Diagnostyka wyładowań niezupełnych kabli SN oparta na napięciu wolnozmiennym VLF i oscylacyjno-tłumionym DAC

Niektóre zakłady energetyczne, firmy zajmujące się zarządzaniem majątkiem kablowym, a nawet firmy instalatorskie do niedawna miały do wyboru głównie dwa systemy pomiarowe oparte na napięciu wolnozmiennym: VLF (Very Low Frequency) 0,1 Hz cosinus lub sinus, lub napięciu oscylacyjno-tłumionym DAC (Damped AC).

Obydwa rodzaje napięć mają swoich zwolenników, jak i przeciwników. Wiele dyskusji i pytań generują np. niezunifikowane wewnętrzne normy zakładów energetycznych, zezwalające tylko na jedno z tych rozwiązań, np. dla diagnostyki kabli będących już w eksploatacji.

Brak jednobrzmiących wytycznych odnośnie poziomów napięć probierczych, jak i typów tych napięć dla testów diagnostycznych stanowi dodatkową kwestię.

Odrębna dyskusja prowadzona jest na temat prób odbiorczych (po instalacji) na kablach SN. Coraz więcej prób napięciowych wykonuje się wraz z badaniami diagnostycznymi: tangens delta (tg δ) i wnz. Jest zrozumiałe, że próba napięciowa napięciem DC (nadal w normach), jak i niemonitorowana próba napięciowa VLF 0,1 Hz nie jest wystarczająca, aby poprawnie ocenić montaż głowic lub muf w danym odcinku kablowym.

W artykule zaprezentowano metodologie badań diagnostycznych dla kabli SN oparte na napięciu VLF 0,1 Hz Cosinus (CR), jak i napięciu oscylacyjno-tłumionym (DAC). Szereg badań przeprowadzonych na nowych i użytkowanych kablach SN w kraju i zagranicą potwierdzają powtarzalność wyników otrzymanych przy pomiarze wnz metodą DAC oraz VLF 0,1 Hz [1, 4, 5, 8].

Metoda z wykorzystaniem napięcia probierczego VLF 0,1 cosinus pozwala na wykonywanie próby napięciowej (zgodnie z obowiązującymi normami) z równoległym pomiarem wnz, co skraca znacząco czas całego pomiaru. Prezentowana metodologia prób napięciowych na kablach SN pozwala na wykrycie wielu defektów, które mogą powstać podczas instalacji kabla, głowic kablowych lub muf, jak również defektów wynikających ze starzenia się izolacji kablowej, np. kabli olejowych.

W większości przypadków defekty w nowych kablach XLPE powstają w wyniku zastosowania elementów niedostatecznej jakości i niezachowania należytej staranności podczas instalacji muf lub głowic kablowych w warunkach polowych.

Wnz są indykatorem uszkodzeń związanych z niepoprawną instalacją, gdzie przeważnie problem tkwi w niepoprawnym wysterowaniu pola elektrycznego i jego lokalnego wzrostu w głowicy lub mufie kablowej i pojawieniem się w tym miejscu wnz.

Przy obecnych wymaganiach odnoszących się do prób napięciowych napięciem np.: 2,5–3,0xU₀ (napięcie znamionowe faza-ziemia) jedynym kryterium dopuszczającym do eksploatacji nowy odcinek kablowy jest brak przebicia podczas trwania próby napięciowej.

Badania, jak i doświadczenia zakładów energetycznych w Polsce i zagranicą wskazują jednoznacznie, że wiele defektów nie zostaje wykrytych podczas zwykłej próby napięciowej i awaria kabla jest odnotowywana od kilku do kilkunastu tygodni po zakończonej pozytywnie, niemonitorowanej próbie napięciowej lub podczas załączania kabla „w sieć” (w zależności od warunków eksploatacji).

Rozwiązaniem tego problemu może być diagnostyka wnz przeprowadzana podczas każdorazowej próby napięciowej i eliminacja wadliwych elementów systemu kablowego przed włączaniem do eksploatacji, a przez to zapewnienie bezawaryjnej eksploatacji.

Napięcie wolnozmienne VLF cosinus (CR) i oscylacyjno‑tłumione (DAC)

Charakter, jak i cechy fizyczne napięcia probierczego VLF, jak i DAC zostały opisane już w wielu publikacjach [1–8].

