Partiële ontlading in MS-schakelinstallaties — detectie met UHF- en TEV-sensoren

De gids over partiële-ontladingsmeting en tan-delta bij MS-kabels behandelt PD-detectie via de klassieke, ladinggebaseerde meting volgens IEC 60270 op een spanningloos gemaakte kabel. Dit artikel behandelt een verwante, maar wezenlijk andere toepassing: het opsporen van partiële ontlading (PD) in een in bedrijf zijnde middenspanningsschakelinstallatie, met UHF- (ultra-high-frequency) en TEV- (transient earth voltage) sensoren, zoals beschreven in IEC TS 62478 ("High voltage test techniques — Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods").

Waarom een andere meettechniek nodig is bij schakelinstallaties

De klassieke IEC 60270-ladingmeting vereist een gecontroleerde, spanningsloze meetopstelling met een koppelcondensator direct op de te beproeven geleider — geschikt voor een losgekoppelde kabel, maar niet praktisch voor een complete, in bedrijf zijnde schakelinstallatie met meerdere velden, waar spanningsloos maken voor elke periodieke controle een aanzienlijke bedrijfsonderbreking zou betekenen. UHF- en TEV-detectie meten in plaats daarvan de bijverschijnselen van een PD-puls — een elektromagnetische golf (UHF) of een korte spanningstransiënt op de geaarde behuizing (TEV) — en kunnen dat doen terwijl de installatie gewoon in bedrijf blijft.

Werkingsprincipe: twee verschillende signalen van dezelfde bron

• UHF-detectie: een PD-puls duurt slechts enkele nanoseconden en straalt daarbij elektromagnetische energie uit tot in het gigahertz-gebied. Een UHF-sensor — vaak een ingebouwde vensterantenne in gasgeïsoleerde schakelinstallaties (GIS), of een externe sensor bij luchtgeïsoleerde installaties — vangt deze golf op. Omdat de metalen behuizing van een GIS het signaal grotendeels afschermt van externe ruis, is UHF-detectie bij GIS bijzonder gevoelig en storingsarm.
• TEV-detectie: bij een luchtgeïsoleerde metaalomsloten schakelinstallatie (metal-clad switchgear) veroorzaakt een interne PD-puls een korte spanningstransiënt op de binnenkant van de geaarde metalen behuizing, die zich via kleine openingen (kieren, ventilatieroosters, kabelinvoeren) ook aan de buitenkant als een meetbare TEV-puls manifesteert. Een TEV-sensor wordt eenvoudig tegen de buitenkant van de behuizing gehouden of daarop gemonteerd, zonder dat de installatie geopend hoeft te worden.

Let op: geen van beide technieken levert een in picocoulomb gekalibreerde ladingswaarde op zoals de IEC 60270-methode dat wel doet. UHF- en TEV-metingen zijn primair kwalitatief en vergelijkend: ze detecteren de aanwezigheid en relatieve intensiteit van PD-activiteit en zijn daarmee vooral geschikt voor trending en triage, niet voor een absolute conformiteitsbeoordeling tegen een pC-limiet.

Praktische inzet

• Periodieke rondgang met een handheld UHF/TEV-instrument langs alle velden van een schakelinstallatie, waarbij de gemeten signaalniveaus onderling worden vergeleken: een veld met een duidelijk hoger niveau dan de overige, vergelijkbare velden wijst op lokale PD-activiteit die nader onderzoek verdient.
• Permanent gemonteerde sensoren met datalogging op kritieke schakelinstallaties, vergelijkbaar met de inzet van een power-quality datalogger, waarmee een geleidelijk oplopende trend wordt gesignaleerd voordat deze tot een doorslag leidt.
• Combinatie met akoestische of corona-detectie: bij een luchtgeïsoleerde installatie kan TEV-detectie worden gecombineerd met de UV-camera- en ultrasone corona-detectie van uitwendige coronaverschijnselen, terwijl UHF vooral inwendige PD in een gesloten behuizing detecteert die met een UV-camera niet zichtbaar is.
• Lokalisatie binnen een schakelinstallatie: door de signaalsterkte op meerdere meetpunten rond hetzelfde veld te vergelijken (bijvoorbeeld met meerdere TEV-sensoren of een tijdverschil-analyse tussen UHF-sensoren), kan de vermoedelijke PD-bron binnen het veld nader worden ingeperkt, als aanvulling op — niet vervanging van — een gerichte offline meting bij twijfel.

Praktische relevantie

Bij de periodieke inspectie van een middenspanningsschakelinstallatie volgens NEN 3140 is niet-invasieve UHF/TEV-PD-detectie een waardevolle aanvulling op thermografisch onderzoek: waar thermografie warmteontwikkeling door een verhoogde overgangsweerstand zichtbaar maakt, maakt PD-detectie beginnende isolatiedegradatie zichtbaar die op dat moment nog geen meetbare temperatuurstijging veroorzaakt — vaak ruim voordat een doorslag optreedt.

Veelgemaakte fouten

1. Een gemeten UHF- of TEV-signaalniveau interpreteren als een gekalibreerde pC-waarde, terwijl beide technieken primair kwalitatief en vergelijkend van aard zijn.
2. Geen referentiemeting bij een bekend PD-vrije installatie vastleggen, waardoor een latere meting niet tegen een bekende uitgangswaarde kan worden beoordeeld.
3. UHF-detectie inzetten bij een luchtgeïsoleerde installatie zonder metalen afscherming, waar de gevoeligheid voor externe elektromagnetische ruis aanzienlijk hoger is dan bij een GIS.
4. Een verhoogd PD-signaal negeren omdat de installatie nog geen opvallende temperatuurstijging bij thermografisch onderzoek vertoont, terwijl PD-activiteit juist een vroeger stadium van isolatiedegradatie signaleert dan een thermisch effect.

Gerelateerd

• Partiële-ontladingsmeting en tan-delta bij MS-kabels
• Corona-ontlading — UV-camera en ultrasone detectie
• Thermografisch onderzoek
• Power-quality datalogger voor langdurige registratie