Diagnostika a testování silových kabelů
 | ||||
| Diagnostika a testování silových kabelů Ing. Václav Straka, TMV SS spol. s r. o. Firma TMV SS nabízí poměrně široký sortiment přístrojů pro diagnostiku a testování výkonových kabelů. V tomto článku jsou představeny některé přístroje, které s danou oblastí souvisejí, a o něž je proto mezi elektrotechniky značný zájem. Jednou z nových metod diagnostikování různých izolačních systémů je metoda dielektrické spektroskopie, v tomto případě na základě frekvenční závislosti. Jejím principem je sledování odezvy (polarizace) částic podle změny frekvence v širokém pásmu. Uplatnění tato metoda nachází v diagnostice elektrických strojů, zařízení a prvků. Diagnostický přístroj IDA 200 Přístroj IDA 200 firmy Programma Electric AB (obr. 1) je generátor sinusového napětí s efektivní hodnotou 140 V ve frekvenčním rozsahu 1 kHz až 0,0001 Hz. Je to kompaktní přístroj o hmotnosti asi 15 kg, jehož výkon plně postačuje pro diagnostiku výkonových transformátorů a papírem izolovaných kabelů (pro měření kabelů s izolací ze zesítěného polyetylenu lze k přístroji připojit externí vysokonapěťovou jednotku). Principem funkce je měření generovaného napětí a proudu vycházejícího z měřeného vzorku a jejich následné vyjádření v požadované veličině (Z, cos j, tan d, c, e´, e˝, De aj. – jak bude vysvětleno dále, sledování pouze hodnoty tan d nedává v určitých případech celkový obraz o měřeném vzorku). Obr. 1. Kompaktní diagnostický přístroj IDA 200
Papírem izolované kabely Kabely s papírovou izolací stále tvoří značnou část kabelů používaných pro rozvod elektrické energie. Limitujícím faktorem těchto kabelů ve většině případů je vlhkost v izolaci, která snižuje izolační schopnost, resp. zmenšuje velikost průrazného napětí. Zmíněné kabely jsou také dosti citlivé na testovací zdroje vn, a tak testování poměrně často končí destrukcí kabelu (proto tyto testy značná část provozovatelů raději ani neprovádí). Jejich výměna za moderní kabely je nejenom velmi nákladná, ale v mnoha případech i zbytečná. Použije se při tom metoda frekvenční spektroskopie a přístroj IDA 200 s maximálním sinusovým napětím s efektivní hodnotou 140 V ve frekvenčním rozsahu 1 kHz až 0,0001 Hz. Velikost aplikovaného napětí zaručuje nedestruktivnost této diagnostické metody; společně s frekvenčním rozsahem umožňuje poměrně přesné stanovení obsahu vlhkosti v izolaci. Teplotní kompenzace na tan d při 50 Hz je při znalosti frekvenční závislosti velmi snadná a bez rizika nesprávné korekce naměřené hodnoty. U papírem izolovaných kabelů rovněž platí, že minimální hodnota tan d je úměrná vlhkosti izolace (a tím i izolační schopnosti).  Obr. 2. Kombinovaný zdroj KPG 36 kV VLF Toto diagnostická metoda posuzuje stav kabelu jako celku, a umožňuje tedy nejenom určit stav izolace kabelu, ale i vybrat z dané skupiny kabelů nejproblematičtější části. Zároveň je možné oddálit výměnu relativně dobrých kabelů, které by jinak byly testem vn poškozeny, a předem vymezit jejich následné využití. Metoda má své opodstatnění i při rozhodování, zda kabel, který nebyl po určitou dobu v provozu, nahradit, nebo opět použít. Kabely s izolací ze zesítěného polyetylenu Limitujícím faktorem izolace, a tedy i životnosti, těchto kabelů je vznik tzv. vodních stromečků (water trees). Pro ně je typický četný výskyt, ale poměrně malá rychlost prorůstání izolací. K jejich diagnostice se používá IDA 200 s připojenou jednotkou vn (20 nebo 30 kV). Hlavní zásada diagnostiky, tj. nedestruktivnost (kabel se nepoškozuje, opravu či výměnu lze odložit na vhodnější dobu a kabel ve velmi špatném stavu je vždy možné vyřadit z provozu), zůstává zachována. Frekvenční spektroskopie je doplněna napěťovou spektroskopií.  Obr. 5. Kamera CoroCAM pro vizualizaci částečných výbojů v koncovkách kabelu Maximální frekvence ve spojení s jednotkou vn činí 100 Hz, přičemž dolní mezní hodnota (0,0001 Hz) zůstává nezměněna – u vysoce kapacitních objektů je nejvyšší frekvence limitována proudem zesilovače vn. Za výchozí jsou použita napětí s maximální úrovní, která je rovna provoznímu napětí (obvykle se první napětí nastavuje jako 0,25 až 0,5U0, přičemž frekvenční sekvenci na úrovni 0,5U0 je obvykle vhodné na závěr testu zopakovat). Jestliže kabel vykazuje silné poškození již při nízkých hodnotách napětí, je měření automaticky ukončeno. Není-li tomu tak, je možné přiměřeně zvýšit napětí, přičemž zvyšování nad hranici 2U0 se jeví z hlediska této metody jako zbytečné. Změny v kapacitanci a ztrátě jsou obvykle prezentovány ve formě De´ (změna v reálné části permitivity) a e˝ (dielektrická ztráta). Závislost mezi průrazným napětím a jednotlivými druhy odezev byla experimentálně ověřena a byl vysloven závěr, že odezva typu 2 při napětí 1,5U0 odpovídá průraznému napětí přibližně 3 až 4,5U0. Objeví-li se odezva typu 2 při napětí 2U0, nachází se průrazné napětí na úrovni přibližně 7U0. I z tohoto důvodu se nepovažuje za nutné zvyšovat napěťovou úroveň frekvenční sekvence nad 1,5U0. Ze zkušenosti lze říci, že kabely, které nemívají žádnou odezvu při U0, nemají průrazné napětí nižší než 3U0, a průrazné napětí kabelů majících odezvu typu 1 je v rozsahu 2,5 až 4U0.  