Rys. 1. pokazuje schemat obwodu, jaki został zastosowany to generacji obydwu napięć. Obwód ten składa się z dwóch źródeł napięcia: dodatniego +U jak i ujemnego –U.

Przełącznik W załącza jedno ze źródeł, podczas gdy drugie jest izolowane. Indukcyjność L i pojemność wewnętrzna systemu C_S odpowiada za doprowadzenie układu do stanu rezonansowego.

Straty wewnętrznego obwodu rezonansowego są reprezentowane przez rezystancję R. Głównym zadaniem tego systemu jest osiągnięcie właściwego czasu przełączania. Rys. 1. przedstawia też schematycznie wykres czasowy trybu VLF cosinus o częstotliwości 0,1 Hz.

W fazie „B” i „D” napięcie pozostaje stałe, co oznacza że dodatnie lub ujemne źródło napięcia jest załączone za pomocą przełącznika W. Przełącznik S jest otwarty.

W fazie rezonansowej, „A” i „C”, przełącznik W jest ustawiony w pozycji neutralnej, aby odizolować źródła napięcia stałego od obwodu rezonansowego. Przełącznik S zamyka się i zamiana biegunów odbywa się z częstotliwością zgodną z równaniem (1).

Istnieje zasadnicza różnica w generowaniu napięcia VLF cosinus, a napięcia oscylacyjno-tłumionego DAC.

W trybie VLF cosinus, faza rezonansu jest zatrzymana przez otwarcie przełącznika S w odpowiednim czasie. Źródła ładują pojemność wewnętrzną C_S do napięcia nominalnego, zadanego przez system.

W trybie DAC przełącznik S jest zamknięty, tak więc obwód rezonansowy o określonej częstotliwości jest wytwarzany przez rezonans między wewnętrzną cewką L, jak i pojemnością badanego obiektu C_Testobject.

Tłumienie drgań jest wywołane przez straty wewnętrznych elementów generatora napięciowego, jak i strat rezystancyjnych badanego obiektu. Rys. 2. pokazuje napięcie oscylacyjno-tłumione DAC.

Prezentowany system TDS NT40 pozwala na generację obydwu rodzajów napięcia w jednym systemie. System sterujący pozwala nawet na kombinację sekwencji napięć, np. w pierwszej kolejności zastosowanie napięcia DAC i po nim bezpośrednio VLF 0,1 Hz.

Ponadto należy zauważyć, iż mając (+) pozytywne, jak i (–) negatywne źródło napięcia dla fazy ładowania, np. dla napięcia DAC + VLF kombinacja obu źródeł podczas próby napięciowej jest możliwa. Główną zaletą połączonych źródeł napięcia probierczego jest jego zastosowanie dla prób napięciowych nowych kabli SN, gdzie ogólnie zaleca się stosowanie napięcia zmiennego o stałej amplitudzie (którym jest tryb VLF cosinus) rekomendowany również przez polską normę SEP: N-SEP-E-004 (2014) [14].

Z drugiej strony, dla badań kabli będących już w eksploatacji zalecane jest napięcie niedestruktywne (o najmniejszym wpływie na zdrową część badanego kabla) o fali samogasnącej czyli napięcie oscylacyjne tłumione DAC o częstotliwości zbliżonej do częstotliwości sieciowej 50 Hz. W omawianym systemie obydwa źródła napięć są dostępne przełączając w oprogramowaniu odpowiedni tryb.

Istotne charakterystyki wnz

Wyładowania niezupełne są parametrem diagnostycznym umożliwiającym ocenę stanu kabla podczas diagnostyki „off-line” przy użyciu zewnętrznego, regulowanego źródła napięcia. Istnieją również systemy pozwalające na pomiar wnz podczas eksploatacji kabla tylko przy napięciu U₀ (nominalnym) podczas tzw. pomiarów „online”. Wiemy jednak, że jednym z najważniejszych parametrów oceny wnz jest napięcie zapłonu (PDIV – Partial Dischare Inception Voltage). Poziom tego napięcia daje nam informację o charakterze źródła wnz i odpowiedź na pytanie, czy wnz jest aktywne podczas napięcia eksploatacyjnego, czy też dużo wcześniej lub czy przy napięciu dużo wyższym.

Poza napięciem zapłonu wnz, następnym parametrem jest amplituda wnz mierzona w pC (pikokulombach), która daje bezpośrednio informację o ryzyku związanym z defektem emitującym wnz.

