V údržbě vysokonapěťových zařízení patří částečné výboje, označované také jako partial discharges nebo PD, k hlavním příčinám předčasného stárnutí izolace, poruch a obloukových výbojů.
Dlouho byly doménou specializovaných offline měření podle normy IEC 60270, spíše v režii zkušeben než běžné provozní údržby.
Akustická kamera Fluke ii915 posouvá diagnostiku částečných výbojů přímo do rukou provozních techniků. Umožňuje lokalizovat a základně klasifikovat částečné výboje z bezpečné vzdálenosti, přímo v rozvodně nebo strojovně, bez zásahu do provozu.
Co jsou částečné výboje a jak ovlivňují životnost izolace
Částečný výboj je lokální elektrický výboj, který pouze částečně překlene izolaci mezi vodiči nebo mezi vodičem a zemí. Nevzniká tedy plný průraz, ale opakované mikrovýboje v dutině, po povrchu izolace nebo v nehomogenním elektrickém poli postupně chemicky a tepelně poškozují izolační materiál.
V praxi se sledují zejména následující parametry:
- PDIV (Partial Discharge Inception Voltage) je napětí, při kterém se částečné výboje začnou objevovat.
- PDEV (Partial Discharge Extinction Voltage) je napětí, pod které musí napětí klesnout, aby částečné výboje zanikly.
- PRPD graf (Phase Resolved Partial Discharge) je fázově rozlišený obraz částečných výbojů, tedy rozložení pulzů v závislosti na fázi síťového napětí. Pomáhá odlišit typ a závažnost výbojů.
Dlouhodobý provoz s aktivními částečnými výboji vede k urychlenému stárnutí izolace, zvýšení ztrát, lokálnímu ohřevu a nakonec až k průrazu. Ten může způsobit obloukový výboj, požár nebo delší neplánované odstavení zařízení.
Typy částečných výbojů v praxi
V energetické praxi se u VN zařízení nejčastěji setkáváme se čtyřmi základními typy částečných výbojů.
Korónový výboj
Korónový výboj vzniká v silně nehomogenním elektrickém poli, typicky na ostrých hranách, špičkách vodičů, u nezakrytých spojů nebo na poškozených korónových kroužcích. Ionizace vzduchu v okolí vodiče vytváří viditelné či UV záření, RF emise a ultrazvukové projevy.
Z hlediska mechanického poškození izolace bývá korónový výboj méně kritický, ale indikuje špatnou geometrii, degradaci povrchu nebo nevhodné provozní podmínky.
Povrchový výboj
Povrchový výboj, označovaný také jako surface tracking, se šíří po povrchu izolace. Často vzniká v místech se zvýšeným znečištěním, vlhkostí nebo vodivými usazeninami na izolátorech, průchodkách či v rozvodnách GIS.
Patří k nejničivějším typům částečných výbojů. Lokálně karbonizuje povrch izolace, vytváří vodivé cesty a může přejít až v plný obloukový výboj.
Dutinový neboli vnitřní výboj
Dutinový výboj probíhá uvnitř plynných nebo plynem vyplněných dutin v pevné či kapalné izolaci. Typicky se může týkat papírovo-olejových izolací, epoxidových průchodek, statorových tyčí nebo kabelových spojek.
Vnitřní částečné výboje jsou zrádné. Nejsou vidět, obtížně se lokalizují, ale mají vysoký destruktivní potenciál. Plyn v dutině je opakovaně ionizován a postupně dochází k erozi stěn dutiny.
Obloukový výboj
Obloukový výboj je dlouhotrvající, plně rozvinutý výboj, který vodivě překlene izolaci. Z pohledu diagnostiky jde spíše o konečnou fázi problému než o samotný částečný výboj.
Cílem PD monitoringu je proto odhalit předchozí fáze, zejména povrchové a dutinové výboje, dříve, než dojde k oblouku.
Význam včasného odhalení částečných výbojů nespočívá pouze v prevenci poruchy samotné. Důležitý je také pro řízení zbytkové životnosti izolace, plánování odstávek a optimalizaci investic do obnovy zařízení.
Proč akustická detekce PD funguje
Každý částečný výboj generuje kromě elektrických a elektromagnetických projevů také krátký ráz akustického tlaku, tedy impulsní zvukovou nebo ultrazvukovou vlnu. Měření ukazují, že u povrchových a korónových výbojů na VN izolacích se významná část akustické energie koncentruje v ultrazvukovém pásmu přibližně 30 až 50 kHz. Nízké frekvence bývají naopak často maskovány okolním hlukem.
Tradiční směrové ultrazvukové mikrofony obvykle pracují kolem 40 kHz a dokážou částečné výboje detekovat, mají však několik omezení:
- omezené zorné pole,
- rostoucí nejistotu lokalizace se vzdáleností,
- citlivost na odrazy od stěn, konstrukcí a dalších zařízení,
- časově náročné plošné procházení velkých rozvoden nebo statorových vinutí.
Akustická kamera tyto limity překonává tím, že využívá pole mnoha mikrofonů a prostorové filtrování, tzv. beamforming. Z časových rozdílů příchodu akustické vlny na jednotlivé mikrofony rekonstruuje směr a polohu zdroje zvuku.
