1

Diagnostyka w elektroenergetyce

Diagnostyka w elektroenergetyce

Wykład II

Wykład II

Diagnostyka urządzeń

Diagnostyka urządzeń

i narażenia eksploatacyjne

i narażenia eksploatacyjne

dr inż. Paweł Zydroń

dr inż. Paweł Zydroń

AGH, Kraków

AGH, Kraków

Plan wykładu

1.

1.

Diagnostyka techniczna

Diagnostyka techniczna

–

–

pojęcia

pojęcia

i definicje

i definicje

2. Rodzaje badań

2. Rodzaje badań

3. Parametry diagnostyczne

3. Parametry diagnostyczne

4.

4.

Narażenia eksploatacyjne

Narażenia eksploatacyjne

5. Napięcia probiercze i testowe

5. Napięcia probiercze i testowe

Diagnostyka techniczna urządzeń

elektrycznych – pojęcia i definicje

„

„

Diagnostyka techniczna

Diagnostyka techniczna

–

–

dziedzina wiedzy dotycząca

dziedzina wiedzy dotycząca

całokształtu zagadnień teoretycznych i praktycznych

całokształtu zagadnień teoretycznych i praktycznych

związanych z obiektami technicznymi, obserwowanymi

związanych z obiektami technicznymi, obserwowanymi

w otoczeniu i warunkach, w jakich się znajdują, w celu

w otoczeniu i warunkach, w jakich się znajdują, w celu

rozpoznania i identyfikacji ich stanu.

rozpoznania i identyfikacji ich stanu.

„

„

Działalność diagnostyczna

Działalność diagnostyczna

–

–

obejmuje opracowanie

obejmuje opracowanie

metod diagnostycznych, przygotowanie, i realizację

metod diagnostycznych, przygotowanie, i realizację

procesu diagnozowania,

procesu diagnozowania,

weyfikacje

weyfikacje

metod oraz

metod oraz

opraco

opraco

-

-

wanie

wanie

genezy (przeszłość), diagnozy (stan dzisiejszy)

genezy (przeszłość), diagnozy (stan dzisiejszy)

i prognozy (spodziewana przyszłość).

i prognozy (spodziewana przyszłość).

Diagnostyka techniczna urządzeń

elektrycznych – pojęcia i definicje

„

„

Proces diagnozowania

Proces diagnozowania

–

–

ciąg działań zawierający

ciąg działań zawierający

badania i wnioskowanie diagnostyczne w celu

badania i wnioskowanie diagnostyczne w celu

sformułowania diagnozy opartej na interpretacji

sformułowania diagnozy opartej na interpretacji

symptomów diagnostycznych.

symptomów diagnostycznych.

„

„

Symptom diagnostyczny

Symptom diagnostyczny

–

–

informacja (

informacja (

np

np

. pomiarowa)

. pomiarowa)

pozwalająca wnioskować o właściwości obserwowanego

pozwalająca wnioskować o właściwości obserwowanego

obiektu technicznego.

obiektu technicznego.

Etapy procesu diagnozowania

TECHNIKA

metody pomiaru,

aparatura, oprzyrządowanie

WIEDZA TEORETYCZNA I

właściwości materiałów, zjawiska fizykalne,
procesy przemian strukturalnych, symptomy
degradacji i starzenia (np. układów izolacyjnych)

WIEDZA TEORETYCZNA II

Zasady i procedury wnioskowania,

metody selekcji, dopasowanie wzorców

DIAGNOZA

„

„

Z reguły podczas badań okresowych

Z reguły podczas badań okresowych

wykonywane są badania podstawowe.

wykonywane są badania podstawowe.

W przypadku wątpliwości lub przy

W przypadku wątpliwości lub przy

diagno

diagno

-

-

zowaniu

zowaniu

urządzeń o dużym znaczeniu

urządzeń o dużym znaczeniu

tech

tech

-

-

nicznym

nicznym

i ekonomicznym wykonywane są

i ekonomicznym wykonywane są

badania kompleksowe (rozszerzone).

badania kompleksowe (rozszerzone).

2

Rodzaje badań

„

„

konstruktorskie;

konstruktorskie;

„

„

fabryczne (w czasie i po produkcji)

fabryczne (w czasie i po produkcji)

–

–

w tym

w tym

badania typu

badania typu

i

i

badania wyrobu

badania wyrobu

;

;

„

„

pomontażowe

pomontażowe

;

;

„

„

eksploatacyjne;

eksploatacyjne;

„

„

poremontowe.

poremontowe.

Badania konstruktorskie – dotyczą urządzeń nowo-
projektowanych, mogą to być badania niestandardowe,
wykonywane w nietypowych warunkach i przy zasto-
sowaniu specyficznych, wysokospecjalizowanych
metod pomiarowych i badawczych

Badania fabryczne – najczęściej są to poprodukcyjne
odbiory przemysłowe, mające na celu potwierdzenie:

– możliwości przekazania urządzenia do eksploatacji,

– spełnienia norm i wymagań specyfikacji technicznej.

Rodzaje badań po produkcji

Próby typu – wykonywane są na prototypach oraz
urządzeniach, w których nastąpiły zmiany konstrukcyjne.
Są to z reguły badania o szerokim zakresie, których
wyniki są podstawą do oceny konstrukcji urządzenia.

Próby wyrobu – wykonywane są na wszystkich
wyprodukowanych urządzeniach. Są to z reguły badania
podstawowe, których wyniki są podstawą do oceny
jakości jednostkowej każdego z badanych urządzeń.

Badania eksploatacyjne – wykonywane w miejscu
zainstalowania urządzenia, w czasie jego eksploatacji.
Mogą to być badania typu:
– on-line tzn. wykonywane na urządzeniu pracującym
– off-line tzn. na urządzeniu wyłączonym z ruchu.
Ich celem jest ocena stanu technicznego urządzenia
oraz stwierdzenie możliwości dalszej jego pracy.

Badania pomontażowe – wykonywane w miejscu
zainstalowania urządzenia przed jego oddaniem do
eksploatacji. Ich celem jest weryfikacja jakości
technicznej wykonanych robót montażowych oraz
pracy urządzeń w czasie ruchu próbnego lub podczas
eksploatacji wstępnej.

Badania poremontowe – w zależności od miejsca ich
wykonywania mogą mieć różny zakres i charakter.
Z reguły są to badania bardziej szczegółowe od
rutynowych badań eksploatacyjnych.

Parametry diagnostycznie istotne

Z reguły stan badanego urządzenia jest charakteryzowany

Z reguły stan badanego urządzenia jest charakteryzowany

pewną liczbą

pewną liczbą

parametrów

parametrów

opartych na pomiarze

opartych na pomiarze

wybranych wielkości fizycznych lub chemicznych.

wybranych wielkości fizycznych lub chemicznych.

Parametry te mogą posiadać różny stopień wrażliwości na

Parametry te mogą posiadać różny stopień wrażliwości na

zmiany jego własności.

zmiany jego własności.

Sposób zdefiniowania

Sposób zdefiniowania

i

i

wyboru

wyboru

parametrów

parametrów

uznawanych za

uznawanych za

diagnostycznie istotne

diagnostycznie istotne

wpływa więc zasadniczo na

wpływa więc zasadniczo na

poprawność i wiarygodność formułowanej oceny końcowej.

poprawność i wiarygodność formułowanej oceny końcowej.

Wydaje się, że im więcej parametrów wykorzystuje się

Wydaje się, że im więcej parametrów wykorzystuje się

w opisie stanu urządzenia tym pełniejsza jest jego

w opisie stanu urządzenia tym pełniejsza jest jego

charakterystyka.

charakterystyka.

3

Pozyskiwanie parametrów diagnostycznych

„

„

Bardzo często wyznaczane parametry diagnostyczne są

Bardzo często wyznaczane parametry diagnostyczne są

wzajemnie zależne, co sprawia, że ilość uzyskiwanej

wzajemnie zależne, co sprawia, że ilość uzyskiwanej

efektywnie informacji jest dużo niższa niż wstępnie

efektywnie informacji jest dużo niższa niż wstępnie

zakładana.

zakładana.

„

„

Z tego powodu należy stosować techniki pozwalające

Z tego powodu należy stosować techniki pozwalające

na zwiększenie wiarygodności diagnozy;

na zwiększenie wiarygodności diagnozy;

„

„

Jednym z rozwiązań tego problemu jest stosowanie

Jednym z rozwiązań tego problemu jest stosowanie

metod komplementarnych oraz celowa nadmiarowość

metod komplementarnych oraz celowa nadmiarowość

(

(

redundancja

redundancja

) pozyskiwanych danych pomiarowych.

) pozyskiwanych danych pomiarowych.

Pozyskiwanie parametrów diagnostycznych cd.

Bazując na dostępnej wiedzy należy dążyć do takiego doboru

Bazując na dostępnej wiedzy należy dążyć do takiego doboru

cech opisowych, aby stanowiły jak najwierniejszą

cech opisowych, aby stanowiły jak najwierniejszą

sygnaturę

sygnaturę

stanu badanego obiektu (procesu). Równocześnie, biorąc pod

stanu badanego obiektu (procesu). Równocześnie, biorąc pod

uwagę:

uwagę:

–

–

niepożądane czynniki zewnętrzne,

niepożądane czynniki zewnętrzne,

–

–

stochastyczny charakter wielkości mierzonych,

stochastyczny charakter wielkości mierzonych,

–

–

dokładności metod

dokładności metod

i

i

przyrządów

przyrządów

stosowanie

stosowanie

redundancji

redundancji

parametrów opisowych, polegającej na

parametrów opisowych, polegającej na

celowym wykorzystaniu wielu parametrów częściowo

celowym wykorzystaniu wielu parametrów częściowo

zależnych, może być działaniem właściwym, pozwalającym na

zależnych, może być działaniem właściwym, pozwalającym na

dodatkową weryfikację uzyskiwanych wyników i zwiększenie

dodatkową weryfikację uzyskiwanych wyników i zwiększenie

wiarygodności końcowej diagnozy.

wiarygodności końcowej diagnozy.

Dobór metod i narzędzi

Zastosowana metoda diagnostyczna powinna:

– być adekwatna do typu badanego obiektu

oraz rodzaju występującego defektu

oraz

– uwzględniać właściwości i charakterystykę

materiałów konstrukcyjnych.

Dobór metod i narzędzi cd.

Narażenia eksploatacyjne

Podstawową grupę narażeń stanowią

narażenia z grupy

TEAM:

– thermal (termiczne)

– electrical (elektryczne)

– ambient (środowiskowe)

– mechanical (mechaniczne)

Narażenia napięciowe

- napięcia przemienne AC 50/60 Hz,

- napięcia udarowe piorunowe,

- napięcia udarowe łączeniowe,

- napięcia oscylacyjne i rezonansowe,

- bardzo szybkie oscylacje VFT,

- napięcia impulsowe typu PWM,

- napięcia stałe DC.

4

Napięcia probiercze i testowe

Podczas badań układów izolacyjnych wysokiego

napięcia stosowane są napięcia probiercze:

– przemienne AC;
– udarowe LI i SI;
– stałe DC;
– stałe DC stopniowane;
– specjalne np. VLF, OW.

Napięcia przemienne AC

Najczęstszą próbą przy napięciu przemiennym AC jest

tzw. test krótkotrwały napięciem o częstotliwości

50(60)Hz i odpowiednio dobranej wartości.

Dla napięć przemiennych podstawową wielkością

mierzoną jest wartość skuteczna:

∫

=

T

RMS

dt

t

u

T

U

0

2

)

(

1

Napięcia przemienne AC

Izolacja jest jednak poddawana najwyższym

narażeniom przy napięciu szczytowym!!!

Z tego powodu w czasie badań wytrzymałości

elektrycznej izolacji istotnym jest określenie wartości

szczytowej napięcia (Upeak value)

lub

wartości międzyszczytowej (Upeak-to-peak value)

Transformator probierczy

150kV
70kVA

Kaskada transformatorowa
– układ z uzwojeniami

wiążącymi

TP 110

TP 110

~

R

zab

Kaskada
transformatorowa
z uzwojeniami
wiążącymi

1500kV/1.2A
60Hz

5

Wytwarzanie napięć probierczych

w warunkach polowych

W przypadku badań wykonywanych na obiektach,
w miejscu ich zainstalowania konieczne jest stosowanie
metod i urządzeń przenośnych (przewoźnych).
Ze względu na duże pojemności kabli, to szczególnie
one stwarzają konieczność użycia źródeł zasilania
o odpowiedniej konstrukcji i parametrach.
Obecnie stosownych jest wiele rozwiązań technicznych.

Przewoźne rezonansowe zespoły probiercze

Napięcia stałe DC

Dawniej napięcia stałe były stosowane jedynie podczas
prób napięciowych obiektów o dużych pojemnościach
(np. kabli). Obecnie ważną grupę badanych obiektów
stanowią urządzenia HVDC, dla których próba napięciem
stałym jest czynnością rutynową.

Wielkością mierzoną jest wartość średnia napięcia:

Parametrem dodatkowym jest wielkość tętnień (max. 3%).

∫

=

T

dt

t

u

T

U

0

)

(

1

Testery DC („kenotrony”)

Napięcia stałe DC stopniowane

U [kV]

czas t [s]

6

Napięcia udarowe piorunowe LI

Napięcia udarowe piorunowe LI odwzorowują narażenia
wywołane przepięciami związanymi z oddziaływaniem
wyładowań atmosferycznych. Cechuje je duża stromość
narastania oraz stosunkowo krótki czas działania.

Podstawowymi parametrami opisowymi są:

♦biegunowość udaru;
♦ wartość szczytowa napięcia;

♦ czas narastania czoła;
♦ czas opadania do połowy wartości szczytowej.

Napięcia udarowe łączeniowe SI

Napięcia udarowe łączeniowe SI odwzorowują narażenia
wywołane przepięciami powstającymi na skutek operacji
łączeniowych. Cechują je dłuższe narastanie czoła
oraz dłuższe czasy opadania (grzbietu) w stosunku do
udarów piorunowych.

Podstawowymi parametrami opisowymi są:

♦biegunowość udaru;
♦ wartość szczytowa napięcia;

♦ czas narastania czoła;
♦ czas opadania do połowy wartości szczytowej.

Generator wielostopniowy 1000kV

System rejestracji udarów napięciowych

TR-AS (Dr Strauss)

Całkowita nieliniowość charakterystyki

przetwarzania

Napięcia wolnozmienne VLF

Próbą alternatywną względem prób AC/DC - wykonywaną
na obiektach o dużych pojemnościach, pracujących przy
napięciu przemiennym - jest próba napięciem wolno-
zmiennym VLF. Jest ona obecnie częściej wykonywana ze
względu na dostępność nowej aparatury pomiarowej.

Podstawowymi parametrami opisowymi są:

♦ kształt napięcia;
♦ częstotliwość (z reguły 0.1Hz, .. a nawet niższa!);

♦ wartość szczytowa napięcia.

7

Źródła napięć wolnozmiennych

Jednym z kierunków badań w diagnostyce układów izolacyj-
nych są próby napięciowe i pomiary wyładowań niezupełnych
przy napięciu przemiennym o niskiej częstotliwości – zazwyczaj
0,1 Hz. Zastosowanie napięcia o tej częstotliwości umożliwia
wykonywanie badań na obiektach o dużych pojemnościach,
w miejscach ich zainstalowania. Np. stosując napięcia o takiej
samej wartości przy częstotliwości 0,1 Hz następuje ok. 500-
krotne zmniejszenie obciążenia w stosunku do obciążenia przy
częstotliwości 50 Hz. Uwzględniając wymagania norm na próby
napięciowe kabli elektroenergetycznych, dla których stosowane
jest napięcie 2U przy częstotliwości 50 Hz i 3U przy
częstotliwości 0,1 Hz (U - napięcie fazowe kabla), współczynnik
zmniejszenia wymaganej mocy jest niższy i wynosi 222.

Technika VLF

System frida firmy BAUR

Parametry techniczne:

- kształt napięcia: true sinus

prostokąt

- częstotliwość 0,01

÷ 0,1 Hz

- napięcie max. 23kV AC

30 kV DC

- moc wyjściowa: 300 W

Obciążalność systemu frida

System Baur
VLF 20/28

Obciążalność systemu VLF 20/28

Napięcia specjalne

W ostatnich latach wprowadzono do praktyki
diagnostycznej nowe metody badań układów
izolacyjnych wysokiego napięcia, stosujące
napięcia probiercze o niestandardowych kształ-
tach. Wśród napięć tych wymienić można
między innymi: napięcia przejściowe jedno-
biegunowe czy też napięcia o charakterze
oscylacji tłumionej.

8

System OWTS

Wytwarzanie napięcia

w systemie OWTS

Specjalne napięcia jednobiegunowe

Podczas prób na kablach stosowane są
impulsy napięciowe o takich warto–
ściach czasów narastania i opadania, aby
stworzyć zbliżone warunki narażeń jak
dla napięcia przemiennego 50 Hz np.
czas narastania 5 ms i czas opadania 50
ms lub czas narastania 10 s i czas
opadania 10 ms są . Generowane są
zarówno impulsy o biegunowości
dodatniej, jak i ujemnej, a rejestracji
podlegają powstające w wyniku narażenia
impulsy wyładowań.

System CDA (Lemke Diagnostic)

System CDA – kształt napięcia

Wartości napięć probierczych

Grupa II urządzeń

U

m

> 245kV

napięcia udarowe

piorunowe

Grupa I urządzeń

1kV < U

m

≤ 245kV

napięcia

przemienne
napięcia udarowe

piorunowe

udary

łączeniowe