erős zavarodás ellenállással rendelkezik, és alkalmas a részleges kioltás helyzetre. A lebegő potenciál részleges kioltás UHF jeleinek fázisfeloldó részleges kioltás (PRPD) mintázata a 3. ábrán látható, amely információt tartalmaz a kioltás amplitúdójáról, fázisáról és előfordulási számáról.

Tranzienst földfeszültség (TEV) módszer

Amikor a részleges kioltás által generált elektromos hullámok terjednek a padlapon alapuló tartálytípusú áramközi kapcsoló fém burkolatáig, indukált áram keletkezik a burkolat felületén, ami tranzienst földfeszültséget eredményez a földezési test hullámteljes ellenállása mentén. A TEV érzékelő működési elvét egy kapacitív feszültségosztóval lehet megfeleltetni. Detektálja a részleges kioltást a szensor elektrodája és az izoláló réteg közötti ekvivalens kondenzátoron lévő feszültség alapján. A részleges kioltás SF₆ áramközi kapcsolókban belül lévő tranzienst földfeszültség jelei a 4. ábrán láthatók, ahol a fő frekvencia tartomány 1-100 MHz között van. A TEV módszer előnyei között számítható a könnyű használat és a további detektálási kör nélküli alkalmazhatóság.

Részleges kioltás elemzési módszerei

A részleges kioltás elemzési módszerei arra szolgálnak, hogy becsljék a kioltás kockázat szintjét, csillapítsák a jeleket, és kinyerjék a kioltás jellemzőit a hibatípus besorolásához. Ezek a módszerek főleg a pulzus hullámforma, a fázisfeloldó részleges kioltás (PRPD) mintázat, a háromfázis amplitúdó viszony mintázat, az idő-frekvencia mintázat, és az idő alapú statisztikai jellemző módszereket tartalmazzák.