Katı yalıtlı halka ana birimler için Kısmi Dalga Tespiti Teknolojisi Üzerine Araştırma

Şehir elektrik ağlarının gelişmesiyle birlikte katı yalıtımlı halka anahtarlama ünitelerinin (RMU) kurulum sayısı sürekli artmaktadır. İşletim durumları, elektrik sisteminin güç sağlama güvenilirliği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Arızaların sonuçları ciddidir: doğrudan zararlar korunan hatlara ve ekipmanlara zarar verme, ayrıca güç kaybına neden olur; dolaylı sonuçlar ise geniş çapta müşteri kesintilerine, günlük yaşamı, üretim sürecini ve hatta sosyal istikrarı bozabilir.

Şu anda, katı yalıtım RMU ekipmanları için alan test yöntemlerinin yetersizliği ve operasyonel anahtar kabinlerinde yalıtım arızalarının sık ortaya çıkması, güç sistemlerinin güvenli işletimine ciddi bir tehdit oluşturuyor. Kısmi boşaltma (PD) tespiti, anahtar kabinlerinin yalıtım durumunu değerlendirmek için etkili bir yöntemdir ve şu anki araştırma odak noktasıdır. Yüksek gerilimli anahtar kabinlerinde PD tespiti ve arıza tanılama, duruma dayalı bakım için kritik durum bilgisi sağlar ve güvenli ve güvenilir ekipman işletimi için anahtardır. Yüksek gerilimli anahtar kabinlerinde, yalıtım hasarının yol açtığı yalıtım arızaları sadece elektrik alanları tarafından değil, mekanik kuvvetler, ısı veya bu faktörlerin elektrik alanlarıyla birleşik etkisiyle de gelişebilir, sonunda güç kalitesini ve sağlama güvenilirliğini etkileyebilir. Güç ekipmanlarının canlı testlerinin standartlaştırılması ve etkin uygulanması için ve ilgili ulusal ve uluslararası standartlara başvurarak, özellikle Devlet Elektrik Şirketi Üretim Alt Birimi Duyurusu [2011] No. 11 "Güç Ekipmanları Canlı Test Teknik Spekifikasyonunun (Deneme) Yayını Hakkında Duyuru"na dayanarak, bu çalışma RMU'lar için kısmi boşaltma tespiti üzerine odaklanmıştır.

​II. Halka Anahtarlama Üniteleri için Kısmi Boşaltma Tespit Yöntemleri​

​1. PD Enerjisinin Formları​
Kısmi boşaltma, darbe tipi bir boşaltmadır. Yük transferi ve güç tüketimi yanı sıra, PD süreci aynı zamanda elektromanyetik radyasyon, ultrasonik dalgalar, ışık, ısı ve yeni kimyasal yan ürünleri üretir. Bu fenomenlere yönelik tespit yöntemleri arasında elektriksel tespit, akustik tespit, optik tespit ve kimyasal tespit bulunur. Bunlar arasında, elektriksel ve akustik yöntemler en yaygın olarak kullanılır, ancak pratik etkinlikleri genellikle önemli saha gürültüsü interferansından dolayı gerçek PD sinyallerini ayırt etmekte zorluk çektiği için sınırlıdır. Interferansın etkili bir şekilde ortadan kaldırılması, PD ekipmanlarının tespit performansını artırmak için kritiktir.

Tespit Edilen Fenomenler:

• ​Elektriksel:​​ (TEV, UHF, HFCT sensörleri)
• ​Akustik:​​ (Ultrasonik sensörler)
• ​Optik:​​ (Boşaltma sırasında belirli konumlardaki gözleme pencereleri aracılığıyla görülebilir)
• ​Termal:​​ (Infrasız, ancak RMU'nun tam kapalı yapısı nedeniyle tespit etkinliği sınırlıdır)
• ​Kimyasal/Gaz:​​ (Ozon kokusu vb.)

​2. Tespit Teknolojileri​
Anahtar kabinleri için şu anda birçok PD tespit tekniği kullanılmaktadır, bunlar genel olarak ​Doğrudan Yöntemler​ (apparent discharge quantity detection - görünür boşaltma miktarı tespiti) ve ​Dolaylı Yöntemler​ (TEV, ultrasonik, UHF, kombineli akusto-elektrik tespit) olarak sınıflandırılır. Doğrudan yöntem, nispeten göreceli bir yöntemdir; test edilen objenin uç noktalarına bilinen bir yük miktarı enjekte edilerek, PD olayı tarafından meydana getirilecek terminal voltaj değişikliğine eşdeğer bir terminal voltaj değişikliği oluşturulur. Bu enjekte edilen yük daha sonra PD'nin Görünür Boşaltma Miktarı (Q) olarak adlandırılır ve pikokulömb (pC) cinsinden ölçülür. Pratikte, görünür boşaltma miktarı, test edilen objenin içindeki boşaltma noktasında salınan gerçek yük ile eşit değildir; bu sonuncu doğrudan ölçülemez. PD akım darbesi tarafından ölçüm empedansı üzerinden üretilen voltaj dalga formu, kalibrasyon darbesi tarafından üretilen ile farklı olabilir, ancak aletlerdeki tepki okumaları genellikle eşdeğer kabul edilir. Aşağıda iki ana RMU tespit tekniği bulunmaktadır.

