Metodika napěťové nedestruktivní zkoušky elektrických zařízení VN

Transkript

1 Metodika napěťové nedestruktivní zkoušky elektrických zařízení VN 1. Úvod Ing. Mečislav Hudeczek, PhD. Ing. Jaroslav Brychcy HUDECZEK SERVICE, s. r. o. Albrechtice. Nutnost zajištění spolehlivého chodu elektrických kabelů roste s jejich zajišťováním plnění požadavků ne bezpečnost a smluvních vztahů vůči odběratelům. Tím se vysvětluje i odůvodněnost značné potřeby diagnostiky, neboť porucha mající za následek vyřazení kabelů z provozu, jež zajišťuji svoji funkci mnohdy bezpečnost a chod celých oblastí, může mít nedozírné následky. Tomu pak odpovídá i nutnost využívání nejvhodnějších diagnostických systémů pro zajištění jejich bezporuchovosti. Provozně technická pravidla, ve kterých jsou pevně stanoveny zkušební postupy a to především u velkých provozních organizací, nařizuji jednotnost provádění diagnostických měření na kabelech a strojích. Ve většině doporučení metody diagnostiky kvality izolace jsou založené na zkouškách zvýšeným napětím destruktivní metody technické diagnostiky. V mnoha výrobních i nevýrobních organizacích provozované kabely mají provozní věk dvacet pět let a více. Jsou na konci své technické životnosti a přes to jsou nadále provozovány s malou vyhlídkou na výměnu za nové z titulu značných ekonomických nákladů. V těchto provozně technických pravidlech jsou také stanoveny lhůty diagnostiky dielektrika jednotlivých izolačních systémů. V mnoha případech diagnostika izolačního systému strojů a kabelů je prováděna v jednoročních intervalech. V těchto krátkých lhůtách dochází při používáni diagnostických metod izolačních systému založených na měření napětím vyšším než jmenovitým destruktivně k umělé degradaci stávajícího izolačního systému a v mnoha případech dochází k poškození kabelu nebo vinutí stroje což musí být nahrazeno novým izolačním systémem. Někteří provozovatele riziko zničení provozovaného kabelu degradační zkouškou neprovádějí a tím obcházejí riziko jeho umělého zničení ale se zároveň vystavují riziku, že dojde k přirozenému poškození kabelu v době kdy je to nejméně vhodné. Další možnosti je použit metody, která má velmi dobrou vypovídací schopnost při diagnostických měřeních na úrovní jmenovitých napětí. 2. Nedestruktivní zkoušky izolace kabelů Základem pro posouzení stavu elektrické izolace kabelů je metoda Prof. dr hab. inž. Tadeusza Glinki ze Slezské univerzity v Gliwicích Polsko. Princip metody zjišťování opotřebení elektrické izolace podle prof. Glinky je založen na zjištění nabíjecího proudu i p v závislosti na čase při skokovém připojení napětí U a časovém průběhu zotaveného napětí na izolaci po krátkodobém uzemnění, byla li předem izolace elektricky nabitá. Schéma měřícího obvodu je na obr. 1. Obr. 1. Schéma zapojení pro měření izolace stejnosměrným napětím, Z vysokonapěťový zdroj, V1 elektrostatický voltmetr Postup měření Stanovení charakteristiky R 6 = f(u), pokud je to možné v rozsahu napětí 2U N. R 6 [MΩ] = / I [µa].

