Analiza uszkodzeń wyładowaniowych szyn rozdzielczych i ich rozwiązania

1. Metody wykrywania rozładowań szyn

1.1 Test oporu izolacji

Test oporu izolacji to prosta i często stosowana metoda w testach elektroizolacyjnych. Jest bardzo czuły na defekty izolacji przepuszczalnej, ogólne wilgotności i zanieczyszczenia powierzchni - warunki, które zwykle prowadzą do znacznie obniżonych wartości oporu. Jednak jest mniej skuteczny w wykrywaniu lokalnego starzenia się lub częściowych rozładowań.

W zależności od klasy izolacji sprzętu i wymagań testowych, powszechnie używane mierniki oporu izolacji używają napięć wyjściowych 500 V, 1 000 V, 2 500 V lub 5 000 V.

1.2 Test wytrzymałości na napięcie sieciowe AC

Test wytrzymałości na napięcie AC polega na zastosowaniu wysokiego napięcia AC - wyższego niż nominalne napięcie sprzętu - do izolacji przez określony czas (zazwyczaj 1 minutę, chyba że zostanie podane inaczej). Ten test efektywnie identyfikuje lokalne defekty izolacji i ocenia zdolność izolacji do wytrzymywania nadnapięć w rzeczywistych warunkach pracy. Jest to najbardziej realistyczny i decydujący test izolacji zapobiegający awariom izolacji.

Jednak jest to test destrukcyjny, który może przyspieszyć istniejące defekty izolacji i powodować kumulatywną degradację. Dlatego poziomy napięcia testowego muszą być starannie dobrane zgodnie z normą GB 50150–2006 Norma dla testów przyjęcia sprzętu elektrycznego w instalacjach elektrycznych. Normy testowe dla izolacji porcelanowej i stałej organicznej są przedstawione w tabeli 1.

Tabela 1: Normy wytrzymałości na napięcie AC dla izolacji porcelanowej i stałej organicznej

Istnieje wiele metod testów wytrzymałości na napięcie AC, w tym testy częstotliwości sieciowej, szeregowego rezonansu, równoległego rezonansu i szeregowo-równoległego rezonansu. W przypadku testów rozładowań szyn wystarczy standardowy test wytrzymałości na napięcie AC częstotliwości sieciowej. Układ testowy powinien być określony na podstawie napięcia testowego, pojemności i dostępnego sprzętu, zazwyczaj używając kompletnego zestawu do testów wysokonapięciowych AC.

1.3 Testowanie termograficzne

Wszystkie obiekty o temperaturze powyżej zera bezwzględnego ciągle emitują promieniowanie podczerwone. Ilość energii podczerwonej i jej rozkład długości fal są ściśle związane z temperaturą powierzchni obiektu. Mierząc to promieniowanie, termografia podczerwień może dokładnie określić temperaturę powierzchni - tworząc naukową podstawę pomiaru temperatury podczerwonej.

Z perspektywy monitorowania i diagnostyki podczerwonej, usterki sprzętu wysokonapięciowego można szeroko podzielić na dwie kategorie: zewnętrzne i wewnętrzne. Usterki zewnętrzne występują na odsłoniętych częściach i mogą być bezpośrednio wykryte za pomocą instrumentów podczerwonych. Usterki wewnętrzne są ukryte w solidnej izolacji, oleju lub obudowie i trudno je bezpośrednio wykryć ze względu na blokowanie przez materiały izolacyjne.

Diagnostyka podczerwona rozładowań szyn obejmuje pomiary temperatury, obliczenie różnicy względnej temperatury (uwzględniając temperaturę otoczenia) i porównanie z normalnie działającymi szynami. Pozwala to na intuicyjne identyfikowanie miejsc przegrzewania i rozładowań.

2. Zastosowanie nowych technologii

2.1 Technologia obrazowania ultrafioletowego (UV)

Gdy lokalne napięcie elektryczne na sprzęcie pod napięciem przekracza krytyczny próg, następuje jonizacja powietrza, co prowadzi do rozładowań koronowych. Sprzęt wysokonapięciowy często doświadcza rozładowań z powodu złego projektowania, produkcji, montażu lub konserwacji. W zależności od siły pola elektrycznego może to prowadzić do rozładowań koronowych, przebicia lub łuków. Podczas rozładowania elektrony w powietrzu zdobywają i oddają energię - emitując światło ultrafioletowe, gdy energia jest wydzielana.

Technologia obrazowania UV wykrywa to promieniowanie, przetwarza sygnał i nanosi go na obraz świetlny wyświetlany na ekranie. Umożliwia to precyzyjne lokalizowanie i ocenę intensywności rozładowań koronowych, dostarczając niezawodne dane do oceny stanu sprzętu.

2.2 Badanie ultradźwiękowe (UT)

Badanie ultradźwiękowe (UT) to przenośna, nieniszcząca metoda kontroli przemysłowej. Umożliwia szybkie, dokładne i nienaruszające wykrywanie, lokalizację, ocenę i diagnozę wewnętrznych defektów takich jak pęknięcia, pustki, porowatość i domieszki - zarówno w laboratoriach, jak i w warunkach terenowych.

Fale ultradźwiękowe to fale sprężyste, które propagują się przez gazy, ciecze i ciała stałe. Są one klasyfikowane według częstotliwości: infradźwięki (<20 Hz), dźwięki słyszalne (20-20 000 Hz), ultradźwięki (>20 000 Hz) i fale hipersprężyste. Ultradźwięki zachowują się podobnie do światła pod względem odbicia i załamania.

Podczas gdy fale ultradźwiękowe przemieszczają się przez materiał, zmiany w właściwościach akustycznych i strukturze wewnętrznym wpływają na propagację fal. Analizując te zmiany, badanie ultradźwiękowe ocenia właściwości materiału i integralność struktury. Powszechne metody obejmują transmisję przelotową, echo impulsowe i techniki tandemowe.

Cyfrowe detektory wad ultradźwiękowe emitują fale ultradźwiękowe do obiektu testowego i analizują odbicia, efekt Dopplera lub transmisję, aby uzyskać informacje wewnętrzne, które są następnie przetwarzane w obrazy. Ta technologia jest bardzo skuteczna w ocenie stanu izolacji działających szyn wysokonapięciowych.

3. Specyficzne rozwiązania dla rozładowań szyn wysokonapięciowych

Jeśli nietypowe rozładowania w szynach wysokonapięciowych nie zostaną szybko rozwiązane, mogą doprowadzić do przegrzania izolacji, ostatecznej awarii izolacji i nawet dużych awarii energetycznych. Dlatego usterki rozładowań muszą być szybko rozwiązywane i zapobiegane im proaktywnie.

3.1 Surowe testy przyjęcia i komisjonowania

Wiele usterki rozładowań szyn wynika z złą roboty czy braku odpowiedzialności podczas budowy. Osoby wykonujące testy muszą surowo przestrzegać norm i standardów podczas testów przyjęcia nowego sprzętu, identyfikując potencjalne ryzyko rozładowań już na wczesnym etapie i korygując je przed komisjonowaniem.

3.2 Zastąpienie starzejących się izolatorów szyn

Większość operacyjnych rozładowań szyn wynika ze starzenia się izolatorów podtrzymujących. Należy prowadzić szczegółowy inwentarz, a izolatory należy zastępować w zależności od okresu użytkowania, aby zapewnić odpowiednią siłę izolacji.

3.3 Kompleksowa analiza z użyciem testów izolacji i diagnostycznych

Testy izolacji mogą efektywnie wykrywać poważne usterki rozładowań. Jednak dla wczesnych etapów lub ukrytych rozładowań, wymagane są zaawansowane metody diagnostyczne, takie jak obrazowanie podczerwone, obrazowanie UV i badanie ultradźwiękowe, do wczesnego wykrywania i interwencji. Dlatego kompleksowa analiza łącząca testy izolacji i diagnostyczne jest niezbędna do skutecznego zapobiegania i ograniczania usterki rozładowań szyn.