​1) Katı Yalıtım RMU'ları için Ultrasonik Tespit​
Havanın içinden iletilen ultrasonik sinyalleri alarak ve PD sinyalinin akustik basıncını ölçerek, boşaltma yoğunluğu çıkarılabilir. Ultrasonik test sırasında, sensör anahtar kabin yüzeyindeki şevler/araçıklar boyunca taranmalıdır. Tipik tespit yerleri hakkında rehberlik sağlayan referans diyagramları mevcuttur.

​2) Geçici Toprak Gerilimi (TEV) Tespit Prensibi​
Yüksek gerilimli anahtar kabini içinde PD oluştuğunda, boşaltma kanalı boyunca aşırı kısa süren bir darbe akımı akar ve geçici elektromanyetik dalgaları uyarır. Boşaltma sürecinin hızlı olması, güçlü yüksek frekanslı elektromanyetik radyasyon yeteneğine sahip dik bir akım darbesi sonuçlanır. Bu radyasyon, metal kaplamada bulunan açıklıklar, örneğin mühürleme kıyaslama veya yalıtım etrafındaki açıklıklar aracılığıyla yayılabilir. Bu yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar kabinetin dışına yayıldığında, toprakla karşılaştırdığımız dış yüzeyde bir geçici gerilim indükler. Bu toprağın (TEV) üzerindeki geçici gerilim, birkaç nanosaniye yükseltme süresiyle milivolt ila volt aralığında değişir. Kabinetin dışına yerleştirilmiş özel bir TEV sensörü, bu sinyali invaziv olmayan bir şekilde tespit edebilir.

Ana TEV Tespit Yerleri (kabinet duvarlarına karşılık):

• Ana Hatlar (bağlantılar, duvar paspasları, destek yalıtıcılar)
• Devre Kesiciler
• Akım Dönüştürücüler (CT)
• Gerilim Dönüştürücüler (PT)
• Kablo Sonları
  Bu bileşenler genellikle ön panelin orta ve alt bölümlerinde, arka panelin üst, orta ve alt bölümlerinde ve yan panelin üst, orta ve alt bölümlerinde yer alır.

​III. PD Lokalizasyonu ve Faz Tanımlaması​

Sensör sinyallerinin ekipmanın içindeki bir kaynaktan geldiğini onayladıktan sonra, ​Zaman Farkı Gelen (TDOA) lokalizasyonu​, daha fazla pozisyon analizi için kullanılır. İki sensör ekipman yüzeyine yerleştirilir; alınan sinyaller arasındaki zaman farkı (t2 - t1) analiz edilerek, PD konumu, genellikle kaynağından 1 metre aralıkta belirlenir.

​1. Zaman Farkı Yöntemi:​​
PD kaynağının sensör 1'den X uzaklıktaki olduğunu, elektromanyetik dalganın hızını c (ışık hızı) ve t2 - t1 zaman farkını osiloskop ile ölçtüğümüzü varsayalım.
X = (t2 - t1) * c / 2
Bu formül ve bir cetvelle, X konumu belirlenebilir.

​2. Düzlem Bisector Yöntemi:​​

• İki sensörü uzayda hareket ettirerek, her iki sensörde PD sinyalinin gelme zamanının aynı olduğu noktayı belirleyin. Bu, iki sensör arasındaki dik bisecting düzlem üzerinde boşaltma noktasını belirler (Düzlemi Belirleme).
• Bu bisecting düzlem içinde sensörleri hareket ettirerek, gelme zamanının tekrar aynı olduğu noktayı belirleyin. Bu, bu düzlem içindeki dik bisecting çizgi üzerinde boşaltma noktasını belirler (Çizgiyi Belirleme).
• Bu bisecting çizgisinde sensörleri hareket ettirerek, gelme zamanının tekrar aynı olduğu noktayı belirleyin. Bu, boşaltma noktasını belirler (Noktayı Belirleme).

​Belirli bir fazda PD'nin varlığını belirlemek için HFCT yöntemi​, komşu üç fazlı çıkış kablolarının toprak kablaları (veya gövdesi) üzerindeki sinyalleri tespit etmek için kullanılır. Defolu fazdan gelen akım sinyali, diğer iki fazdaki sinyallere kıyasla daha büyük amplitud ve ters yönlü polariyete sahiptir, bu da defolu fazın kolay bir şekilde tanımlanmasını sağlar.