W celu porównania wartości absolutnych wnz, międzynarodowy standard IEC 60270 opisuje techniki pomiaru wnz i metodykę, jak wnz powinny być mierzone, aby spełniać wymieniony standard [6].

W opisywanym systemie TDS NT przy obu napięciach DAC jak i VLF pomiar wnz odbywa się zgodnie ze standardem IEC 60270.

Wartości bezwzględne wnz powierzchniowych lub ślizgowych są niższe niż np. wnz we wtrącinach gazowych, lub pustych przestrzeniach, tzw. poduszkach powietrznych w mufie kablowej.

Z drugiej strony jednak wnz powierzchniowe wewnątrz mufy kablowej doprowadzą szybciej do przebicia izolacji, ważne jest zatem określenie precyzyjnie poziomu napięcia zapłonu PDIV dla danego defektu, a dzięki czemu określić typ defektu.

Porównywalność napięcia zapłonu (PDIV) dla napięcia oscylacyjno-tłumionego DAC z napięciem AC 50/60 Hz, została udowodniona przez wiele publikacji [7, 8]. Ze względu na fakt, iż napięcie VLF 0,1 Hz cosinus korzysta z tego samego rodzaju fazy rezonansu podczas zmiany polaryzacji biegunów, to logicznym staje się fakt, że pomiar napięcia zapłonu wnz będzie również porównywalny z napięciem zapłonu do częstotliwości napięcia pracy, tj. 50 Hz. Poniższe przypadki, jak i publikacje [1, 4, 5, 6, 8, 9, 10] pokazują, że teza to jest prawidłowa (rys. 3.).

Oprócz pomiaru wnz w [pC] istotną funkcją systemu jest lokalizacja wnz na podstawie dwóch parametrów: prędkości propagacji impulsu wnz w kablu i czasu pomierzonego między pierwotnym impulsem rejestrowanym przez system i jego pierwszym odbiciem z końca kabla (Time Domian Reflectometry – TDR). Znając obydwa parametry system jest w stanie wyliczyć lokalizację źródła impulsu.

Oczywiście obróbka danych i analiza TDR odbywa się automatycznie, już podczas wykonywania pomiaru. Gdy tylko wnz zostaną zarejestrowane przez system, kształt, polaryzacja, poziom wyzwolenia, dyspersja są porównywane.

Głównym kryterium używanym przez algorytm użyty do parowania impulsów jest kryterium energii (porównanie energii przenoszonej przez impuls pierwotny i jego pierwsze odbicie). System również porównuje przebieg propagacji impulsu kalibracyjnego zarejestrowany przed wykonaniem pomiarów napięciowych.

Podczas tworzenia raportu końcowego istnieje możliwość manualnej korekty analizy TDR i dopasowania (sparowania) impulsów na podstawie np. doświadczenia i wiedzy operatora. Metodologię lokalizacji wnz przedstawia rys. 4.

Zakładając, że impuls wnz rozchodzi się na obydwa końce kabla po równe 50%. a prędkość propagacji jest znana dla poszczególnych typów izolacji kablowej, np. 84 ms dla kabla w izolacji polietylenowej, czasy t₁ i t₂ (rys. 5.) są wyliczane na podstawie poprawnego sparowania impulsu pierwotnego i jego odbicia z końca kabla.

Wpływ na propagację mają następujące czynniki: izolacja, liczba i jakość zainstalowanych muf kablowych, jakość uziemienia żyły powrotnej i wreszcie poziom i typ zakłóceń w miejscu pomiaru. Rys. 5. przedstawia zależności między prędkością i czasem między impulsami pierwotnym i odbitym dla pojedynczego źródła wnz w kablu.

Przeprowadzone badania

Badania porównawcze prezentowanych metod, wraz z innymi praktykowanymi badaniami diagnostycznymi kabli w eksploatacji, zostały przeprowadzone na 2 kablach średniego napięcia zasilających laboratoria: Zwarciowe Instytutu Elektroenergetyki Politechniki Warszawskiej i Wysokonapięciowe Instytutu ETiSIP.

Kable te, o długości niespełna 300 m i ok. 240 m zostały ułożone w ziemi, pod powierzchnią drogi wewnętrznej w roku 1974. Są to kable HAKFtA 3x95 mm², o izolacji papierowej nasyconej olejem. Kable te pracują w dość specyficznych warunkach. Cały czas są pod napięciem, ale przez zdecydowaną większość czasu nie są w ogóle obciążone.

