Wyładowania niezupełne w rozdzielnicach SN — wykrywanie czujnikami UHF i TEV

Przewodnik o pomiarze wyładowań niezupełnych i tan delta na kablach SN omawia wykrywanie WNZ klasyczną metodą ładunkową wg IEC 60270 na odłączonym od napięcia kablu. Ten artykuł omawia pokrewne, ale zasadniczo inne zastosowanie: wykrywanie wyładowań niezupełnych (WNZ) w rozdzielnicy średniego napięcia pod napięciem, za pomocą czujników UHF (bardzo wysoka częstotliwość) i TEV (przejściowe napięcie uziemienia), zgodnie z IEC TS 62478 ("High voltage test techniques — Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods").

Dlaczego dla rozdzielnic potrzebna jest inna technika pomiaru

Klasyczny pomiar ładunkowy wg IEC 60270 wymaga kontrolowanego, beznapięciowego układu pomiarowego z kondensatorem sprzęgającym bezpośrednio na badanym przewodzie — nadaje się do odłączonego kabla, ale jest niepraktyczny dla kompletnej rozdzielnicy pod napięciem z wieloma polami, gdzie wyłączanie napięcia przy każdej okresowej kontroli oznaczałoby znaczącą przerwę w eksploatacji. Wykrywanie UHF i TEV mierzy natomiast produkty uboczne impulsu WNZ — falę elektromagnetyczną (UHF) lub krótki stan przejściowy napięcia na uziemionej obudowie (TEV) — i może to robić, gdy rozdzielnica pozostaje w eksploatacji.

Zasada działania: dwa różne sygnały z tego samego źródła

• Wykrywanie UHF: impuls WNZ trwa zaledwie kilka nanosekund i przy tym emituje energię elektromagnetyczną aż do zakresu gigaherców. Czujnik UHF — często wbudowana antena okienkowa w rozdzielnicach gazowych (GIS) lub czujnik zewnętrzny w instalacjach izolowanych powietrzem — odbiera tę falę. Ponieważ metalowa obudowa GIS w dużym stopniu ekranuje sygnał przed szumami zewnętrznymi, wykrywanie UHF w GIS jest szczególnie czułe i mało podatne na zakłócenia.
• Wykrywanie TEV: w rozdzielnicy izolowanej powietrzem z metalową obudową (metal-clad switchgear) wewnętrzny impuls WNZ powoduje krótki stan przejściowy napięcia po wewnętrznej stronie uziemionej metalowej obudowy, który objawia się również jako mierzalny impuls TEV na zewnątrz, poprzez niewielkie otwory (szczeliny, kratki wentylacyjne, wprowadzenia kablowe). Czujnik TEV wystarczy przyłożyć do zewnętrznej strony obudowy lub go tam zamontować, bez konieczności otwierania rozdzielnicy.

Uwaga: żadna z tych technik nie daje skalibrowanej wartości ładunku w pikokulombach, tak jak metoda IEC 60270. Pomiary UHF i TEV mają charakter przede wszystkim jakościowy i porównawczy: wykrywają obecność i względną intensywność aktywności WNZ, dlatego nadają się głównie do analizy trendu i wstępnej selekcji, a nie do bezwzględnej oceny zgodności względem limitu w pC.

Praktyczne zastosowanie

• Okresowy obchód z ręcznym przyrządem UHF/TEV po wszystkich polach rozdzielnicy, porównując zmierzone poziomy sygnału między sobą: pole o wyraźnie wyższym poziomie niż pozostałe, porównywalne pola wskazuje na lokalną aktywność WNZ wymagającą dalszego zbadania.
• Na stałe zamontowane czujniki z rejestracją danych w krytycznych rozdzielnicach, podobnie jak zastosowanie rejestratora jakości energii, co pozwala wykryć stopniowo narastający trend, zanim doprowadzi on do przebicia.
• Połączenie z wykrywaniem akustycznym lub ulotowym: w instalacji izolowanej powietrzem wykrywanie TEV można łączyć z wykrywaniem wyładowań ulotowych kamerą UV i ultradźwiękami zjawisk ulotu zewnętrznego, podczas gdy UHF wykrywa głównie wewnętrzne WNZ w zamkniętej obudowie, niewidoczne dla kamery UV.
• Lokalizacja wewnątrz rozdzielnicy: porównując siłę sygnału w kilku punktach pomiarowych wokół tego samego pola (np. za pomocą kilku czujników TEV lub analizy różnicy czasowej między czujnikami UHF), można dokładniej zawęzić prawdopodobne źródło WNZ wewnątrz pola, jako uzupełnienie, a nie zastąpienie, ukierunkowanego pomiaru offline w razie wątpliwości.

Znaczenie praktyczne

Podczas okresowej inspekcji rozdzielnicy średniego napięcia zgodnie z NEN 3140 nieinwazyjne wykrywanie WNZ metodami UHF/TEV jest cennym uzupełnieniem badania termograficznego: tam, gdzie termografia ujawnia wydzielanie ciepła spowodowane podwyższoną rezystancją przejścia, wykrywanie WNZ ujawnia początkową degradację izolacji, która na tym etapie nie powoduje jeszcze mierzalnego wzrostu temperatury — często na długo przed przebiciem.

Typowe błędy

1. Interpretowanie zmierzonego poziomu sygnału UHF lub TEV jako skalibrowanej wartości w pC, podczas gdy obie techniki mają przede wszystkim charakter jakościowy i porównawczy.
2. Brak pomiaru referencyjnego na instalacji znanej jako wolna od WNZ, przez co późniejszy pomiar nie może być oceniony względem znanej wartości wyjściowej.
3. Stosowanie wykrywania UHF w instalacji izolowanej powietrzem bez ekranowania metalowego, gdzie czułość na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne jest znacznie wyższa niż w GIS.
4. Ignorowanie podwyższonego sygnału WNZ, ponieważ instalacja nie wykazuje jeszcze zauważalnego wzrostu temperatury podczas badania termograficznego, podczas gdy aktywność WNZ sygnalizuje wcześniejszy etap degradacji izolacji niż efekt termiczny.

Powiązane

• Pomiar wyładowań niezupełnych i tan delta na kablach SN
• Wyładowania ulotowe — kamera UV i wykrywanie ultradźwiękowe
• Badanie termograficzne
• Rejestrator jakości energii do długotrwałej rejestracji