Jak stworzyć kompletny system diagnostyki wyładowań niezupełnych?

Stworzenie kompleksowego systemu diagnostyki wyładowań niezupełnych jest niezbędne do monitorowania i oceny stanu izolacji elektrycznej w urządzeniach wysokiego napięcia. W tym artykule omówiono, jak opracować taki system, podkreślając kluczowe koncepcje, komponenty i metodologie.

Wprowadzenie

Degradacja stanu izolacji w systemach wysokiego napięcia może być spowodowana różnymi czynnikami, w tym wyładowaniami niezupełnymi (WN). Wyładowania niezupełne to niewielkie wyładowania elektryczne, które nie usuwają całkowicie izolacji między przewodnikami. Stopniowo pogarszają one stan izolacji, ostatecznie prowadząc do awarii (całkowitej utraty izolacji). Opracowanie kompleksowego systemu diagnostyki wyładowań niezupełnych ma kluczowe znaczenie dla wczesnego wykrywania, umożliwiając monitorowanie w czasie rzeczywistym i poprawiając przewidywanie żywotności urządzeń wysokiego napięcia.

Jak powstają wyładowania niezupełne?

Wyładowania niezupełne występują w zlokalizowanych obszarach wewnątrz lub na powierzchni izolacji z powodu niewielkich uszkodzeń materiału dielektrycznego. Wraz z degradacją izolacji wzrasta częstotliwość i intensywność tych wyładowań. Charakteryzują się one krótkotrwałymi impulsami elektromagnetycznymi o wysokiej częstotliwości, które mogą być wykrywane i analizowane w celu oceny stanu izolacji.

Aby doszło do wyładowania niezupełnego, system musi spełniać co najmniej jeden z poniższych czynników wyzwalających:

• Gradient napięcia: Wysoka różnica potencjałów elektrycznych na izolacji.
• Gradient stromości: Gwałtowne zmiany rozkładu pola elektrycznego, szczególnie w szczytowych momentach napięcia.
• Gradient prędkości: Szybkie zmiany napięcia, takie jak te powodowane przez konwertery mocy lub zdarzenia przełączania.

Jakie są podstawowe rodzaje wyładowań niezupełnych?

Istnieją trzy formy wyładowań niezupełnych:

• Wyładowanie wewnętrzne: Spowodowane przez niejednorodne materiały izolacyjne prowadzące do powstawania słabych punktów wewnątrz izolacji.
• Wyładowanie zewnętrzne: Z powodu zanieczyszczenia powierzchni lub niewystarczającego odstępu izolacyjnego, szczególnie w środowisku zewnętrznym.
• Wyładowanie koronowe: Występuje w obszarach wysokiego natężenia pola elektrycznego w pobliżu przewodników, często wynikającego z geometrii przewodnika lub odstępów między przewodnikami.

Jaka jest struktura pomiaru wyładowania niezupełnego?

Po pierwsze, czujnik pomiarowy wykrywa impuls elektromagnetyczny, bezpośrednio przez dzielnik pojemnościowy lub pośrednio przez przepływ prądu za pomocą cewki Rogowskiego. Po drugie, słaby sygnał wyładowania niezupełnego musi zostać wzmocniony za pomocą wzmacniacza korekcyjnego.

Na koniec lokalna jednostka przetwarzania usuwa szum otoczenia i przetwarza impuls wyładowania niezupełnego w celu identyfikacji jego wystąpienia i wielkości. Szerokopasmowe i wąskopasmowe metody przetwarzania są wykorzystywane do filtrowania szumów i dokładnego wyodrębniania sygnału wyładowań niezupełnych.

Wszystkie zebrane dane są archiwizowane i prezentowane w zaawansowanym systemie, takim jak PD Doctor. System ten rejestruje krytyczne informacje, takie jak czas wyładowania, jego wielkość i fazę podstawowej harmonicznej, przy której wystąpiło. Zapewnia również zautomatyzowane monitorowanie i diagnostykę w czasie rzeczywistym, która powiadamia użytkownika w przypadku wystąpienia zdarzenia, a także wykorzystuje sztuczną inteligencję do przewidywania pozostałej żywotności sprzętu w oparciu o trendy aktywności wyładowań niezupełnych.

Jak rozpoznać wyładowania niezupełne?

Do wykrywania wyładowań niezupełnych używamy detekcji impulsów elektromagnetycznych. Wyładowania niezupełne generują impulsy elektromagnetyczne o kształcie zbliżonym do impulsów Diraca i szerokim spektrum częstotliwości przypominającym biały szum. Impulsy te mogą być wykrywane w różnych pasmach częstotliwości, a ich właściwości mogą być analizowane do celów diagnostycznych.

Istnieją różne możliwe techniki wykrywania. Aby uzyskać najlepszą odpowiedź częstotliwościową, należy użyć aktywnego wykrywania za pomocą dzielnika pojemnościowego lub rezystancyjnego bezpośrednio podłączonego do sprzętu wysokonapięciowego lub czujników pojemnościowych przymocowanych do izolowanych części kabla. Innym, mniej czułym sposobem jest pomiar indukowanego prądu upływu w przewodzie za pomocą cewek Rogowskiego lub anten UHF wychwytujących emisje wysokiej częstotliwości z wyładowań niezupełnych bez potrzeby fizycznego połączenia z obwodem wysokiego napięcia.

Jak ocenić zmierzone dane?

Limity aktywności PD, które definiują strefy operacyjne, są oparte na zaleceniach producenta i danych terenowych od operatorów. Ciągła diagnostyka online, w przeciwieństwie do diagnostyki offline, umożliwia monitorowanie w czasie rzeczywistym i szybszą identyfikację stanów usterek, zmniejszając ryzyko nieoczekiwanych awarii.

Pozwala to na podstawową ocenę osiągnięcia pewnych progów wymagających dalszego badania, zlokalizowanie źródła wyładowania poprzez zainstalowanie czujników na obu końcach kabla i obliczenie pozostałego czasu życia izolacji sprzętu dzięki algorytmom predykcyjnym.

Na potrzeby diagnostyki offline w krytycznych punktach systemu można zainstalować przenośne rejestratory wyładowań niezupełnych. Urządzenia te przechowują dane aktywności wyładowań niezupełnych na karcie SD do późniejszej analizy. Jest to przydatne, gdy ciągłe monitorowanie online nie jest możliwe, zapewniając pośredni krok do oceny stanu izolacji podczas zaplanowanej konserwacji.

Wnioski

Stworzenie kompleksowego systemu diagnostyki wyładowań niezupełnych obejmuje wiele etapów, od wykrywania i filtrowania sygnałów wyładowań niezupełnych po ich analizę i archiwizację w celu prognozowania żywotności. Dzięki nowoczesnym systemom, takim jak PD Doctor, operatorzy mogą zapewnić diagnostykę w czasie rzeczywistym, zapobiegając nagłym awariom i optymalizując żywotność sprzętu. Ponieważ systemy izolacji ulegają degradacji, monitorowanie wyładowań niezupełnych jest niezbędnym narzędziem w utrzymaniu bezpieczeństwa i niezawodności urządzeń wysokiego napięcia.

Chcesz wypróbować nasz kompleksowy system PD Doctor?