Obciążenie występuje rzadko, jedynie podczas wykonywania badań w układach probierczych.

Obciążenie laboratorium zwarciowego jest impulsowe. Są to prądy na poziomie do 200 A, przeważnie poniżej 100 A, i w czasie poniżej 0,5 s, z częstotliwością co najwyżej kilku razy dziennie. Skutkiem tego jest niska temperatura pracy kabli niepowodująca ubytków syciwa, co potwierdzają znikome ubytki oleju w głowicy kablowej.

Pierwotnie kabel zasilający Laboratorium Zwarciowe przechodził przez inne, nieistniejące już laboratorium. W roku 2006 wraz z likwidacją tamtego laboratorium i modernizacją Laboratorium Zwarciowego, na badanym kablu zostały zainstalowane 2 mufy.

Na ok. 100 metrze kabla, licząc od strony Laboratorium Zwarciowego, została założona mufa kablowa zimnokurczliwa, która wraz z kablem znajduje się w ziemi. Natomiast w Laboratorium Zwarciowym wstawiono trzy 15-metrowe kable YaHAKXS 1x120 mm² w izolacji z polietylenu usieciowanego XLPE i połączono je żywiczną mufą kablową znajdującą się wewnątrz Laboratorium. Struktura tego kabla została zilustrowana na rys. 6. Na końcu kabla papierowo-olejowego zamontowana jest głowica końcowa wypełniona olejem, której zadaniem jest też nasączanie izolacji kabla.

Kabel zasilający Halę Wysokich Napięć był kilkukrotnie uszkadzany i naprawiany, czego skutkiem było kilka muf zainstalowanych w pobliżu hali. W roku 2014 kabel został odkryty na odcinku około 50 metrów w pobliżu Hali i wymieniony na kabel polietylenowy. Zastosowano trzy jednofazowe kable XRUHAKXS 1x120 mm². Połączenie kabla olejowego z wytłaczanym wykonano termokurczliwą mufą przejściową.

Wewnątrz samej hali WN zastosowano jeszcze 25-metrowy odcinek kabla YHAKXS 1x120 mm² umożliwiający wygodniejsze podłączenie systemu pomiarowego. Struktura tego kabla została zilustrowana na rys. 7.

Straty dielektryczne (tg δ)

Na kablu nr 1 przeprowadzono próby napięciowe AC, próby rezystancji izolacji, w tym R60/R15, pojemności kabla oraz tg d przy napięciach do 2´U₀ przy użyciu napięcia VLF 0,1 Hz sinus. Wszystkie te pomiary wykazały, że kabel jest sprawny i niezawilgocony. Posiada duży zapas w wartościach zmierzonych parametrów i może być dopuszczony do dalszej eksploatacji. Pomiary tg d oraz R60/R15 wykazały, że izolacja fazy L2 jest słabsza, ale mieści się w normach. Wyniki tych pomiarów zestawiono na rys. 8.

Badania wyładowań niezupełnych (wnz)

Dla obydwu kabli przeprowadzono dodatkowe badania z wykorzystaniem systemu do badania kabli TDS NT 40 pokazanego na rys. 9. Badania miały na celu porównanie metod VLF 0,1 Hz cosinus oraz DAC, a przy okazji dokładniejsze rozpoznanie stanu technicznego kabli.

Dodatkowym celem badań diagnostycznych kabli było porównanie dwóch różnych typów napięć i wyników pomiaru wnz przeprowadzonych przy tych napięciach.

W przypadku napięcia DAC procedura polega na stopniowym podnoszeniu wartości napięcia probierczego w ustalonych uprzednio krokach, np. 0,2xU0 do wartości maksymalnej. W tym przypadku 1,0xU0, a następnie 1,7xU0.

Dla obydwu najwyższych poziomów napięć probierczych zostało wykonanych 50 wyzwoleń fali oscylacyjno-tłumionej celem pomiaru wnz (rys. 10.).

W przypadku napięcia VLF 0,1 Hz CR napięcie probiercze również było podnoszone stopniowo co 0,2xU0 do wartości maksymalnej. W tym przypadku 1,0xU0, a następnie 1,7xU0. Dla obydwu najwyższych poziomów napięć probierczych zostało zarejestrowanych 50 zmian polaryzacji (przeładowań) z równoczesną detekcją wnz (rys. 11.).