Obr. 6. Diagnostika pomocí termovizní kamery v praxi Z uvedených příkladů vyplývá, že na každé zvolené napěťové úrovni je nutné měřit ve více bodech, aby bylo možné oddělit lineární odezvy od nelineárních (obvykle postačují čtyři frekvence). Ze zkušenosti je zřejmé, že doba měření jedné fáze (předpoklad čtyři až šest napěťových úrovní a čtyři až šest frekvencí) obvykle nepřesáhne 7 min; tím se výrazně snižuje namáhání kabelu v porovnání s dlouhými vysokonapěťovými testy metodou DC (Direct Current, stejnosměrný proud) nebo VLF (Very Low Frequency, velmi nízká frekvence) 0,1 Hz se sinusovým průběhem. Současně je zachována vysoká vypovídací schopnost metody, spojená s jejím nedestruktivním charakterem. To umožňuje plánování oprav či výměn kabelu. Napěťové zkoušky Součástí sortimentu společnosti TMV SS jsou i zdroje vn firmy Neumann Elektronik, které jsou určeny především pro testování kabelů. Zdroje jsou nabízeny ve dvou variantách, a to jako zdroje DC nebo kombinované zdroje DC/VLF. Zdroje DC Stejnosměrné zdroje KPG jsou nabízeny s výstupním napětím 0 až 25 kV (i v bateriovém provedení) a dále v rozsazích 0 až 50 kV, 0 až 80 kV, 0 až 110 kV a 0 až 120 kV. Tyto zdroje se vyznačují snadnou obsluhou, robustním provedením a především velmi malou hmotností. Příjemným překvapením je také jejich cena. Je to ideální zdroj do terénu, který ocení zvláště ti, kteří preferují jednoduchost ovládání a robustnost přístroje.  Obr. 7. Termovizní kamera firmy FLIR Systems AB Pro zákazníky, kteří potřebují zdroj VLF, je určen přístroj KPG 36 kV VLF (obr. 2). Jde o kombinovaný zdroj s napájením 230 V, 10 A, 50/60 Hz, se sinusovým průběhem VLF, výstupním efektivním napětím v rozsahu 5 až 36 kV (volitelnost frekvence 0,1 nebo 0,05 Hz) a režimem DC s rozsahem napětí ±0 až 50 kV. Přístroj se vyznačuje velmi snadným ovládáním, robustním provedením a příznivou cenou. Ovládání je koncipováno na rozhraní s víceřádkovým displejem a možností nastavení testovacích sekvencí. Další charakteristikou vlastností přístroje je poměrně malá hmotnost, která dovoluje umístit jej téměř kamkoliv. Analyzátor částečných výbojů Přístroj APDA norské firmy Transinor je určen pro akustickou detekci částečných výbojů v dostupných částech kabelu, především v koncovkách (obr. 3). Na kabelu se měří při běžném provozu, tj. pod napětím. Obsluha postupně přikládá konec sklolaminátové tyče (v přímém nebo zahnutém provedení) na různá místa kabelové koncovky. Signál lze přijímat přímo z přístroje nebo ze sluchátek. Sonda je do měřicího přístroje připojena optickým kabelem. Na obrazovce lze zobrazit amplitudu a frekvenční rozsah nebo graf amplitudy k příslušné fázi (obr. 4). Výhodou přístroje a měřicí metody je vysoká citlivost vzhledem k ještě ne zcela rozvinutým výbojům a dosti přesná lokalizace místa výboje v koncovce. Zařízení je opět přenosné a dodává se včetně dvou sklolaminátových tyčí. Vizualizace částečných výbojů Vizualizace částečných výbojů v kabelových koncovkách je možná pomocí kamer zobrazujících korónu. Kamery značky CoroCAM (obr. 5), jejichž schopnost zobrazovat částečný výboj byla již mnohokrát ověřena v praxi, dodává společnost TMV SS ve více provedeních.  Obr. 8. Měřič polí ESM-100 firmy Maschek Elektronik Výhody této metody spočívají především v tom, že:
Zobrazení přechodových odporů v koncovkách kabelů Pro zobrazení přechodových odporů v koncovkách kabelů, ale i v jiných vodivých spojích, se s úspěchem používají termovizní kamery (obr. 6), tj. kamery zobrazující teplotní pole. Pravděpodobně nejrenomovanějším výrobcem v této oblasti je firma FLIR Systems AB, nabízející široké spektrum uvedených přístrojů, které svými parametry jistě splní všechny požadavky zájemců (obr. 7). Měření elektromagnetických polí Přístroj ESM-100 firmy Maschek Elektronik (obr. 8) je určen pro měření elektrických a magnetických polí. To je oblast, se kterou se „kabeláři„ setkávají stále častěji. Tento přístroj současně měří elektrické i magnetické pole jak v širokém hodnotovém (0,1 V·m-1 až 100 kV·m-1, 1 nT až 20 mT), tak i frekvenčním rozsahu (5 Hz až 400 kHz). Vyznačuje se velmi jednoduchým ovládáním, vysokou užitnou hodnotou a příznivou cenou. Další informace o sortimentu, uvedených přístrojích i o souvisejících oblastech měření, jako je např. měření kvality a čistoty sítě, mohou zájemci získat na adrese společnosti: TMV SS spol. s r. o. | ||||
