Sidosulun osittaisen sähköiskan havaitsemisteknologian tutkimus

Kaupunkien sähköverkkojen kehittymisen myötä tiivisteinsuloinen rengasmainitun yksikön (RMU) asennusten määrä on jatkuvasti lisääntynyt. Niiden toimintatila vaikuttaa merkittävästi sähköjärjestelmän sähköntuotannon luotettavuuteen. Virheiden seuraukset ovat vakavia: suoria vahingoita sisältää suojattujen linjojen ja laitteiden vaurioituminen sekä sähköntuotannon keskeytyminen; epäsuorat seuraukset aiheuttavat laajalle levinneitä sähkökatkoja, häiritsevät arkipäivää, tuotantoa ja jopa sosiaalista vakautta.

Tällä hetkellä kenttätestausmenetelmien puutteet tiivisteinsuloisten RMU-laitteiden osalta sekä insulaation virhetilanteiden yleinen esiintyvyys käytössä olevissa kytkentälaitteissa muodostavat vakavan uhkan sähköjärjestelmän turvalliselle toiminnalle. Osittainen levitys (PD) havaitseminen on tehokas tapa arvioida kytkentälaitteiden insulaatiotila ja se on nykyinen tutkimuskohteena. PD-havainto- ja vikadiagnostiikan suorittaminen korkean jännitteen kytkentälaitteisiin tarjoaa tärkeitä tilaustietoja kunnonpohjaiseen huoltoon ja on avain turvalliseen ja luotettavaan laiterakenteen toimintaan. Korkean jännitteen kytkentälaitteissa insulaation heikkeneminen, joka johtaa insulaation virhetilanteisiin, ei ole vain sähkökenttiä aiheuttamia, vaan se voi myös kehittyä mekaanisten voimien, lämpöä tai niiden yhdistettyä toimintaa sähkökenttien kanssa, lopulta vaikuttaen sähköntuotannon laatuun ja luotettavuuteen. Sähkölaitteiden elävä testaus voidaan standardisoida ja toteuttaa tehokkaasti, ja viittaamalla relevantteihin kotimaisten ja kansainvälisten standardien – pääasiassa perustuen Valtionverkon tuotantoyksikön tiedotteeseen [2011] nro 11 "Tiedote 'Sähkölaitteiden elävän testauksen teknisestä spesifikaatiosta (kokeilu)' " – tämä tutkimus keskittyy RMU:n osittaisen levityksen havaitsemiseen.

​II. Rengasmainitun yksikön osittaisen levityksen havaitsemismenetelmät​

​1. PD-energian muodot​
Osittainen levitys on pulssilevitys. Lisäksi varausmuunnoksen ja tehon kulutuksen ohella PD-prosessi tuottaa myös sähkömagneettista säteilyä, ultrapuuhinaa, valoa, lämpöä ja uusia kemiallisia tyhjiökappaleita. Nämä ilmiöt kohdistuneet havaintomenetelmät sisältävät sähköiset, akustiset, optiset ja kemialliset havaintomenetelmät. Näistä sähköiset ja akustiset menetelmät ovat yleisimmin käytettyjä, mutta niiden käytännön tehokkuus on usein rajoitettua, pääasiassa paikallisen melun häiriön vuoksi, joka tekee PD-signaalien erottamisen vaikeaksi. Häirinnän tehokas poistaminen on avain PD-laitteiston havaintomerkityksen parantamiseen.

Havaittavat ilmiöt:

• ​Sähköiset:​​ (TEV, UHF, HFCT-sensorit)
• ​Akustiset:​​ (Ultrapuuhina-sensorit)
• ​Optiset:​​ (Näkyvät näkymäikkunan kautta tiettyihin paikkoihin purkautuessa)
• ​Lämpö:​​ (Infrapuna, vaikka havaintomerkitys on rajoitettu RMU:n täysin suljetulla rakenteella)
• ​Kemiallinen/Gaasi:​​ (Ozon haju, jne.)

​2. Havaintoteknologiat​
Nykyisin käytetään monia PD-havaintoteknologioita kytkentälaitteisiin, jotka voidaan laajasti luokitella ​Suoriksi Menetelmiksi​ (ilmenevän purkautumismäärän havaitseminen) ja ​Epäsuoriksi Menetelmiksi​ (TEV, ultrapuuhina, UHF, yhdistetty akusto-sähköinen havainto). Suora menetelmä on suhteellinen; se sisältää tunnettun varausmäärän liittämisen testattavan objektin terminaalien välille luodakseen terminaalivolttimuutoksen, joka on vastaava kuin PD-tapahtuman aiheuttama. Tämä liitetty varausmäärä kutsutaan PD:n Ilmenevän Purkautumismääräksi (Q), mitattuna pikokoulombina (pC). Käytännössä ilmaisu purkautumismäärä ei ole sama kuin todellinen varausmäärä, joka vapautuu testattavan objektin purkautumispisteessä; jälkimmäistä ei voida mitata suoraan. Vaikka PD-sähkövirtapulsin aiheuttama mittausimpedanssin yli kulkeva jännite-aaltoehdotus eroaisi kalibrointipulsin aiheuttamasta, mittalaitteiden vastausluvut pidetään yleensä yhtäpitävinä. Alla kaksi pääasiallista RMU-havaintoteknologiaa.