Przeprowadzono następujące badania:

Kabel nr 1

• Testy na najsłabszej fazie L2 (dzień 1):
  - 50xDAC przy 1,0xU0 (wyniki jako L1),
  - 50xVLF przy 1,0xU0(wyniki jako L2),
  - 50xDAC przy 1,0xU0 (wyniki jako L3).
• Testy na najzdrowszej fazie L3 (dzień 2):
  - 50xDAC przy 1,7xU0 (wyniki jako L1),
  - 50xVLF przy 1,7xU0 (wyniki jako L2),
  - 50xVLF przy 1,7xU0 (wyniki jako L3).
• Testy napięciem DAC na wszystkich fazach L1, L2 i L3 (dzień 3):
  - 10xDAC przy 1,0xxU0 + 10xxDAC przy 1,7xU0 dla każdej fazy.

Kabel nr 2 (obniżone maksymalne napięcie probiercze ze względu na stan kabla)

• Testy na najsłabszej fazie L1 (dzień 1):
  - 50xDAC przy 1,0xU0 (wyniki jako L2),
  - 50xVLF przy 1,0xU0 (wyniki jako L3).

Interpretacja danych pomiarowych i wyników badań kabla nr 1

Pierwsze badania zostały przeprowadzone na fazie L2 i pokazane na rys. 12.

Ze względu na wiek kabla i najgorsze wyniki badań wstępnych zdecydowano się przeprowadzić próby przy napięciu nieprzekraczającym napięcia znamionowego. Napięcie zapłonu wyładowań niezupełnych wyniosło 0,9xU0. Odnotowano znaczną koncentrację wyładowań niezupełnych na 76 i 237 metrze kabla. Przy czym nie odnotowano istotnych różnic we wskazaniach podczas pomiarów metodą DAC i VLF.

76 metr kabla wypada w miejscu ostrego zakrętu kabla, który na starych schematach tej instalacji został zaznaczony jako istotny detal zagięcia kabla na małej odległości.

Z kolei osłabienie kabla na 240 metrze zostało zidentyfikowane przez ekipę zajmującą się eksploatacją sieci energetycznej PW jako miejsce, w którym przed laty odnotowano uszkodzenie kabla podczas prac budowlanych. Zapewne w tym miejscu jest naruszony pancerz kabla albo jest zainstalowana mufa. Kolejne badania przeprowadzono na fazie L3, która w badaniach wstępnych wykazała najlepsze parametry, czyli została zidentyfikowana jako najzdrowsza. Badania te zostały przeprowadzone w kolejnym dniu, w podobnych warunkach atmosferycznych i zostały przedstawione na rys. 13.

Napięcie zapłonu wnz wyniosło również 0,9xU0, przy czym przy napięciu 1,0xU0 odnotowano mniejszą intensywność wnz niż w dniu poprzednim.

Zdecydowano się podnieść napięcie prób do wartości 1,7xU0. W takich warunkach zaobserwowano koncentrację wyładowań niezupełnych na 201 m kabla oraz dużą intensywność wyładowań niezupełnych rozproszonych pomiędzy początkiem kabla i mufą na 105 metrze.

Wyładowania w okolicy 200 metra pojawiły się podczas drugiej serii prób, która miała miejsce bezpośrednio po pierwszej serii prób. Zarówno pierwsza seria prób, jak i 3, którą wykonano po kilkunastominutowej przerwie nie wykazały wnz w okolicy 200 metra. Może to wskazywać rozwój wyładowań w tym miejscu na skutek długotrwałej obecności podwyższonego napięcia z pierwszej i drugiej serii prób oraz późniejszą regenerację izolacji papierowo-olejowej w tym miejscu.

Rozproszone wyładowania niezupełne na odcinku pomiędzy mufami wskazują, że układ izolacyjny w tym miejscu jest osłabiony. Przyczyną tego stanu jest brak możliwości uzupełniania syciwa tego odcinka kabla wskutek odcięcia go mufą od głowicy olejowej.

Poziom wyładowań niezupełnych wynoszący do 8 nC dla starych kabli w izolacji papierowo-olejowej jest akceptowalny (ocena na podstawie doświadczeń użytkowników systemów VLF i DAC).

