Menu
Electrical Tester online
Október 2021
Odpovědi na nejčastější otázky z problematiky měření částečných výbojů

Odpovědi na nejčastější otázky z problematiky měření částečných výbojů

29 októbra 2021

Autor: Mgr: Charles Nybeck, Ph.D., aplikační inženýr po oblast rozvoden

Měření částečných výbojů je účinná technika pro zjišťování stavu vysokonapěťových zařízení a diagnostiku jejich poruch. Pro mnoho inženýrů a techniků je však tato technika relativně nová a neznámá, takže není překvapením, že generuje mnoho dotazů pro náš tým podpory. Zde jsou odpovědi na některé z nejčastěji kladených otázek.

Otázka: Jak mohu zjistit, zda dochází v vysokonapěťovém zařízení k částečným výbojům?

Odpověď: Existuje několik metod, které lze rozdělit do dvou skupin: konvenční a nekonvenční měření. Konvenční metoda je definována normou IEC 60270, v níž se měřicí obvod skládá z vazebního kondenzátoru pro snímání aktivity ČV, vstupní impedance, filtru a měřicího přístroje. Tato metoda vyžaduje po zapojení měřicího systému provedení kalibrace, aby se zajistilo, že zdánlivý náboj na zkušebních svorkách, měřený v pC, reprezentuje skutečné výboje probíhající v měřeném zařízení. Norma IEC 60270 také definuje frekvenční pásmo, ve kterém měření probíhá.

Při použití této zkušební metody je jedním z nejúčinnějších způsobů, jak zkoumat problémy související s ČV, sledovat nejen velikost a počet výbojů, ale také vzorec fázového rozložení částečných výbojů (PRPD). Vzorec PRPD umožňuje překrýt amplitudu v pC a počet výbojů s fázovým úhlem přiloženého napětí, což umožnujě určit typ a závažnost defektu.

Několik dalších metod měření ČV spadá do skupiny nekonvenčních metod. Jedná se především o optické, elektromagnetické, chemické a akustické detekční metody. Elektromagnetické a akustické metody jsou nejběžnější. Částečné výboje produkují vysokofrekvenční přechodné signály, které lze zachytit pomocí indukčních a kapacitních snímačů a speciálně konstruovaných sond.

Výsledky měření provedená těmito metodami jsou uváděna v dBμV nebo dBm, nikoli v pC, protože tyto obvody nelze kalibrovat. Částečné výboje také vytvářejí tlakové vlny, které lze oddělit a měřit pomocí speciálních akustických snímačů, jako jsou piezoelektrické převodníky. Tato metoda se obvykle používá ve spojení s elektrickým spouštěcím signálem ČV, především pro dohledání a lokalizaci závad ČV ve vysokonapěťových zařízeních, jako jsou transformátory nebo plynem izolované rozvodny GIS.

Otázka: Jsou on-line měření pro určení stavu stroje průkaznější, než off-line měření nebo je tomu naopak?

Odpověď: Na to neexistuje jednoznačná odpověď. Pro určení stavu izolačního systému jsou důležitá jak on-line, tak off-line měření, nejlépe jejich kombinace. On-line monitoring prováděný pomocí trvale instalovaných senzorů je jediným způsobem, jak dosáhnout trvalého sledování stavu ČV vašich zařízení. On-line monitoring umožňuje nepřetržitý sběr dat, což znamená, že lze nastavit prahové hodnoty alarmů a zajistit, aby byl uživatel automaticky informován, pokud jsou prahové hodnoty překročeny. On-line měření jsou velmi podobná on-line monitoringu v tom, že využívají trvale instalované senzory, ale měření se provádí periodicky, nikoliv nepřetržitě.

Při on-line měření i on-line monitoringu je potřeba zohlednit provozní podmínky. Zkoušené zařízení je vystaveno provoznímu zatížení a napětí, vlhkosti, teplotě a rušení. Měření off-line umožňují větší volnost při měření, protože přiložené napětí lze plynule měnit, jako pomůcku pro identifikaci zápalného (PDIV) a zhášecího (PDEV) napětí. Senzory lze také přemisťovat a provádět tak různé druhy testů a často lze díky externímu zdroji zatížit zkoušené zařízení vyšším napětím, než je napětí provozní.

Otázka: Výsledky měření ČV při síťové frekvenci a velmi nízké frekvenci (VLF) se liší, týkají se rozdíly pouze měření při průběhu VLF sinus, nebo se vztahují i na měření tlumenou střídavou vlnou (DAC) a VLF kosinus pravoúhlý?

Odpověď: Při měření síťovou frekvencí 50 Hz proběhne 50 cyklů přiloženého napětí za sekundu. Zkoušky VLF se však obvykle provádějí při frekvenci 0,1 Hz, která je 500x pomalejší než síťová frekvence. Aktivita částečných výbojů je silně závislá na dV/dt neboli změně napětí v čase (strmost růstu), takže zkoušení pomocí napětí VLF sinus může vést k delší době zkoušky a může být omezeno v množství aktivity ČV, kterou může vyvolat. Při použití technik měření s napětím DAC nebo VLF kosinus pravoúhlý je dV/dt mnohem strmější a bližší 50 Hz, než při použití zkušebního napětí VLF sinus a je mnohem pravděpodobnější, že vyvolá aktivitu částečných výbojů srovnatelnou s provozním napětím 50 Hz.