Fluke ii915: akustická kamera navržená i pro částečné výboje
Fluke ii915 je akustická kamera se 64 digitálními MEMS mikrofony uspořádanými do pole ve tvaru Fermatovy, neboli slunečnicové, spirály. Toto uspořádání minimalizuje aliasing a vznik artefaktů, tedy falešných zdrojů, které by se objevovaly u pravidelné mřížky mikrofonů. Zároveň zlepšuje lokalizační přesnost v širokém frekvenčním pásmu.
Klíčové parametry pro PD aplikace
Frekvenční rozsah 2 kHz až 100 kHz
Kamera pokrývá slyšitelné i ultrazvukové pásmo. Oblast 30 až 50 kHz je důležitá zejména pro detekci povrchových a korónových výbojů. Vyšší pásma umožňují zachytit také intenzivnější vnitřní částečné výboje.
64 MEMS mikrofonů v kompaktním poli
Mikrofonní pole pomáhá snížit šum průměrováním signálů a díky spirálovému uspořádání omezuje vznik falešných laloků ve zvukové mapě.
Dosah 0,5 až 120 m
Tento rozsah umožňuje bezpečnou kontrolu rozlehlých VN rozvoden, venkovních polí i těžko přístupných částí strojů bez nutnosti přibližovat se do nebezpečné zóny.
Technologie SoundSight™ převádí naměřené akustické pole na barevnou zvukovou mapu SoundMap™, která je v reálném čase překryta obrazem z viditelné kamery. Technik tak na obrazovce vidí místo s nejvyšší akustickou aktivitou odpovídající částečným výbojům.
PDQ Mode™: specializovaný režim pro částečné výboje
Pro diagnostiku částečných výbojů nabízí kamera ii915 režim PDQ Mode™, vyvinutý speciálně pro VN aplikace.
Klasifikace typu výboje
Kamera na základě frekvenčního spektra, tvaru pulzů a fázového rozložení orientačně rozliší, zda jde převážně o vnější, povrchový nebo vnitřní výboj. Nejde o náhradu detailní laboratorní analýzy, ale o rychlou indikaci charakteru a možné závažnosti detekovaného jevu.
Počet pulzů
ii915 počítá počet akustických PD impulsů za časovou jednotku, například pulzy za minutu. Díky tomu lze posoudit intenzitu výbojů a sledovat trend při opakovaných měřeních na stejném místě.
PRPD graf
Kamera umí zobrazit, v jaké části 50/60Hz sinusovky se jednotlivé PD pulzy vyskytují, a vytvořit fázově rozlišený obraz podobný klasickému PD měření. Typické vzory, například převaha v kladných nebo záporných půlvlnách či výskyt v blízkosti špiček napětí, pomáhají odlišit korónu od dutinových nebo povrchových výbojů.
Díky spojení těchto informací v jednom přístroji technik na místě okamžitě vidí, kde k výboji dochází, jak často se opakuje a jaký typ PD je nejpravděpodobnější.
Praktické výhody ii915 oproti tradičním metodám
Ve srovnání s klasickými metodami přináší Fluke ii915 několik praktických výhod.
Rychlá plošná inspekce
Namísto bodového měření směrovou ultrazvukovou sondou lze jedním záběrem zkontrolovat větší část rozvodny, řadu izolátorů nebo čelo statoru. Lokalizace více zdrojů částečných výbojů v jednom záběru výrazně zkracuje čas měření.
Odlišení skutečného zdroje od odrazů
U klasického ultrazvuku je častým problémem, že technik zachytí odražený signál od stěny nebo konstrukce, nikoli původní místo výboje. Akustická kamera díky prostorovému filtrování a vizuálnímu překryvu SoundMap™ se scénou umožňuje lépe rozlišit primární zdroj a případné odrazy.
Detekce vnitřních výbojů
UV kamery zobrazují především povrchové jevy. Intenzivnější vnitřní částečné výboje však mohou generovat dostatečný akustický signál, který ii915 zachytí, i když nejsou opticky viditelné.
Bezpečná vzdálenost a jednoduché použití
Dosah až 120 m umožňuje měřit mimo ochranné zóny a bez zásahu do zapojení. Intuitivní dotykové rozhraní, automatické filtry frekvenčních pásem a přednastavené profily kontrol zároveň snižují nároky na zaškolení v akustice.
Shrnutí přínosu pro údržbu VN zařízení
Akustická kamera Fluke ii915 dělá z jinak neviditelných částečných výbojů vizuálně názorný jev, který lze rychle lokalizovat a základně klasifikovat přímo v prostředí VN zařízení.
Provozní týmy tak mohou částečné výboje sledovat nejen jako zkušební parametr v laboratoři, ale také jako běžný nástroj prediktivní údržby. Díky tomu mohou včas identifikovat rizikové komponenty, lépe plánovat odstávky a předcházet havarijním průrazům nebo obloukovým výbojům.
Blue Panther s.r.o.
Mezi Vodami 29, 143 00 Praha
Tel.: +420 241 762 724
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.blue-panther.cz
