Részleges kibocsátás észlelési technológia vizsgálata szilárd isolált gyűrőfőberendezések esetén
A városi hálózatok fejlődésével a szilárd izolációjú gyűrűalakú főkapcsoló (RMU) telepítések száma folyamatosan növekedett. Működési állapotuk jelentősen befolyásolja az elektromos rendszer áramellátási megbízhatóságát. A hibák súlyos következményei közé tartozik a védett vezetékek és berendezések károsodása, valamint az áramkimaradás. Az indirekt következmények széleskörű ügyfélállományok számára okozott zavart, mindennapi élet, termelés, sőt társadalmi stabilitás megszakítását is.
Jelenleg a szilárd izolációjú RMU-berendezések terén alkalmazott helyszíni tesztelési módszerek hiányosságai, valamint a működő kapcsolókban gyakran előforduló izolációs hibák komoly fenyegetést jelentenek az áramellátó rendszer biztonságos működésére. A részleges levezetés (PD) detektálása hatékony módszer a kapcsolók izolációs állapotának megítélése szempontjából, és jelenlegi kutatási témakör. A magasfeszültségű kapcsolók PD-detektálása és hiba-diagnosztizálása fontos állapotinformációkat szolgáltat a feltétel-alapú karbantartáshoz, és kulcsfontosságú a biztonságos és megbízható berendezésműködés biztosításában. A magasfeszültségű kapcsolókban az izoláció romlása, ami izolációs hibákhoz vezet, nem csak elektromos mezőkkel, hanem mechanikai erők, hő, vagy ezek kombinált hatásával is előidézhető, végül befolyásolva az áramminőséget és az áramellátás megbízhatóságát. A villamos berendezések élőtesztelésének standardizálása és hatékony végrehajtása érdekében, valamint a hazai és nemzetközi normákat figyelembe véve – elsősorban a Nemzeti Hálózati Vállalat Termelési Áramhálózati Közlemény [2011] No. 11 "Közlemény a 'Villamos Berendezések Élőtesztelésének Technikai Specifikációjáról (Próbaverzió)' Közzétételéről" alapján – ezen kutatás a RMU-k részleges levezetésének detektálására összpontosít.
II. Részleges levezetés detektálási módszerei a gyűrűalakú főkapcsolóknál
1. A PD energia formái
A részleges levezetés impulzus alakú levezetés. A PD-folyamat mellett töltéscserét és energiapusztítást jelent, de elektromágneses sugárzást, ultrahangot, fényt, hőt és új kémiai melléktermékeket is előidéz. Ezekhez a jelenségekhez irányuló detektálási módszerek között találhatók az elektromos, akusztikus, optikai és kémiai detektálás. Ezek közül az elektromos és akusztikus módszerek leggyakrabban használatosak, de gyakran korlátozott a gyakorlati hatékonyságuk, főleg a jelentős helyi zajzavar miatt, ami nehézséget okoz a valódi PD jelek felismerésében. A zavaró hatások hatékony kiküszöbölése kulcsfontosságú a PD-eszközök detektálási teljesítményének javításához.
Detektálásban érzékeny jelenségek:
- Elektromos: (TEV, UHF, HFCT érzékelők)
- Akusztikus: (ultrahang érzékelők)
- Optikai: (látható, specifikus helyeken lévő nézőablakokon keresztül a levezetés során)
- Hő: (Infravörös, bár a detektálási hatékonyság korlátozott a RMU teljesen bezárt szerkezete miatt)
- Kémiai/gáz: (ozon illat, stb.)
2. Detektálási technológiák
Számos PD detektálási technika jelenleg alkalmazásban van a kapcsolók esetében, amelyek két fő kategóriába oszthatók: Közvetlen Módszerek (látszólagos levezetési mennyiség detektálása) és Közvetett Módszerek (TEV, ultrahang, UHF, kombinált akusztikus-elektromos detektálás). A közvetlen módszer relatív, a próbatárgy végpontjai között ismert töltésmennyiséget adnak be, hogy a végponti feszültségváltozást a PD esemény által okozott változásra egyenértékűvé tegyék. Ez a beillesztett töltés a PD látszólagos levezetési mennyisége (Q) néven számít, pikokulombsban (pC) mért. Gyakorlatban a látszólagos levezetési mennyiség nem egyenlő a próbatárgyban a levezetés helyén kibocsátott valódi töltéssel, mely nem mérhető közvetlenül. Bár a PD áramimpulzus által generált feszültség hullámképe eltérhet a kalibrációs impulzus által okozotttól, a műszerfelületen megjelenő válaszolási olvasások általában ekvivalensek. A következőkben két főstream RMU detektálási technika kerül bemutatásra.