W trzecim dniu prób przeprowadzono badania napięciem oscylacyjno-tłumionym DAC o wartości do 1,7xU0 na wszystkich trzech fazach. Wyniki badań pokazane na rys. 14. i rys. 15. przedstawiają rozkład wnz zarejestrowanych dla napięć do 1,0xU0 (rys. 14.) oraz do 1,7xU0 (rys. 15.). Badania te potwierdziły wcześniejsze obserwacje dokonane przy użyciu głównie metody badań VLF. Zaobserwowano wyraźną koncentrację wnz na 240 m kabla, czyli w miejscu naruszenia kabla podczas prac budowlanych oraz rozproszone wyładowania niezupełne na odcinku kabla papierowo-olejowego pomiędzy mufami, czyli tam, gdzie nie może być uzupełniane syciwo z głowicy kablowej.

Na rys. 16. przedstawiono przykładowe obrazy analizy TDR- lokalizacji uszkodzeń, gdzie kursorami (czarne pionowe linie) oznaczone są: impuls pierwotny i jego pierwsze odbicie z końca kabla.

Kolorem fioletowym oznaczony jest obraz kalibracji z widocznym odbiciem na końcu kabla.

Interpretacja danych pomiarowych i wyników badań kabla nr 2

Również dla kabla nr 2 postanowiono nie przekraczać napięcia znamionowego, aby uniknąć przebicia zestarzałej części izolacji kablowej.

Stopniowe podnoszenie napięcia probierczego dla badanej fazy L1 pokazało, iż napięcie zapłonu wnz (PDIV) oscyluje w przedziale 0,7–0,8xU0 zarówno dla napięcia DAC, jak i VLF (rys. 17. i rys. 18.).

Poniżej przedstawione są wyniki dla napięcia PDIV i 1,0xU₀, gdzie koncentracja wnz została zlokalizowana w jednym miejscu, ok. 92 m, liczone od miejsca instalacji systemu pomiarowego (rys. 19. i rys. 20.).

Na podstawie wykonanych prób można wywnioskować, że badany kabel nie jest wolny od wewnętrznych wnz. Poziom zapłonu jest taki sam dla napięcia probierczego DAC, jak i VLF i jest niższy niż napięcie nominalne U0 = 8,6 kV, a zatem wnz są widoczne podczas eksploatacji kabla w warunkach sieciowych.

Główna koncentracja źródeł wnz występuje na ok. 81–95 metrze (liczone od miejsca podłączenia systemu) i jest to odcinek w izolacji papierowej. Relatywnie niska amplituda wnz przy napięciu zapłonu wzrasta gwałtownie do wartości 30 000 pC [30 nC] przy podniesieniu napięcia probierczego o tylko 0,2xU0, co może być objawem poważnego uszkodzenia izolacji, np. mechaniczne uszkodzenie podczas poprzednich napraw.

Ciekawym faktem jest również występowanie wnz tylko w jednym miejscu, tj. ok. 10 m kabla papierowego. Pozostała część kabla, jak i głowice kablowe nie wykazują żadnych objawów starzenia w formie aktywności wnz.

Podsumowanie

Standardowe testy kabli (próby napięciowe, rezystancja izolacji, współczynnik absorbcji, tg δ) dostarczają jedynie informacji o ogólnym stanie kabla.

Pomiar wyładowań niezupełnych w kablu niesie w sobie dodatkowe informacje o lokalnych osłabieniach izolacji. Osłabienia te mogą być skutkiem mechanicznych uszkodzeń kabla lub wynikać z procesu starzenia izolacji, lub być wynikiem nieumiejętnego montażu.

W tym artykule przedstawiono doświadczenia z badań diagnostycznych wykonanych na kablach będących już w eksploatacji jak i ogólną metodologię wykonania badań diagnostycznych dla napięcia DAC jak i VLF.

Wnioski dla poszczególnych kabli są następujące:

