Analýza výbojových poruch sběrnice a jejich řešení

1. Metody detekce výboje na sběrnici

1.1 Test izolačního odporu

Test izolačního odporu je jednoduchá a často používaná metoda pro testování elektrické izolace. Je velmi citlivý na průchody typu defektů izolace, celkové absorpci vlhkosti a povrchové kontaminaci – podmínky, které obvykle vedou k výraznému snížení hodnoty odporu. Nicméně, je méně efektivní při detekci lokálního stárnutí nebo parciálních výbojových vad.

V závislosti na třídě izolace zařízení a požadavcích na testování se běžně používají tester izolačního odporu s výstupními napětími 500 V, 1 000 V, 2 500 V nebo 5 000 V.

1.2 Test vytrvalosti při síťovém střídavém napětí

Test vytrvalosti při síťovém střídavém napětí aplikuje na izolaci vysokonapěťový signál AC, který je vyšší než nominální napětí zařízení, po stanovenou dobu (obvykle 1 minutu, pokud není uvedeno jinak). Tento test efektivně identifikuje lokální defekty izolace a hodnotí schopnost izolace odolat přetlakovým napětím v reálných provozních podmínkách. Je to nejrealističtější a rozhodující test izolace pro prevenci selhání izolace.

Nicméně, je to destruktivní test, který může zrychlit existující defekty izolace a způsobit kumulativní degradaci. Proto musí být úrovně testovacího napětí pečlivě vybrány v souladu s GB 50150–2006 Norma pro přijímací testy elektrického zařízení v elektroinstalačních projektech. Testovací normy pro porcelánovou a tuhou organickou izolaci jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1: Normy pro vytrvalostní testy při síťovém střídavém napětí pro porcelánovou a tuhou organickou izolaci

Existuje několik metod vytrvalostních testů při síťovém střídavém napětí, včetně testování při síťové frekvenci, sériové rezonance, paralelní rezonance a sériově-paralelní rezonance. Pro testování výboje na sběrnici je postačující standardní vytrvalostní test při síťovém střídavém napětí. Nastavení testu by mělo být určeno na základě testovacího napětí, kapacity a dostupného zařízení, obvykle pomocí kompletního vysokokomplexního testovacího setu.

1.3 Infracevní testování

Všechny objekty s teplotou nad absolutní nulou nepřetržitě emitují infracevní záření. Množství infracevní energie a její rozdělení podle vlnové délky jsou těsně spojené s povrchovou teplotou objektu. Měřením tohoto záření může infracevní termografie přesně určit povrchovou teplotu – což tvoří vědeckou základnu pro měření teploty infračerveným způsobem.

Z hlediska infracevního monitorování a diagnostiky lze vysokonapěťové zařízení rozdělit do dvou kategorií: externí a interní. Externí vady se vyskytují na expozovaných částech a lze je přímo detekovat pomocí infracevních přístrojů. Interní vady jsou skryté uvnitř tuhé izolace, oleje nebo obalů a jsou obtížně detekovatelné kvůli blokování izolačními materiály.

Infracevní diagnostika výboje na sběrnici zahrnuje měření teploty, výpočet relativní teplotní diference (včetně okolní teploty) a srovnání s normálně fungujícími sběrnicemi. To umožňuje intuitivní identifikaci míst přehřátí a výboje.

2. Aplikace nových technologií

2.1 Ultravlnná (UV) imagovací technologie

Když lokální elektrický stres na napájeném zařízení překročí kritickou hranici, dochází k ionizaci vzduchu, což vede k koronovému výboji. Vysokonapěťové zařízení často zažívá výboje v důsledku špatné konstrukce, výroby, instalace nebo údržby. V závislosti na intenzitě elektrického pole může dojít k koroně, flashoveru nebo oblouku. Během výboje elektrony ve vzduchu získávají a uvolňují energii – emitují ultravlnnou (UV) světlo, když energie uniká.

Ultravlnná imagovací technologie detekuje toto UV záření, zpracovává signál a překládá ho na viditelný obraz zobrazovaný na obrazovce. To umožňuje přesné umístění a hodnocení intenzity korony, poskytuje spolehlivá data pro hodnocení stavu zařízení.

2.2 Ultrazvukové testování (UT)

Ultrazvukové testování (UT) je pohotová, nezničující průmyslová inspekční metoda. Umožňuje rychlé, přesné a neinvazivní detekování, lokalizaci, hodnocení a diagnostiku interních vad, jako jsou trhliny, dutiny, poréznost a nečistoty – jak v laboratoři, tak v terénních podmínkách.

Ultrazvukové vlny jsou elastické vlny, které se šíří skrz plyny, kapaliny a tuhé látky. Jsou kategorizovány podle frekvence: infrazávuk (<20 Hz), slyšitelný zvuk (20–20 000 Hz), ultrazvuk (>20 000 Hz) a hypersonické vlny. Ultrazvuk se chová podobně jako světlo v případě odrazu a lomu.

Když ultrazvukové vlny putují skrz materiál, změny akustických vlastností a vnitřní struktury ovlivňují šíření vln. Analýzou těchto změn ultrazvukové testování hodnotí vlastnosti materiálu a strukturální integritu. Běžné metody zahrnují přenos, pulzní echo a tandemové techniky.

Digitální ultrazvukové detektory vad emitují ultrazvukové vlny do testovaného objektu a analyzují odrazy, Dopplerovy efekty nebo přenos, aby získaly vnitřní informace, které jsou pak zpracovány do obrazů. Tato technologie je velmi efektivní pro hodnocení stavu izolace provozujících vysokonapěťových sběrnic.

3. Specifická řešení pro výboj na vysokonapěťových sběrnici

Pokud nejsou včas vyřešeny anomální výboje na vysokonapěťových sběrnici, mohou vést k přehřátí izolace, konečnému selhání izolace a dokonce i k velkým výpadkům. Proto je nutné rychle vyřešit výbojové vady a preventivně je předcházet.

3.1 Přísné komisační a přijímací testování

Mnoho vad výboje na sběrnici vzniká z důvodu špatného provedení nebo nedbalosti během výstavby. Testovací personál musí při přijímacím testování nového zařízení přísně dodržovat normy a standardy, identifikovat potenciální rizika výbojů a opravit je před komisí.

3.2 Nahrazení stárnutých izolátorů sběrnice

Většina provozních výbojů na sběrnici je způsobena stárnutím nosných izolátorů. Měla by být udržována detailní inventarizace a izolátory by měly být nahrazovány na základě výkonnosti, aby byla zajištěna dostatečná síla izolace.

3.3 Komplexní analýza pomocí testů izolace a diagnostiky

Testy izolace mohou efektivně detekovat vážné výbojové vady. Nicméně, pro rané stádia nebo skryté výboje jsou vyžadovány pokročilé diagnostické metody, jako je infracevní snímkování, ultravlnná snímkování a ultrazvukové testování, pro ranou detekci a intervenci. Proto je klíčové provést komplexní analýzu kombinující testy izolace a diagnostické testy, aby bylo možné efektivně prevantivně předcházet a minimalizovat selhání výboje na sběrnici.