Zaawansowane pomiary i diagnostyka kabli: cztery podstawowe metody

Zapewnienie niezawodności i trwałości kabli zasilających wymaga zastosowania skutecznych technik pomiarów i diagnostyki. Jak można było zauważyć w pierwszym artykule blogowym z naszej serii Pomiary i diagnostyka kabli średniego napięcia, pomiary przy bardzo niskiej częstotliwości (VLF) odgrywają kluczową rolę w identyfikacji słabych punktów izolacji, wykrywaniu potencjalnych awarii oraz w utrzymywaniu integralności systemów zasilania. Jednak przy wielu dostępnych opcjach napięcia wzbudzenia niezbędny jest odpowiedni wybór dla danego zastosowania w celu uzyskania dokładnych wyników oraz optymalizacji strategii konserwacji.

Ten artykuł blogowy, stanowiący drugą część naszej serii poświęconej pomiarom VLF, przedstawia cztery kluczowe napięcia wzbudzenia używane w pomiarach i diagnostyce kabli: Napięcie stałe, napięcie sinusoidalne VLF 0,1 Hz, napięcie kosinusoidalne-prostokątne VLF 0,1 Hz (technologia nachylenia 50 Hz) i napięcie oscylacyjno-tłumione AC (DAC). Każda metoda charakteryzuje się unikalnymi zaletami i nadaje się do konkretnych scenariuszy pomiarowych. Dzięki zrozumieniu mocnych stron i ograniczeń poszczególnych form napięcia inżynierowie i technicy mogą podejmować świadome decyzje, które zwiększają wydajność pomiarów, skracają czas przestojów oraz zapewniają niezawodność systemów zasilania.

Napięcie DC

Przez dziesięciolecia napięcie wzbudzenia DC było standardem przy okazji prób wytrzymałości kabli. Obecnie stosuje się je wyłącznie w przypadku kabli HVDC ze względu na ryzyko uszkodzenia izolacji i niezdolność do wykrywania niektórych rodzajów usterek.

Dlaczego więc napięcie DC jest nadal istotne? Przede wszystkim jest ono niezbędne w przypadku badania płaszcza zgodnie z normą IEC 60229, zwykle przeprowadzanego przy napięciu od 5 do 10 kV. W przypadku wykrycia uszkodzenia płaszcza impulsowe napięcie DC umożliwia precyzyjne zlokalizowanie usterki. Sprawia to, że pomiary DC pozostają niezbędnym narzędziem do oceny integralności płaszcza.

Napięcie sinusoidalne VLF 0,1 Hz

Mając do dyspozycji dwie technologie VLF zintegrowane w systemach TDM typu „wszystko w jednym”, która z nich jest tą preferowaną przy okazji prób wytrzymałości kabli? Odpowiedź jest jasna: Napięcie kosinusoidalne-prostokątne VLF jest optymalnym wyborem w przypadku prób wytrzymałości. Dlaczego więc używa się napięcia sinusoidalnego VLF 0,1 Hz? Chcąc ocenić starzenie się izolacji, należy przeprowadzić pomiar strat dielektrycznych (tan delta) z wykorzystaniem napięcia sinusoidalnego VLF 0,1 Hz. Zapewnia on również zgodność z normami pomiarów krótkich kabli. Po pomiarze wartości tan delta zaleca się wykonanie monitorowanej próby wytrzymałości. Uwzględnia ona śledzenie strat dielektrycznych podczas pomiaru i jest podobna do pomiaru prądu upływu przy napięciu kosinusoidalnym-prostokątnym VLF. 

O ile napięcie sinusoidalne VLF 0,1 Hz można również wykorzystywać w przypadku pomiarów wyładowań niezupełnych (WNZ), nie jest to zalecane rozwiązanie. Ze względu na ograniczenia w wykrywaniu słabych punktów firma Megger zaleca w celu uzyskania bardziej niezawodnych wyników pomiarów wyładowań niezupełnych (WNZ) stosowanie napięcia kosinusoidalnego-prostokątnego VLF, jak wykazano w rzeczywistych studiach przypadków.

Napięcie kosinusoidalne-prostokątne VLF 0,1 Hz / technologia nachylenia 50 Hz

Napięcie kosinusoidalne-prostokątne VLF, nazywane także przez firmę Megger technologią nachylenia 50 Hz, jest najlepszym rozwiązaniem w przypadku prób wytrzymałości kabli — zarówno krótkich, jak i długich! Ta innowacyjna technologia pomiarowa, łącząca częstotliwość bliską częstotliwości roboczej (20–500 Hz) z niskim poborem mocy, zapewnia skuteczne pomiary przy zgodnej z normą częstotliwości 0,1 Hz, gwarantując bezpieczeństwo instalacji kablowej. Możliwość ponownego wykorzystania zgromadzonej energii umożliwia badanie nawet najdłuższych kabli przy standardowej częstotliwości. Ponadto technologia ta doskonale sprawdza się przy okazji pomiarów wyładowań niezupełnych, dokładnie symulując rzeczywiste warunki pracy w celu uzyskania dokładnych wyników. Dzięki monitorowaniu prądu upływu podczas pomiaru można ocenić jakość izolacji, dzięki czemu jest to idealny wybór w przypadku pomiarów towarzyszących przekazywaniu instalacji kablowej do eksploatacji i badań odbiorczych.

Napięcie oscylacyjno-tłumione / DAC

Czwartym napięciem probierczym lub diagnostycznym jest napięcie oscylacyjno-tłumione (DAC). Pomiary napięcia DAC są przeznaczone do wykrywania usterek na skutek wyładowań niezupełnych. Choć nie powodują one natychmiastowego przebicia podczas typowych pomiarów kabli, wyładowania te stwarzają długoterminowe ryzyko dla ich żywotności. W przypadku pomiarów napięcia DAC kabel jest narażony na działanie napięcia przez możliwie najkrótszy czas, co jest szczególnie istotne w przypadku starzejących się sekcji kabli. 

Przy okazji badania mocno przestarzałych kabli celem jest przeprowadzenie diagnostyki bez narażania ich na niepotrzebne ryzyko. Pomiary napięcia DAC minimalizują ryzyko przebicia podczas badania lub po jego zakończeniu poprzez zastosowanie napięcia przez ograniczoną ilość czasu. Kształt i częstotliwość napięcia w ramach pomiarów napięcia DAC zapewniają wysoką skuteczność w identyfikowaniu usterek wywoływanych przez wyładowania niezupełne. Zasada wytwarzania napięcia opiera się na swobodnym obwodzie oscylacyjnym, który gwarantuje minimalny poziom zakłóceń, czyniąc pomiary napięcia DAC idealnym rozwiązaniem w diagnostyce wyładowań niezupełnych zarówno w przypadku nowych, jak i starzejących się kabli.
 

Summary

Porównanie to podkreśla znaczenie wyboru właściwego podejścia diagnostycznego na podstawie typu kabla, obiektu pomiaru oraz warunków pracy. Dzięki zaawansowanym rozwiązaniom pomiarowym Megger inżynierowie mogą zapewnić dokładne wykrywanie usterek, zwiększoną niezawodność systemu i proaktywną konserwację — pomagając zapobiegać awariom przed ich faktycznym wystąpieniem.

W kolejnym artykule blogowym z serii Pomiary i diagnostyka kabli średniego napięcia przyjrzymy się rzeczywistemu studium przypadku, które pokazuje, w jaki sposób wdrożenie tych metod było kluczowe dla zlokalizowania i usunięcia krytycznej usterki kabla.