• Kabel nr 1 -
  Przeprowadzone badania z pomiarem wyładowań niezupełnych wskazały dwa punktowe miejsca, gdzie izolacja kabla jest osłabiona i mogą w niej występować defekty:
  - 240 m z punktowym wzrostem wnz kojarzony i zidentyfikowany jako uszkodzenie kabla podczas prac budowlanych przed laty,
  - 200 m z punktowym wzrostem wnz.
  Miejsce to nie pojawiło się podczas pierwszego dnia prób. Ujawniło się podczas drugiego dnia prób z napięciem 1,7xU₀, jak i trzeciego dnia prób.
  Najprawdopodobniej defekt ten jest zależny od napięcia probierczego i „potrzebował” spolaryzować się przy zwiększonej intensywności pola elektrycznego.
  Defekt ten nie powinien być widoczny podczas normalnej eksploatacji kabla przy napięciu U₀, gdyż jego napięcie zapłonu jest dużo wyższe. Nie powinien być zagrożeniem dla tego kabla.
  Dodatkowo zaobserwowano rozproszoną aktywność wnz: odcinek kabla olejowego pomiędzy mufami ze zwiększonym poziomem wnz związany najprawdopodobniej z ubytkiem syciwa i brakiem możliwości jego uzupełniana w związku z istnieniem muf.
  Są to typowe objawy wysuszenia izolacji papierowej i powolnej jej degradacji spowodowanej głównie rozkładem celulozy i jej pochodnych, tj. wody i tlenu.
• Kabel nr 2 -
  Przeprowadzone badania z pomiarem wyładowań niezupełnych wskazały jedno miejsce, gdzie izolacja kabla jest osłabiona i mogą w niej występować defekty.
  Przy napięciu zapłonu wnz widać rozproszenie źródeł wnz na odcinku ok. 10 m, jednak wraz ze wzrostem napięcia probierczego do 1,0xU₀ koncentracja wnz zawęża się do 93 m.
  Analiza ręczna zarejestrowanych wnz potwierdzała automatyczną analizę wykonaną przez system pomiarowy podczas pomiaru.

Wiadomo powszechnie, iż kable w izolacji polietylenowej są dużo mniej odporne na aktywność wnz. Wartości mierzone dla kabli „papierowych” nie byłyby możliwe do zaakceptowania dla kabli polietylenowych w przedstawionych warunkach, chociaż jak wiadomo brak jest jakichkolwiek normatyw dotyczących granicznych poziomów wnz.

Analizy amplitud wnz odbywają się bazując na doświadczeniu i wiedzy pomiarowca. Odnosząc się do wyników opisanych wyżej metody DAC i VLF 0,1Hz CR wydają się podobnie czułe. Zmierzone napięcia zapłonu (ang. PDIV) są na tym samym poziomie dla zaobserwowanych defektów, w opisanych odcinkach kablowych.

Amplituda wnz pomierzona dla napięcia DAC i VLF również jest w podobnym przedziale w [pC].

Warto podkreślić fakt, iż w przypadku kabli starych będących w eksploatacji już przez 20, 30 lub więcej lat okresowe badania diagnostyczne są zalecane, aby monitorować trend zmian aktywności wnz. Takie badania mogą być użyteczne przy okazji planowanych modernizacji sieci lub określenia możliwości przyłączeniowych dla dodatkowych obciążeń systemu kablowego.

System TDS NT 40 w chwili obecnej jest dostępny w dwóch wariantach 40 i 60, co oznacza maksymalną wartość napięcia wyjściowego w [kV]. Warto wspomnieć, że system TDS NT może również współpracować z napięciem VLF Sinus 0,1 Hz.

Firma Megger ma w ofercie szereg urządzeń do diagnostyki kabli SN, jak i WN, i bogate doświadczenie w wykonywaniu usług diagnostycznych jak i prób odbiorczych kabli energetycznych. Firma Megger rekomenduje w przypadkach kabli opisanych jak wyżej (napięcie zapłonu wnz poniżej napięcia U0) regularne pomiary co 1 rok lub 2 lata, aby uniknąć awarii kabla podczas eksploatacji przez monitoring wzrostu amplitudy wnz i charakterystyki napięcia zapłonu (PDIV). W tym szczególnym przypadku obydwa kable nie są eksploatowane w sposób ciągły, a ich obciążenie jest praktycznie równe zero. Z tego powodu też zaleca się przeprowadzenie następnych pomiarów diagnostycznych za 3 lata.

W przypadku kabli nowych w izolacji polietylenowej zaleca się wykonanie monitorowanej próby napięciowej i uzyskanie przez kabel tzw. „PD finger print” ang. odcisk palca wnz. Jest to informacja która może stanowić referencje dla późniejszych pomiarów eksploatacyjnych i ułatwić ocenę degradacji izolacji na przestrzeni lat.

* * *

W uzupełnieniu publikujemy zapowiedziane w papierowym wydaniu niniejszego artykułu tabele z parametrami technicznymi systemu TDS NT (źródło napięcia) - tab. 1. i detektora wyładowań niezupełnych (wnz) - tab. 2.

