Jak vytvořit komplexní systém diagnostiky částečných výbojů

Vytvoření komplexního systému diagnostiky částečných výbojů je nezbytné pro sledování a hodnocení stavu elektrické izolace vysokonapěťových zařízení. Tento článek se zabývá tím, jak takový systém vytvořit, a zdůrazňuje klíčové koncepty, součásti a metodiky.

Úvod

Degradaci izolačního stavu ve vysokonapěťových systémech může způsobovat více různých faktorů, včetně částečných výbojů (ČV). Částečné výboje jsou malé elektrické výboje, které zcela nepřeklenou izolaci mezi vodiči. Postupně zhoršují izolaci a nakonec vedou k průrazu (úplné ztrátě izolace). Vývoj komplexního systému diagnostiky částečných výbojů je zásadní pro včasnou detekci, umožňuje sledování v reálném čase a zlepšuje předpověď životnosti vysokonapěťových zařízení.

Jak vznikají částečné výboje?

K částečným výbojům dochází v lokalizovaných oblastech uvnitř izolace nebo na jejím povrchu v důsledku malých poruch dielektrického materiálu. S degradací izolace se frekvence a intenzita těchto výbojů zvyšuje. Jsou charakterizovány krátkými vysokofrekvenčními elektromagnetickými impulsy, které lze detekovat a analyzovat za účelem posouzení stavu izolace.

Aby došlo k částečnému výboji, musí systém splnit alespoň jeden z následujících spouštěcích faktorů:

• Gradient napětí: Vysoký rozdíl elektrických potenciálů v izolaci.
• Gradient strmosti: Rychlé změny v rozložení elektrického pole, zejména v napěťových špičkách.
• Gradient rychlosti: Rychlé změny napětí, způsobené například měniči nebo spínacími událostmi.

Jaké jsou základní typy částečných výbojů?

Existují tři formy částečných výbojů:

• Vnitřní výboj: V důsledku nehomogenních izolačních materiálů vznikají uvnitř izolace slabá místa.
• Vnější výboj: Vlivem znečištění povrchu nebo nedostatečné izolační vzdálenosti, zejména ve venkovním prostředí.
• Koronový výboj: Vzniká v oblastech s vysokou intenzitou elektrického pole v blízkosti vodičů, často v důsledku geometrie nebo vzdálenosti vodičů.

Jaká je struktura řetězce pro měření částečných výbojů?

Měřicí senzor nejprve detekuje elektromagnetický impuls, a to buď přímo prostřednictvím kapacitního děliče, nebo nepřímo prostřednictvím proudu protékajícího Rogowského cívkou. Za druhé se slabý signál částečného výboje musí zesílit pomocí korekčního zesilovače.

Nakonec lokální procesní jednotka odstraní okolní šum a zpracuje impulz ČV, aby identifikovala jeho výskyt a velikost. K odfiltrování šumu a přesné extrakci signálu ČV se používají širokopásmové a úzkopásmové metody zpracování.

Všechna shromážděná data jsou archivována a prezentována v pokročilém systému, jako je například PD Doctor. Tento systém zaznamenává důležité informace, jako je čas výboje, jeho velikost a fáze, při které k němu došlo. Poskytuje také automatické monitorování a diagnostiku v reálném čase, která v případě události upozorní uživatele, a využívá umělou inteligenci k předpovědi zbývající životnosti zařízení na základě trendů aktivity ČV.

Jak rozpoznat částečné výboje?

Při detekci částečných výbojů používáme detekci elektromagnetických impulzů. Částečné výboje generují elektromagnetické impulsy, které mají podobný tvar jako Diracovy impulsy, s širokým frekvenčním spektrem připomínajícím bílý šum. Tyto impulsy lze detekovat v různých frekvenčních pásmech a jejich vlastnosti lze analyzovat pro diagnostické účely.

Existují různé možné techniky snímání. Pro dosažení nejlepší frekvenční odezvy použijte aktivní snímání s kapacitním nebo odporovým děličem přímo připojeným k vysokonapěťovému zařízení nebo kapacitní snímače připojené k izolovaným částem kabelu. Jiným, méně citlivým způsobem je měření indukovaného unikajícího proudu ve vodiči pomocí Rogowského cívek nebo pomocí UHF antén zachycujících vysokofrekvenční emise z ČV bez nutnosti fyzického připojení k vysokonapěťovému obvodu.

Jak vyhodnocovat naměřená data?

Limity pro činnost ČV, které vymezují provozní zóny, vycházejí z doporučení výrobce a údajů od provozovatelů z terénu. Průběžná online diagnostika na rozdíl od offline diagnostiky umožňuje sledování v reálném čase a rychlejší identifikaci poruchových stavů, čímž se snižuje riziko neočekávaných poruch.

To umožňuje základní vyhodnocení dosažení určitých prahových hodnot vyžadujících další zkoumání, lokalizaci zdroje výboje instalací senzorů na obou koncích kabelu a výpočet zbytkové životnosti izolace zařízení díky prediktivním algoritmům.

Pro offline diagnostiku lze na kritických místech systému umístit přenosné záznamníky ČV. Tato zařízení ukládají data o činnosti ČV na kartu SD pro pozdější analýzu. To je užitečné v případech, kdy není možné provádět nepřetržité monitorování online, a poskytuje to mezikrok k posouzení stavu izolace během plánované údržby.

Shrnutí

Vytvoření komplexního systému diagnostiky částečných výbojů zahrnuje několik fází, od detekce a filtrace signálů ČV až po jejich analýzu a archivaci pro předpověď životnosti. Díky moderním systémům, jako je PD Doctor, mohou provozovatelé zajistit diagnostiku v reálném čase, předcházet náhlým poruchám a optimalizovat životnost zařízení. Vzhledem k degradaci izolačních systémů je monitorování ČV nepostradatelným nástrojem pro zachování bezpečnosti a spolehlivosti vysokonapěťových zařízení.

Chcete vyzkoušet náš komplexní systém PD Doctor?