​1) Ultrapuuhinan havainto tiivisteinsuloisille RMU:lle​
Ilman kautta välittyvien ultrapuuhinan signaalien vastaanottamalla ja PD-signaalin äänipaineen mittaamalla voidaan päätellä purkautumisen intensiteetti. Ultrapuuhinan testauksessa sensorin tulisi skannata kytkentälaitteen pinnan naarmuilla/kapeilla. Viitekaaviot tarjoavat ohjeita tyypillisille havaintopaikoille.

​2) Tilapäisen maajännitteen (TEV) havaintoperiaate​
Kun PD tapahtuu korkean jännitteen kytkentälaitteen kabinetissa, hyvin lyhytaikainen pulssisähkövirta kulkee purkautumiskanavan pitkin, herättäen tilapäiset sähkömagneettiset aallot. Purkautumisprosessin nopeus aiheuttaa terävän virtapulssin, jolla on vahva korkean taajuuden sähkömagneettisen säteilyn kyky. Tämä säteily voi kulkea metallisen kotelon aukkojen, kuten tiivistevienten tai insulaation ympärillä olevien väliaukoisten kautta. Kun nämä korkean taajuuden sähkömagneettiset aallot kulkevat kabinetin ulkopuolelle, ne aiheuttavat tilapäisen jännitteen ulkopinnalla maanjäristyksen suhteen. Tämä maajännite (TEV) on millivolttien ja voltten välillä nousuaikana, joka on muutama nanosekunti. Erityinen TEV-sensori, joka on sijoitettu kabinetin ulkopuolelle, voi havaita tämän signaalin ei-invasiivisesti.

Pääasialliset TEV-havaintopaikat (kabinetin seinien vastakkaispuolella):

• Busbarit (yhteydet, seinäputket, tukinsulatorit)
• Kytkimet
• Virtasensorit (CT)
• Jännitesensorit (PT)
• Kaapeliterminaatiot
  Nämä komponentit sijaitsevat yleensä etupaneelin keski- ja alaosassa, takapaneelin ylä-, keski- ja alaosassa sekä sivupaneelien ylä-, keski- ja alaosassa.

​III. PD-paikanmääritys ja vaiheen tunnistaminen​

Kun sensorisignaalit on vahvistettu tulevan laitteen sisältä, ​Ajanero-osumisen (TDOA) paikanmääritystä​ käytetään lisäanalyysiin. Kaksi sensoria sijoitetaan laitteen pinnalle; niiden vastaanotettujen signaalien ajaneron (t2 - t1) analysointi mahdollistaa PD-paikanmäärityksen, yleensä lähdepaikan 1 metrin sisällä.

​1. Ajaneron menetelmä:​​
Oletetaan, että PD-lähde on etäisyydellä X sensori 1:stä, sähkömagneettisen aallon nopeus = c (valon nopeus) ja ajanero t2 - t1 mitataan oscilloskoopilla.
X = (t2 - t1) * c / 2
Tämän kaavan ja mittariviivan avulla paikka X voidaan määrittää.

​2. Tason puolittajan menetelmä:​​

• Siirrä kaksi sensoria avaruudessa, kunnes PD-signaalin saapumisaika on sama molemmissa. Tämä sijoittaa purkautumispisteen kahden sensorin välisten kohtisuorien puolittajan tasolle (Tason sijoittaminen).
• Siirrä sensorit tällä puolittajan tasolla, kunnes saapumisaika on sama uudelleen. Tämä sijoittaa purkautumispisteen tason kohtisuoran puolittajan viivalle (Viivan sijoittaminen).
• Siirrä sensorit tällä puolittajan viivalle, kunnes saapumisaika on sama vielä kerran. Tämä paikallistaa purkautumispisteen (Pisteen sijoittaminen).

​PD:hen altistuneen vaiheen tunnistamiseksi käytetään HFCT-menetelmää​ viereisten kolmen vaiheen ulosmenovien kaapelien maajohdoilla (tai rungolla). Viallisessa vaiheessa oleva sähkövirran signaali esittää suurempaa amplitudia ja päinvastaisen nappeisuuden verrattuna muiden kahden vaiheen signaaleihin, mikä mahdollistaa viallisen vaiheen suoraviivaisen tunnistamisen.