2 Nabití izolačního systému na hodnotu napětí U =U N (do ustáleného stavu), následné odpojení napájecího napětí a zkratování izolačního systému na čas t z, po té rozpojení izolačního systému a odečtení hodnot zotaveného napětí na izolačním systému. Výsledkem je průběh zotaveného napětí v závislosti na čase U od = f(t). Obraz časového průběhu únikového proudu i p po skokovém zapnutí, na úplně vybitém izolačním systému, stejnosměrného napětí o hodnotě U =U N Naměřené hodnoty Níže je uveden konkrétní příklad diagnostiky VN kabelu v průmyslovém závodě. Rozvodna R3, 22 kv, kobka č.9, Kabel ANKTOPV 3 x 24 mm 2, fáze L1 Charakteristika odporu izolace R6= f(u), napěťová zkouška I [µa] R 6 [MΩ] Nejvyšší použité napětí při měření bylo 1 kv, tj.,5 Un Průběh zotaveného napětí U od = f(t) po nabití izolačního systému na U =1 kv a rozpojení zkratovaného systému Doba trvání zkratu na nabitém systému t z = 1s. 3 Uod [V] Průběh zotavení je nedostatečný. Doba zotavení t od = s. Průběh únikového proudu i p = f(t), skok napětí z V na U = 1 kv i p [µa] Průběh únikového proudu je nedostatečný. Součinitel absorpce izolačního systému i p /i p 6= 1,12 Odpor izolace R 6 = f(u) 12 1 R 6 [MΩ]

3 Zotavené napětí U od = f(t) U od [V] Unikový proud i p 139 i p [ma] Sestavení parametrů izolačního systému: Kabel Parametry izolačního systému 1 Jmenovité napětí kabelu [kv 22 2 Průrazné napětí [kv ~ 23 3 Odpor R 6 /U N [kω/v] při 1 kv 3,5 4 Zotavení napětí doba zkratu t Z [s] 1 U od max /U,4 doba zotavení t od [s] 5 Součinitel absorpce izol. systému i p /i p6 1,12 6 Výchylky únikového proudu pro [µα] 1 kv Shrnutí Parametry izolačního systému fáze L1 zjištěné pro napětí 22 kv, tj.: zotavené napětí a součinitel absorpce jsou neuspokojivé. Izolační systém kabelu fáze L1 je ve stavu havarijním. Přestože, hodnoty průrazného napětí zjištěné z výsledku naměřených hodnot a charakteristiky R 6 = f(u) jsou velmi malé tj. 23,8 kv kabel byl nadále provozován. Při kontrole kabelu standardní destruktivnís metodou zajisté by došlo k průrazu izolace a zničení kabelu.

4 Foto č. 1.: Nedestruktivní diagnostika kabelu na elektrostatickém filtru teplárenského komínu. 4. Foto č. 2.: Nedestruktivní diagnostika kabelu na vývodu 6 kv. Další příklad měření kabelů Rozvodna R 6kV, 62 CCA kobka č.62 CCA8(1), vypínač dmychadla 3 chlazení fluidní vrstvy D12 KLB53 AN1 Kabel: 6 CYKCYm 3 x 95 mm2, 9m. Naměřené hodnoty kabelu dne od 163 hod., teplota okolí 21,6 C: FÁZE L1 Charakteristika odporu izolace R6= f(u), napěťová zkouška 1,29 2,32 3,9 4,25 5,1 6, , I [µa] R6 [MΩ] Pužité napětí při měření bylo 6,17 kv. Průběh zotaveného napětí Uod= f(t) po nabití izolačního systému na Uo = 6,17kV a rozpojení zkratovaného systému Doba trvání zkratu na nabitém systému tz= 1s Uod [V] Průběh únikového proudu ip= f(t), skok napětí z V na U= 6 kv ip [µa]

