Wyładowania ulotowe (corona) — kamera UV i detekcja ultradźwiękowa w instalacjach średniego napięcia

Artykuł o badaniu termograficznym omawia wykrywanie wydzielania ciepła w wyniku zwiększonej rezystancji przejścia. Ten artykuł omawia inne, uzupełniające zjawisko inspekcyjne, które występuje niemal wyłącznie przy średnim napięciu (zazwyczaj od kilku kV) i nie jest wykrywane przez samą termografię: wyładowania ulotowe (corona).

Czym są wyładowania ulotowe

Wyładowanie ulotowe powstaje, gdy lokalne pole elektryczne wokół przewodnika — na przykład przy ostrej krawędzi, uszkodzonej głowicy kablowej, zanieczyszczonej lub wilgotnej powierzchni izolatora, albo źle podłączonej plecionce uziemiającej — lokalnie przekracza wytrzymałość elektryczną otaczającego powietrza, nie prowadząc przy tym do pełnego przebicia (przeskoku) między dwoma przewodnikami. Rezultatem jest niewielka, utrzymująca się jonizacja powietrza bezpośrednio wokół tego punktu, która emituje zarówno promieniowanie elektromagnetyczne w widmie ultrafioletowym, jak i wytwarza charakterystyczny, wysokoczęstotliwościowy dźwięk akustyczny.

Dlaczego corona jest istotna dla przeglądu okresowego

Wyładowanie ulotowe samo w sobie często nie jest bezpośrednio destrukcyjne, ale jest wiarygodnym wskaźnikiem leżącego u podstaw problemu: nieuzaokrąglonej ostrej krawędzi, zanieczyszczonej lub uszkodzonej powierzchni izolatora, źle wykonanej głowicy kablowej, lub lokalnego zanieczyszczenia przyciągającego wilgoć. Nieusunięte, utrzymujące się wyładowania ulotowe mogą z czasem prowadzić do erozji materiału izolacyjnego wokół punktu wyładowania, co zwiększa ryzyko pełnego przebicia w dłuższej perspektywie. Detekcja corony jest zatem szczególnie cenna jako wczesne ostrzeżenie, na długo przed etapem, w którym kamera termograficzna zarejestrowałaby różnicę temperatur.

Kamera UV: czynienie zjawiska widocznym

Wyładowanie ulotowe emituje między innymi promieniowanie w wąskim paśmie widma ultrafioletowego (około 240–280 nm), które jest silnie tłumione przez atmosferę ziemską, dzięki czemu to pasmo jest praktycznie niezakłócane przez światło słoneczne — stąd termin „ślepa na słońce” (solar-blind) dla kamer specjalnie dostrojonych do tego pasma. Ślepa na słońce kamera UV wykrywa to promieniowanie i nanosi lokalizację wyładowania ulotowego jako nakładkę na zwykły obraz wideo lub zdjęcie, umożliwiając inspektorowi bezpośrednie, wizualne wskazanie dokładnej lokalizacji wyładowania — na przykład na konkretnym izolatorze lub głowicy kablowej — nawet w świetle dziennym.

Detekcja ultradźwiękowa: czynienie zjawiska słyszalnym

Oprócz promieniowania UV, wyładowanie ulotowe wytwarza również charakterystyczny dźwięk ultradźwiękowy (zazwyczaj rzędu kilkudziesięciu kHz, znacznie powyżej ludzkiego słuchu), spowodowany lokalną jonizacją powietrza. Detektor ultradźwiękowy przekształca ten dźwięk na słyszalną częstotliwość lub wartość liczbową natężenia, i jest mniej wrażliwy na dokładny kierunek niż kamera UV, ale zazwyczaj obejmuje większy obszar naraz — co czyni go odpowiednim narzędziem wstępnego skanowania do szybkiego przejścia przez całą instalację lub rozdzielnię, zanim skupi się uwagę kamerą UV na podejrzanym punkcie.

Zastosowanie uzupełniające: najpierw szerokie skanowanie, potem precyzyjna lokalizacja

W praktyce obie techniki są często łączone: detekcja ultradźwiękowa jest wykorzystywana do szybkiego przejścia przez całe pomieszczenie średniego napięcia lub rozdzielnię i identyfikacji podejrzanych stref, po czym kamera UV jest kierowana na tę konkretną strefę w celu potwierdzenia i udokumentowania dokładnej lokalizacji wyładowania na izolatorze, głowicy kablowej lub połączeniu szynowym.

Uwaga: zarówno detekcja UV, jak i ultradźwiękowa corony są przede wszystkim odpowiednie dla problemów związanych z rozkładem napięcia i natężeniem pola na powierzchni, podczas gdy termografia jest przede wszystkim odpowiednia dla problemów związanych z przewodzeniem prądu i rezystancją przejścia — obie techniki się uzupełniają, a nie zastępują, i pełny przegląd instalacji średniego napięcia idealnie łączy obie.

Praktyczne znaczenie

Podczas okresowego przeglądu instalacji średniego napięcia (rozdzielnia, głowice kablowe, pomieszczenie transformatorowe) warto obok zwykłego badania termograficznego uwzględnić skanowanie corony (ultradźwiękowe, ewentualnie uzupełnione kamerą UV w podejrzanym miejscu), szczególnie w przypadku instalacji o dłuższym okresie eksploatacji lub z historią zanieczyszczenia bądź wnikania wilgoci — wyładowanie ulotowe może być obecne miesiącami, a nawet latami, zanim nastąpi termograficznie zauważalny wzrost temperatury.

Częste błędy

1. Poleganie wyłącznie na termografii podczas przeglądu instalacji średniego napięcia i pomijanie detekcji corony — wyładowanie ulotowe przy czystym, zimnym połączeniu nie daje sygnału termograficznego, mimo że może istnieć leżący u podstaw problem z izolacją.
2. Używanie kamery UV bez uwzględnienia odległości detekcji i warunków otoczenia (deszcz, mgła lub silny wiatr mogą zakłócić pomiar) — decydujące są tu specyfikacje producenta dotyczące maksymalnej niezawodnej odległości detekcji.
3. Brak dalszego badania przy utrzymującej się coronie w konkretnym punkcie, w założeniu, że to „tylko mały szum” — corona z definicji wskazuje na lokalnie przekroczone natężenie pola, a więc na leżący u podstaw, potencjalnie narastający problem.
4. Traktowanie detekcji ultradźwiękowej i UV jako zastępstwa termografii zamiast uzupełnienia — techniki te zasadniczo wykrywają różne mechanizmy awarii.

Powiązane materiały

• Badanie termograficzne i NTA 8220 — klasa ryzyka pożarowego
• Głowica kablowa — stożek naprężeniowy i sterowanie polem dla kabli SN
• Pomiar wyładowań niezupełnych (PD/tan delta) dla kabli SN
• Wskaźnik porównawczej odporności na tropikowanie (CTI) — materiał izolacyjny i stopień zanieczyszczenia