1) Ultrahang detektálás szilárd izolációjú RMU-knál
Az ultrahang jel fogadásával és a PD jel akusztikus nyomásának mérése révén lehet következtetni a levezetés intenzitására. Az ultrahang vizsgálat során az érzékelőt a kapcsoló felszínén lévő szél- és szakadások mentén kell bevonálni. A referenciadiagramok segítenek a tipikus detektálási helyek meghatározásában.
2) Az ideiglenes földfeszültség (TEV) detektálás elve
Amikor PD fordul elő egy magasfeszültségű kapcsoló dobozban, nagyon rövid idejű impulzus alakú áram folyik a levezetési csatornán, ami ideiglenes elektromágneses hullámokat generál. A levezetés gyorsasága erős, magasfrekvenciás elektromágneses sugárzást eredményez. Ez a sugárzás a fémdoboz nyílásain keresztül, mint például a szellőzési gumi vagy az izoláció körül lévő szakadások, terjed ki. Amikor ezek a magasfrekvenciás elektromágneses hullámok a dobozon kívül terjednek, indukálják a földrel szembeni ideiglenes feszültséget a külső felületen. Ez a földön (TEV) mérhető ideiglenes feszültség millivolttól voltig terjed, néhány nanoszekundum emelkedési idővel. Ezt a jelet egy a doboz külső oldalán elhelyezett dedikált TEV érzékelő képes nem invazív módon detektálni.
Fő TEV detektálási helyek (a doboz falainak ellentétes oldalán):
- Buszok (kapcsolatok, falbuszok, támogató izolátorok)
- Átkapcsolók
- Áramerőmérséklet transzformátorok (CT)
- Feszültségtranszformátorok (PT)
- Kábelvégzők
Ezek a komponensek általában a frontpanel középső és alsó részén, a hátpanel felső, középső és alsó részén, valamint az oldalszárak felső, középső és alsó részén találhatók.
III. PD helymeghatározás és fázisazonosítás
Miután megerősítették, hogy a szenzorjelek a berendezés belülre erednek, a Helymeghatározás Időkülönbség Alapján (TDOA) módszer további pozícionáló elemzésre használható. Két szenzort helyeznek a berendezés felületére, majd a szenzorok által kapott jelek időkülönbségét (t2 - t1) elemezik, hogy meghatározzák a PD helyét, általában a forrás 1 méteres körzetében.
1. Időkülönbség módszer:
Tegyük fel, hogy a PD forrása X távolságra van az 1. szenzortól, az elektromágneses hullám sebessége = c (fénysebesség), és az időkülönbség t2 - t1 osciloszkóppal mérhető.
X = (t2 - t1) * c / 2
Ezzel a képlettel és egy mérföldmérővel meghatározható a pozíció X.
2. Síkmetsző módszer:
- Mozgassuk a két szenzort a térben, amíg a PD jel érkezési ideje azonos lesz mindkét helyen. Ez a függőleges felező síkon helyezi a levezetési pontot a két szenzor között (Sík meghatározása).
- Mozgassuk a szenzorokat ebben a felező síkban, amíg az érkezési ideje ismét azonos lesz. Ez a függőleges felező vonalon helyezi a levezetési pontot a síkban (Vonal meghatározása).
- Mozgassuk a szenzorokat ezen a felező vonalon, amíg az érkezési ideje ismét azonos lesz. Ez pontosan meghatározza a levezetési helyet (Pont meghatározása).
A PD-t érintő konkrét fázis azonosításához az HFCT módszer használható a szomszédos háromfázisú kimeneti kábelek földvezető (vagy test) jeleinek detektálására. A defektusos fázisból származó áramjel nagyobb amplitúdójú és ellentétes polaritású, ahhoz képest, hogy a másik két fázison lévő jelek, ami egyszerűen azonosítja a hibás fázist.