Literatura:

1. HT. Putter D. Goetz, D. Salathe N. Parton (Megger) “New methods for offline PD Diagnosis on MV cable systems” GCC POWER 2014 10-12 November, Bahrain.
2. H.T. Putter, D. Götz, F. Petzold and S. Böttcher, “WEB Database for the Evaluation of PD Measurements on MV Cable Systems,” CMD, Bali, 2012
3. IEEE Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency (VLF) (less than 1Hz), IEEE Std. 400.2-2013, May.2013.
4. H.T. Putter, D. Götz, F. Petzold and H. Oetjen, “The evolution of VLF Testing Technologies over the past tow decades,” IEEE PES T and D conference, Orlando, May. 2012
5. F. Petzold, H.T. Putter and D. Götz, "Combination of VLF and Resonance Principle for Withstand Testing of long Cable Length," unpublished, presented at IEEE / PES ICC Meeting Sub F, Pittsburgh, USA, May 2013.
6. D. Götz, F. Petzold, H.T. Putter, “Zustandsbestimmung und Qualitätskontrolle von Montage an Mittelspannungskablen unter dem Aspekt zunehmend großer Kabellängen,“ VDE ETG Fachtagung Diagnostik elektrischer Betriebsmittel, Germany, Fulda, November 2012.
7. IEC 60270 High-voltage test techniques – Partial discharge measurements, IEC Std. 60270-2000, 2000.
8. F.J. Wester, "Condition Assessment of Power Cables using Partial Discharge Diagnosis at Damped AC Voltages,” Ph.D. dissertation, Univ. Delft, Netherlands, 2004
9. F.J. Wester, E. Gulski and J.J. Smit, “Detection of Partial Discharges at Different AC Voltage Stresses in Power Cables,” IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 23, No. 4, July 2007
10. H. Putter, D. Götz, F. Petzold, M. Stephan, „Einfluss der Prüfspannungsform auf das TE-Verhalten typischer Fehlstellen in Mittelspannungsgarnituren,“ VDE ETG Fachtagung Grenzflächen in elektrischen Isoliersystemen, Germany, Dresden, November 2013.
11. D. Pepper, „Grundlagenuntersuchung zum Teilentladungsverhalten in kunststoffisolierten Mittelspannungskabeln bei Prüfspannungen mit variabler Frequenz und Kurvenform,“ Ph D. dissertation, Technical Univ. Berlin, Germany, 2003.
12. PN-HD 620 S2 2010 "Kable elektroenergetyczne o izolacji wytłaczanej na napięcia znamionowe od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV włącznie"
13. PN-HD 621 S1:2003 "Kable elektroenergetyczne średniego napięcia o izolacji papierowej przesyconej”
14. Norma N-SEP E 004 -2014 „Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa”
15. Cichecki, P.; Jongen, R.; Gulski, E.; Smit, J.J.; Quak, B.; Petzold, F.; Vries, F.” Statistical approach in power cables diagnostic data analysis” Dielectrics and Electrical Insulation, IEEE Transactions on Year: 2008, Volume: 15, Issue: 6 Pages: 1559 - 1569,
16. Gulski, E.; Cichecki, P.; Wester, Frank; Smit, J.J.; Bodega, R.; Hermans, T.; Seitz, P.P.; Quak, B.; Vries, F.” On-site testing and PD diagnosis of high voltage power cables” Dielectrics and Electrical Insulation, IEEE Transactions on Year: 2008, Volume: 15, Issue: 6 Pages: 1691 - 1700, DOI: 10.1109/TDEI.2008.4712673,
17. Cichecki, P.; Onderwater, L.P.A.; Gulski, E.; Smit, J.J.; Seitz, P.P.; de Vries, F.” On-site application of dielectric response diagnosis on service aged oil-impregnated HV power cables” Condition Monitoring and Diagnosis, 2008. CMD 2008. International Conference on Year: 2008 Pages: 1136 - 1140,
18. Cichecki, P.; Gulski, E.; Smit, J.J.; Chmura, L.; Jongen, R.” On-site diagnosis of XLPE transmission power cables with Damped AC technique” Electrical Insulation (ISEI), Conference Record of the 2010 IEEE International Symposium on Year: 2010, Pages: 1-5 

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!