Изоляция высоковольтного оборудования

Высоковольтная изоляция

Такие интервалы выбираются в соответствии с конкретными ситуациями по статистическим данным относительно простоев.

Преимущества такого подхода состоят в оптимизации расходов на программу технического облуживания и в обеспечении высоких уровней надежности и безопасности. Длительность простоя, качество предоставляемых услуг по обеспечению электроэнергией, техническое обслуживание и поддержка являются ключевыми факторами для удовлетворения сегодняшних потребностей клиентов. В соответствии с требуемыми рабочими характеристиками частота контроля качества или проверок и диагностик могут составлять от 6 месяцев до 3 лет, что зависит от стандартов на надежность. Обычно в руководствах по эксплуатации изготовителей задается рекомендуемая частота технического обслуживания и/или осмотра (инспекции).

Практика обнаружения отказов аппаратных средств

Для достижения оптимального баланса между расходами и эффективностью работы используются следующие стратегии технического обслуживания:

• Работа до возникновения отказа (техническое обслуживание на основе события)
• Осмотр и обслуживание по мере возникновения необходимости
• Запланированное техническое обслуживание по текущему состоянию, основанному на прогнозировании запаса надежности CBM (Condition Based Maintenance)
• Обслуживание на основе принятия решений по оптимизации ключевых факторов CBM

Основной причиной отказа оборудования является ухудшение (деградация) параметров, оканчивающееся пробоем изоляции.

Деградация характеристик (старение) изоляции

• Механическое напряжение в диэлектрике от воздействия напряжения (перенапряжение, удары молний, частичные разряды)
• Тепловое напряжение (условия нагрузки)
• Механическое усилие (вытягивание, изгиб, осадка фундамента)
• Химическая коррозия (воздействие воды, соли, масла и загазованность)
• Внешнее воздействие (загрязненная внешняя среда, доступ воды)

Электрическое напряжение в диэлектрике от воздействия напряжения, особенно продолжительное воздействие перенапряжений или импульсов, вызываемых дефектами, будет вести к разряду в раковинах, которые в результате этого будут расширяться с возможным образованием электрических древовидных структур (electrical treeing). Старение изоляции, особенно вызываемое доступом воды, является медленным процессом деградации, поскольку соответствующие факторы взаимодействуют друг с другом с образованием так называемых водяных древовидных структур (water trees).

Разрушающее высоковольтное испытание оборудования на постоянном или переменном токе

Современное электротехническое оборудование для высоковольтных испытаний изоляции на постоянном токе является простейшим путем получения сведений общего характера относительно состояния изоляции. Такая проверка сопротивления изоляции может выполняться в виде простейшего испытания по типу «годен/не годен». Общим эмпирическим путем выполнения оценки остаточной долговечности является измерение нескольких напряжений на нейтраль U0. Новый стандарт МЭК 60060-3 на высоковольтное испытание в условиях эксплуатации (High Voltage Field Testing) в настоящее время имеется в виде рассматриваемого в комитете проекта; он охватывает все различные виды высоковольтных колебаний для испытаний в условиях эксплуатации, включая колебание очень низкой частоты 0,1 Гц.

Согласно новому европейскому документу по гармонизации стандартов CENELEC HD 620 S1 - 1996 для кабелей с синтетической изоляцией испытание на постоянном токе не должно использоваться применительно к пластиковой (PE/XLPE) изоляции кабеля; рекомендуется лишь испытание на переменном токе, частота 0,1 или 50 Гц. Стандарт CENELEC HD 621 S1 - 1996 предусматривает, что для маслозаполненной или стабилизированной изоляции должны применяться как испытания на переменном, так и на постоянном токе.

Все 15 стран, входящие в Европейский союз, подписали этот документ; все национальные комитеты по стандартизации, подобные VDE, UNE и пр., приняли эти новые процедуры испытания. Опубликованный позже сводный стандарт IEEE Standard STD 400-2001 относится к кабелям с пластиковой изоляцией на напряжения от 1 до 500 кВ, в то время как старый стандарт IEEE Standard относится к испытанию на постоянном токе (см. табл. 1). Кроме того, этот новый стандарт на испытания IEEE standard в 2001 г. был изменен и предусматривает переход от традиционного испытания на постоянном токе к испытанию на переменном токе

Неразрушающая диагностика оборудования, новая стратегия для технического обслуживание по текущему состоянию, основанному на прогнозировании запаса надежности CBM (Condition Based Maintenance)

Испытание сопротивления изоляции

Для испытания сопротивления изоляции используется источник постоянного тока. При таком испытании проводится поиск изменения тока утечки, что указывает на деградацию (ухудшение характеристик). В электроэнергетике, нефтехимической и других крупных отраслях промышленности диагностические испытания изоляции обычно выполняются применительно к электродвигателям и генераторам в диапазоне от 500 до 5000 В.

Диагностические испытания восстанавливающегося напряжения и восстанавливающихся токов

Можно определить реакцию напряжения перезаряда изоляции после того, как подсоединение источника постоянного тока смешает напряжение или ток. Очень большие изменения значений при разряде и повторном заряде указывают на дефекты в виде утечки, вызываемые, в основном, влагой в изоляции. Такие испытания направлены на определение поляризационных характеристик изоляции.

Диагностическое испытание тока изотермальной релаксации (IRC-испытание)

Неразрушающая диагностика кабеля с диэлектрической изоляцией с использованием IRC-анализа может предоставить важную информацию относительно старения и деградации характеристик полимерной изоляции.

Измерение частичного разряда (PD) и обнаружение дефектов с помощью динамической рефлектометрии TDR

Диагностика частичного разряда является хорошо зарекомендовавшим себя методом неразрушающего испытания изоляции. При проведении лабораторных испытаний измерение частичного разряда является хорошо известным обычным испытанием. Требуемые при этом уровни частичного разряда зависят от изделия. В случае высоковольтных кабелей такие уровни находятся в диапазоне от нескольких до 100 нКл. Задаваемые на заводе-изготовителе предельные значения PD не включают аксессуары и относятся к малой длине. Для проверки в месте эксплуатации требуемые PD-уровни являются различными, они в сильной степени зависят от типа кабеля и таких его характеристик, как коэффициенты затухания или времени распространения. Для проверки в месте эксплуатации точное значение PD-уровня менее важно по сравнению с положением (локализацией) источника частичного разряда.

В зависимости от типа дефекта изоляции и расстояния, вызванного затуханием, могут быть достигнуты различные значения PD-уровней. Одним из наиболее важных индикаторов для оценки изоляции кабеля является уровень напряжения начала частичного разряда PDIV (Partial Discharge Inception Voltage Level), момент разрядов обнаруживается при увеличении напряжения испытания. Для локализации таких дефектов в кабелях используется классический метод динамической рефлектометрии TDR, это методика для испытания кабеля с измерением частичного разряда и локализацией дефекта с использованием TDR-метода.

Наилучшие для применения на практике процедуры диагностического измерения

ОНЧ колебание на частоте 0,1 кГц является очень эффективным вследствие физического эффекта очень высокой скорости нарастания электрической древовидной структуры, если изоляция является дефектной в одной точке. Для нахождения поврежденного участка изоляции при использовании ОНЧ необходимо очень небольшое время усилия для инициации разрушающего пробоя. Это большое преимущество по времени по сравнению с испытаниями частоты сети. Длительность проведения испытания и величина выдерживаемого напряжения являются наиболее важными факторами для оценки изоляции. Для десяти периодов времени испытания на частоте 0,1 Гц нужны 100 секунд; этого, в основном, достаточно для анализа и локализации PD-дефектов в оборудовании!