Diagnostika izolovaných závěsných vodičů vysokého napětí

Obrázek 1: Průřez izolovaným závěsným vodičem Obrázek 1: Průřez izolovaným závěsným vodičem

Problematická detekce izolačních poruch je jednou z největších nevýhod použití izolovaných závěsných vodičů v distribučních vedeních vysokého napětí. Při tomto typu poruch je obvykle prezentována činnost částečných výbojů. Na základě těchto poznatků byl na VŠB – TUO navržen on-line monitor částečných výbojů pro detekci poruch izolace na venkovních vedeních vysokého napětí. Tento článek popisuje testování nových anténních senzorů pro tento detektor, které by v budoucnu měly nahradit jednovrstvé indukční senzory.

Úvod

Nadzemní vedení vysokého napětí (VN) je obvykle osazeno běžnými AlFe vodiči bez jakékoli vnější izolace. V zalesněných oblastech se na těchto vedeních často vyskytují zemní a mezifázové poruchy způsobené dotekem vodičů s okolní vegetací. Pro eliminaci tohoto typu poruch je možné AlFe lana nahradit tzv. izolovanými závěsnými vodiči. Ty se skládají z hliníkového jádra, které je pokryto tenkou vrstvou XLPE (obr. 1).

Použití izolovaných závěsných vodičů

Největší nevýhoda použití izolovaných závěsných vodičů spočívá v problematické detekci jejich izolačních poruch [1]. Vodiče vykazují vysokou odolnost proti krátkodobým dotekům s okolní vegetací. Pokud však strom nebo větev zůstanou v přímém dlouhodobém kontaktu s vodičem, mohou se na povrchu izolace XLPE objevit částečné výboje [2]. Tyto výboje způsobují pomalou degradaci XLPE, což má za následek selhání izolace (obr. 2). Tato situace je typická pro pády stromů do vedení (obr. 3).

Obraz512Obrázek 2: Poškození izolovaných závěsných vodičů

On-line detektory částečných výbojů

V současnosti nejsou na trhu dostupná zařízení, která by dokázala detekovat tento druh izolační poruchy jako takový. Existují však zařízení, jež jsou schopna detekovat aktivitu částečných výbojů, která je jejich doprovodným jevem. Aktivita částečných výbojů totiž vytváří typický vzor v časové oblasti napěťových a proudových signálů [3], lze je proto využít jako nepřímý nástroj detekce. Včasná detekce aktivity částečných výbojů může zabránit poškození izolace a přerušení dodávek energie.

Obraz519Obrázek 3: Selhání izolace po pádu stromu do vedení

Běžné metody detekce částečných výbojů

On-line detektory částečných výbojů se dnes používají především pro elektrické stroje velkých výkonů [4] a pro diagnostiku důležitých vysokonapěťových kabelů [5]. Vysoká cena těchto detektorů brání jejich širšímu využití pro nadzemní vedení vysokého napětí. Existují však on-line detektory zkonstruované právě pro tento specifický účel (obr. 4). Použité senzory se různí. Obecně je Rogowského cívka nejběžnějším senzorem pro detekci částečných výbojů. Tento bezjádrový proudový transformátor poskytuje dobrou citlivost a široký rozsah pracovních frekvencí [6] [7]. Jako senzor je místo Rogowského cívky možno použít kapacitní dělič a vyhodnocovat tak napěťovou složku zaznamenaného signálu na přítomnost částečných výbojů. To je v praxi většinou jednodušší, jelikož zde odpadá problém se zajištěním izolační pevnosti cívky.

Obraz527Obrázek 4: Platforma s kontaktními (červeně) i bezkontaktními (černě) senzory

Bezkontaktní metody detekce

Současný výzkum je zaměřen zejména na vývoj tzv. bezkontaktních metod detekce aktivity částečných výbojů.  Problém použití Rogowského cívky či kapacitního děliče jako senzoru totiž tkví v tom, že pro jejich připojení je nutné uvést vedení do beznapěťového stavu. To však často není z provozních důvodů možné zajistit. Bezkontaktní metody detekce naproti tomu využívají jako senzory antény [8], které pro svou činnost nevyžadují vodivé spojení s diagnostikovaným vedením. Vyhodnocení zaznamenaných signálů je však komplikovanější, jelikož tyto senzory mají omezenou citlivost pro nízké frekvence. Oproti jiným metodám mají také omezený dosah.

Parametry částečných výbojů

Pro vyhodnocení signálů (obr. 5) zaznamenaných z on-line detektorů pro částečné výboje je nutné použít speciální klasifikační software. Ten dokáže kvantifikovat aktivitu výbojů na základě specifických vlastností těchto signálů.

Obraz534Obrázek 5: Záznam signálu při poruchovém (červeně) a bezporuchovém (zeleně) stavu

On-line detektory pro distribuční nadzemní vedení z principu neumožňují kalibraci. U těchto detektorů tak nelze zjistit hodnotu zdánlivého náboje. Amplituda obrazce výbojové činnosti také vykazuje značný útlum v závislosti na vzdálenosti izolační poruchy od detektoru. Proto se v praxi nevychází z hodnoty amplitudy obrazce, ale z četnosti jednotlivých zaznamenaných pulzů.

Závěr

Současné změny v oblasti elektroenergetiky a rozvoj elektromobility kladou zvýšené nároky na spolehlivost a bezpečnost provozu nadzemních vedení VN. Trvalý on-line monitoring vedení se závěsnými izolovanými vodiči umožňuje zlepšení provozních parametrů a zvýšení spolehlivosti dodávek zákazníkům. Zpětná analýza dat umožnuje lépe rozvrhnout údržbu sledovaných úseků vedení a vede tak k lepší optimalizaci jejich provozu.

Reference

  1. J. B. Wareing: Covered Conductor Systems for Distribution, EA Technology continental 2005, available at: https://stoianconstantin.files.wordpress.com/2011/08/covered-conductor-systems-for-distribution-report-number-5925.pdf
  2. P. Pakonen: Detection of Incipient Tree Faults on high Voltage Covered Conductor Lines, Dissertation thesis at University of Tampere, 2007.
  1. N. C. Sahoo, M. M. A. Salama, R. Bartnikas: Trends in partial discharge pattern classification: a survey. In: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Volume 12, Issue 2, April 2005, DOI: 10.1109/TDEI.2005.1430395
  2. Partial Discharge Monitoring, Senseor 2017, available at: http://www.senseor.com/senseormonitoring-solutions/partial-discharge-monitoring
  3. A. A. Khan: General Guidelines for Online Partial Discharge Testing of Power Cables, Available at: http://electrical-engineering-portal.com/general-guidelines-for-onlinepartial-discharge-testing-of-power-cables
  4. B. Paophan, A. Kunakorn, P. Yutthagowith: Implementation of a Rogowski's coil for partial discharge detection. In: Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2016 19th International Conference, Chiba, Japan 2016, ISBN: 978-4-88686-098-9
  5. M. N. K. H. Rohani, C. C. Yii, M. Isa: Effect of unshielded and shielded Rogowski coil sensor performance for partial discharge measurement. In: Research and Development (SCOReD) 2015 IEEE Student Conference, Kuala Lumpur, Malaysia 2015, DOI: 10.1109/SCORED.2015.7449325
  6. www.bonito.net, Bonito [Online]. Available: http://www.bonito.net/boni-whip/en/.

Recenzent:
Příspěvek prošel recenzním řízením.

Autoři:
Jan Fulneček, Ondřej Kabot, Lukáš Prokop, Stanislav Mišák

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz