Na czym polegają badania przy częstotliwości 1 Hz: Nauka w służbie oceny stanu izolacji
W urządzeniach elektrycznych wysokiego napięcia (WN) najważniejsza jest integralność izolacji.
Aby ocenić stan izolacji, inżynierowie od dziesięcioleci wyznaczają współczynnik strat z użyciem częstotliwości linii (LF DF). Okazuje się jednak, że uzupełnienie tej tradycyjnej metody o badania przy częstotliwości 1 Hz umożliwia bardziej kompleksową i dokładną ocenę.
Przyjrzyjmy się teorii stojącej za tym innowacyjnym podejściem.
Charakterystyka częstotliwościowa dielektryczna
Aby zrozumieć, na czym polegają badania przy częstotliwości 1 Hz, trzeba najpierw dowiedzieć się, czym jest charakterystyka dielektryczna.
Doprowadzenie sygnału sinusoidalnego do izolacji pozwala mierzyć różne właściwości dielektryczne, w tym pojemność, przenikalność elektryczną zespoloną i przewodność.
Całkowita gęstość prądu ma dwie składowe:
- Jedną w fazie z działającym polem (składowa rezystancyjna)
- Jedną pod kątem wyprzedzenia 90° względem działającego pola (składowa pojemnościowa)
Pomiary te zapewniają cenne informacje na temat stanu izolacji, nie powodując jej uszkodzeń.
Podczas oceny stanu izolacji szczególnie istotny jest stosunek składowej urojonej do składowej rzeczywistej przenikalności elektrycznej zespolonejε ̂, nazywany współczynnikiem strat lub wartością tan delta (δ).
ε ̂=ε^' (ω)-iε"(ω)
tanδ (ω)=(ε" (ω) )/(ε^' (ω) )
Temperatura ma znaczenie: równanie Arrheniusa
Niestety pomiary wartości tan delta są zależne od temperatury, a jednym z wyzwań związanych z oceną stanu izolacji są zmiany temperatury.
Równanie Arrheniusa pokazuje wpływ temperatury na charakterystykę dielektryczną:
L=ln(f_2 )-ln(f_1)=-E_a/κ_B (1/T_2 -1/T_1 )
gdzie Ea jest energią aktywacji, kB jest stałą Boltzmanna, a T jest temperaturą w kelwinach.
Korzystając z tego równania, można znormalizować pomiary do temperatury odniesienia (zwykle 20°C). Korekcja ta ma kluczowe znaczenie dla dokładności porównania w czasie lub między różnymi badanymi elementami.
Na rysunku 1 przedstawiono wpływ temperatury na próbkę papieru impregnowanego olejem (OIP).
Wyznaczanie współczynnika strat prądu o częstotliwości linii: metoda tradycyjna
Ocena stanu izolacji polega najczęściej na badaniach DF przeprowadzanych przy częstotliwości linii 50 lub 60 Hz.
Chociaż metoda ta jest przydatna, wiąże się z pewnymi ograniczeniami. Wartości DF o częstotliwości linii mogą czasami pozostawać stabilne nawet wtedy, gdy izolacja ulega degradacji, co oznacza, że wyniki badania nie ujawniają wczesnych oznak problemów.
Ponadto, jak już wspomniano, wyniki są w dużym stopniu zależne od temperatury, w związku z czym ich właściwa interpretacja bez odpowiedniej korekcji temperaturowej jest trudna.
Badania przy częstotliwości 1 Hz: metoda uzupełniająca
Pomiar współczynnika strat przy częstotliwości 1 Hz i częstotliwości linii zapewnia kilka korzyści:
1. Większa czułość: pomiary przy częstotliwości 1 Hz są do dziesięciu razy bardziej czułe na zmiany stanu izolacji niż badania LF.
2. Wykrywanie nieprawidłowości na wczesnym etapie: przy użyciu pomiarów 1 Hz często można zidentyfikować problemy, które mogą pozostać niezauważone po wykonaniu jedynie badań DF przy częstotliwości linii.
3. Natychmiastowa interpretacja wyników: wyniki badań przy częstotliwości 1 Hz są często łatwiejsze do interpretacji, ponieważ nie ma potrzeby określania długoterminowych trendów.
Koncepcja częstotliwości najniższych strat
Aby w pełni docenić wartość badań przy częstotliwości 1 Hz, trzeba zrozumieć koncepcję częstotliwości najniższych strat w charakterystyce dielektrycznej izolacji z papieru impregnowanego olejem.
Podczas przemiatania częstotliwości obserwuje się punkt przejścia (ωr), w którym charakterystyka dielektryczna przechodzi ze stosunkowo liniowego systemu o niskich stratach w obszar o wyższych stratach i większym rozpraszaniu.
Zmiany temperatury powodują zmianę częstotliwości najniższych strat. Wyższe temperatury podwyższają tę częstotliwość, a niższe ją obniżają.
Świadomość tych zmian jest wyjątkowo istotna, ponieważ zmiany w osi pionowej lub poziomej charakterystyki dielektrycznej mogą wskazywać na zmianę stanu izolacji, jak pokazano na rysunku 2.
Wykonując pomiar zarówno przy częstotliwości linii, jak i częstotliwości 1 Hz, można lepiej uchwycić to zachowanie i uzyskać pełniejszy obraz stanu izolacji.
Wnioski
Połączenie badań DF przy częstotliwości linii, badań przy częstotliwości 1 Hz i poprawnej korekcji temperaturowej zapewnia ogromne możliwości oceny stanu izolacji urządzeń wysokiego napięcia. Korzyści to większa czułość, wcześniejsze wykrywanie problemów i bardziej wiarygodne wyniki w różnych warunkach temperaturowych.
Rozwój systemów elektroenergetycznych sprawia, że utrzymanie niezawodności i wydłużenie okresu eksploatacji cennych elementów infrastruktury zależy w coraz większym stopniu od stosowania tych zaawansowanych metod badań. W kolejnych wpisach omówimy praktyczne zastosowania badań przy częstotliwości 1 Hz oraz sposób, w jaki rewolucjonizują one praktyki konserwacji w terenie.
Obserwuj nasz blog, aby poznać zalety badań przy częstotliwości 1 Hz w rzeczywistych zastosowaniach — od badań transformatorów po ocenę stanu izolatorów przepustowych i nie tylko!
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o rozwiązaniach firmy Megger w zakresie badań przy częstotliwości 1 Hz, wypełnij formularz.