Při aplikaci zkušebního napětí kosinus pravoúhlý má přiložené napětí stále základní frekvenci 0,1 Hz, ale při změně polarity se dV/dt blíží sinusovému průběhu 50 Hz. To umožňuje provádět napěťové zkoušky kabelů 0,1 Hz a měření ČV současně, tzv. monitorovanou napěťovou zkoušku. Doba napěťové zkoušky je dle normy 60 min a je stejná pro oba napěťové průběhy, ale protože u napětí kosinus pravoúhlý je dV/ dt při přepólování blízké sinusovému průběhu 50 Hz, jsou snáze identifikovatelné závady vyvolávající aktivitu ČV, než při použití průběhu VLF Sinus. Při síťové frekvenci je doba trvání 1 periody 20 ms. Z nuly do maxima půlperiody uběhne 5 ms. To je přibližně stejný čas, jako při změně polarity napětí VLF kosinus pravoúhhlý, kdy dochází k snímání ČV. U průběhu VLF Sinus trvá 1 perioda 10 s a z nuly do maxima půlperiody je to doba 2,5 s, doba dosažení maxima napětí shodná s dobou snímání ČV je tedy 500x pomalejší, než při ostatních zmiňovaných průbězích napětí, také výsledky měření jsou pak odlišné.

U metody DAC se napětí přivádí v krátkých excitacích a frekvence je závislá na kapacitě měřeného kabelu, typicky 30-300 Hz, což je maximálně 6x násobek síťové frekvence. To je ideální pro diagnostiku kabelů, kde nechcete aplikovat konstantní napětí pro identifikaci aktivity ČV a zbytečně dlouho zatěžovat kabel zvýšeným napětím a přitom zachovat výsledky srovnatelné se síťovou frekvencí 50 Hz.

Otázka: Jaký je rozdíl v postupu při zkoušce ČV přiloženým napětím a zkoušce ČV indukovaným napětím u transformátorů?

O: Při zkoušce ČV přiloženým napětím jsou všechny svorky zkoušeného vinutí zkratovány a připojeny k napěťovému zdroji. Všechna ostatní vinutí jsou zkratována a uzemněna. Během zkoušky je na všech částech vinutí a přívodech stejné napětí vzhledem k zemi a ostatním vinutím. Při zkoušce by se mělo napětí začít zvyšovat na čtvrtinu nebo méně maximálního napětí a postupně zvyšovat až na maximum, nejdéle však po dobu 15 s. Po udržení napětí po dobu 1 minuty by se mělo napětí postupně snižovat, nejdéle po dobu 5 s, na čtvrtinu nebo méně maximálního napětí.

Při zkoušce ČV indukovaným napětím se na svorky nízkého napětí přivede třífázové napětí o frekvenci větší nebo rovné dvojnásobku jmenovité frekvence. Na rozdíl od zkoušky přiloženým napětím jsou všechny ostatní svorky vinutí ponechány otevřené, zatímco nulový vodič a nádoba jsou uzemněny. Přiložené napětí závisí na napěťové třídě transformátoru. U transformátorů třídy II se zkušební napětí pomalu zvyšuje na 150 % a udržuje se několik minut, než se zvýší na úroveň zesílení přibližně 173 % po dobu 7200 cyklů. Poté se sníží na 150 % a udržuje se po dobu 1 hodiny. Během této zkoušky se každých 5 minut zaznamenávají měření ČV. Pro obě zkoušky platí, že podmínkou vyhovění je, že nedojde k poklesu napětí a není slyšet žádný vnitřní zvuk. Další informace lze nalézt v normách IEEE C57.12.01, C57.12.91 a C57.113.

Otázka: Jaký je rozdíl v provádění měření ČV motorů nebo generátorů s přístupným nulovým vodičem a u motorů nebo generátorů bez přístupného nulového vodiče?

Odpověď: U motorů nebo generátorů s přístupným nulovým vodičem je možné napájet celé vinutí vůči zemi a také jednotlivé fáze vůči zemi. Doporučuje se, aby se měření provádělo na síťových svorkách jednotlivých fází (A1, B1, C1) a zároveň se uzemnily svorky, které se nezkoušejí. Pro důkladnější měření je potřeba provést napájení ze strany nulového vodiče, aby se zavedlo dodatečné tlumení nebo filtrace. Například při testování fáze A se napětí přivede na nulovou stranu (A2), zatímco vazební kondenzátor a měřicí obvod by se připojily na stranu napájení (A1) a další fáze (B1 a C1) jsou uzemněny.

Při provádění zkoušky ČV na motoru nebo generátoru bez přístupného nulového vodiče by se mohlo zdát, že zkoušku lze provést pouze zkratováním vinutí na straně napájení, přivedením napětí a měřením. Výsledkem by bylo zprůměrované měření mezi všemi vinutími a mohlo by potenciálně zakrýt problém v jednom vinutí. Proto se spíše než jedno měření doporučuje provést měření na každém jednotlivém vinutí, například přivedením napětí na A1 a měřením na B1 nebo přivedením napětí na B1 a měřením C1 atd. To umožňuje analýzu každého vinutí, i když je nulový vodič nepřístupný a může to pomoci zabránit maskování potenciálních problémů.