Часткові розряди в РП середньої напруги — виявлення датчиками UHF та TEV

Гід про вимірювання часткових розрядів і tan delta на кабелях СН розглядає виявлення ЧР класичним, зарядовим методом за IEC 60270 на знеструмленому кабелі. Ця стаття розглядає суміжне, але принципово інше застосування: виявлення часткових розрядів (ЧР) у РП під напругою середньої напруги за допомогою датчиків UHF (надвисока частота) та TEV (перехідна напруга на землі), як описано в IEC TS 62478 ("High voltage test techniques — Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods").

Чому для РП потрібна інша методика вимірювання

Класичне зарядове вимірювання за IEC 60270 вимагає контрольованої, знеструмленої випробувальної схеми зі з'єднувальним конденсатором прямо на випробуваному провіднику — це підходить для від'єднаного кабелю, але непрактично для повністю укомплектованого, РП під напругою з кількома чарунками, де знеструмлення для кожної періодичної перевірки означало б значну перерву в експлуатації. Виявлення UHF та TEV натомість вимірює побічні прояви імпульсу ЧР — електромагнітну хвилю (UHF) або короткий перехідний процес напруги на заземленому корпусі (TEV) — і може робити це, поки РП залишається в роботі.

Принцип дії: два різні сигнали від одного джерела

• Виявлення UHF: імпульс ЧР триває лише кілька наносекунд і при цьому випромінює електромагнітну енергію аж до гігагерцового діапазону. Датчик UHF — часто вбудована віконна антена в елегазових РП (GIS) або зовнішній датчик на повітряних РП — вловлює цю хвилю. Оскільки металевий корпус GIS значною мірою екранує сигнал від зовнішніх завад, виявлення UHF у GIS особливо чутливе та малочутливе до завад.
• Виявлення TEV: у повітряному РП з металевою оболонкою (metal-clad switchgear) внутрішній імпульс ЧР спричиняє короткий перехідний процес напруги на внутрішній стороні заземленого металевого корпусу, який також проявляється як вимірюваний імпульс TEV зовні через невеликі отвори (щілини, вентиляційні решітки, кабельні вводи). Датчик TEV просто прикладається до зовнішньої сторони корпусу або монтується на ній, без потреби відкривати РП.

Увага: жоден із цих методів не дає каліброваного значення заряду в пікокулонах, на відміну від методу IEC 60270. Вимірювання UHF та TEV носять переважно якісний і порівняльний характер: вони виявляють наявність і відносну інтенсивність активності ЧР і тому насамперед підходять для трендового аналізу та сортування за пріоритетом, а не для абсолютної оцінки відповідності відносно межі в пКл.

Практичне застосування

• Періодичний обхід із портативним приладом UHF/TEV по всіх чарунках РП з порівнянням виміряних рівнів сигналу між собою: чарунка з помітно вищим рівнем, ніж у решти, порівнянних чарунок, вказує на локальну активність ЧР, яка потребує подальшого дослідження.
• Стаціонарно встановлені датчики з реєстрацією даних на критично важливих РП, аналогічно застосуванню реєстратора якості електроенергії, що дозволяє виявити поступово наростаючий тренд до того, як він призведе до пробою.
• Поєднання з акустичним або короновим виявленням: на повітряному РП виявлення TEV можна поєднувати з виявленням коронного розряду УФ-камерою та ультразвуком зовнішніх явищ корони, тоді як UHF в основному виявляє внутрішні ЧР у закритому корпусі, невидимі для УФ-камери.
• Локалізація всередині РП: порівнюючи силу сигналу в кількох точках вимірювання навколо тієї самої чарунки (наприклад, з кількома датчиками TEV або з аналізом часової затримки між датчиками UHF), можна точніше локалізувати ймовірне джерело ЧР усередині чарунки — на додаток до, а не замість, цільового офлайн-вимірювання за наявності сумнівів.

Практична значущість

Під час періодичної інспекції РП середньої напруги за NEN 3140 неінвазивне виявлення ЧР методами UHF/TEV є цінним доповненням до термографічного обстеження: там, де термографія показує нагрів через підвищений перехідний опір, виявлення ЧР показує початкову деградацію ізоляції, яка на цьому етапі ще не спричиняє вимірюваного підвищення температури — часто задовго до пробою.

Типові помилки

1. Інтерпретація виміряного рівня сигналу UHF чи TEV як каліброваного значення в пКл, тоді як обидва методи носять переважно якісний і порівняльний характер.
2. Відсутність базового вимірювання на завідомо вільній від ЧР установці, через що пізніше вимірювання неможливо оцінити відносно відомого початкового значення.
3. Застосування виявлення UHF на повітряному РП без металевого екранування, де чутливість до зовнішніх електромагнітних завад значно вища, ніж у GIS.
4. Ігнорування підвищеного сигналу ЧР через те, що установка ще не показує помітного підвищення температури при термографічному обстеженні, тоді як активність ЧР сигналізує про раніший етап деградації ізоляції, ніж тепловий ефект.

Дивіться також

• Вимірювання часткових розрядів і tan delta на кабелях СН
• Коронний розряд — УФ-камера та ультразвукове виявлення
• Термографічне обстеження
• Реєстратор якості електроенергії для тривалої реєстрації