5 Sestavení parametrů izolačního systému: Parametry izolačního systému Izolace fáze 1 Jmenovité napětí kabelu [kv] 7,2 2 Průrazné napětí [kv] 7,2 3 Odpor R 6 /U N [kω/v] při 1 kv při 6 kv 29,38 doba zkratu t Z [s] 1 4 Zotavení napětí U od max /U,17 doba zotavení t od [s] 5 Součinitel absorpce izol.systému i p /i p6 1 Výchylky unikového 6 kv, 6 proudu pro [µa] Závěr: Parametry izolačního systému fáze L1 zjištěné při napětí 6,17 kv jsou neuspokojivé. Měřením bylo zjištěno, že kabel ve fázi L1 je nevyhovující. Pracovníci provozovatele provedli odpojení přechodové skříně u napájeného elektromotoru a měření v 18 3 hod. téhož dne bylo zopakováno. Níže viz tabulkové výsledky. Charakteristika odporu izolace R 6 = f(u), napěťová zkouška 1,33 2,17 3, 4,22 5,16 6,29 I [µa],1,2,3,5,8 1 R6 [MΩ] Doba trvání zkratu na nabitém systému t Z = 1s Uod [V] Průběh únikového proudu i p = f(t), skok napětí z V na U = 6 kv ip [µa] 3,5 2,2 1,8 1,6 1,5 1,3 1,3 1,3 1,3 1,2 1,2 1,2 Sestavení parametrů izolačního systému: Parametry izolačního systému Izolace fáze 1 Jmenovité napětí kabelu [kv] 7,2 2 Průrazné napětí [kv] 1 3 Odpor R 6 /U N [kω/v] při 1 kv při 6 kv 148,33 doba zkratu t Z [s] 1 4 Zotavení napětí U od max /U,27 doba zotavení t od [s] 75 5 Součinitel absorpce izol.systému i p /i p6 1,5 Výchylky unikového 6 kv, 6 proudu pro [µa]

6 Závěr: Parametry izolačního systému fáze L1 zjištěné při napětí 6,29 kv jsou dobré. Grafické zobrazení: Odpor izolace R6= f(u) Odpor izolace R6= f(u) R6 [M?] R6 [M?] Zotavené napětí Uod= f(t) Zotavené napětí U od = f(t) U od [V] U od [V] Unikový proud i p Unikový proud i p ip [ma] ip [ma] 4 3,6 3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2,8, Výše uvedené grafy jednoznačně zobrazují podstatu metody nedestruktivní diagnostiky izolačních systémů. 5. Statistické vyhodnocení účinnosti nedestruktivní napěťové zkoušky V letech 27 až 21 byla provedena diagnostická měření vysokonapěťových kabelů a zařízení v těchto podnicích: 1. ČEZ, a.s. VE Štěchovice VE Kamýk VE Lipno VE Vrané nad Vltavou Elektrárna Tisová Teplárna Dvůr Králové 2. ARCELORMITTAL Ostrava, a.s. 3. EUROVIA Jakubčovice, s.r.o. 4. ROCKWOOL, a.s.

7 5. KAMENOLOMY ČR, s.r.o. Množství provedených zkoušek v jednotlivých letech jsou uvedeny v následující tabulce a zobrazeny v grafu. Rok Počet proměřených žil [ks] Histogram četností měření VN kabelů 4 38 Četnost měření (ks) Rok Vyhodnocení četnosti měření v jednotlivých letech provádění napěťových zkoušek VN kabelů nedestruktivní metodou. Z celkového počtu 877 žil, na nichž byla provedena napěťová nedestruktivní zkouška, bylo dle analýzy parametrů izolačního systému konstatováno, že: 1) 65 kusů žil kabelů odpovídající 7,41 % z celkového množství bylo ve stavu výborném. 2) 728 kusů žil kabelů odpovídající 83,1 % z celkového množství bylo ve stavu vyhovujícím pro provoz. 3) 84 kusů žil kabelů odpovídající 9,58 % z celkového množství bylo ve stavu zcela nevyhovujícím pro provoz vysokonapěťového zařízení. U kabelů se zjištěnou nízkou hodnotou izolačního stavu bylo zákazníkovi doporučeno vadné či opotřebované kabely ihned vyměnit za nové a provézt opětovné měření na již nových kabelových svazcích. Ve všech případech, kdy byly provedeny výměny vysokonapěťových kabelů, bylo dalším měřením konstatováno zlepšení izolačních vlastností izolace vysokonapěťových kabelů.