Elosztóhálózati kábelek helyszíni részleges kisülés diagnózisa oszcilláló feszültséggel Edward Gulski, Zoltán Szántó (*) Delft University of Technology, The Netherlands (*) PD-TEAM Mérnöki Iroda Kft. www.pd-team.hu Erősáramú kábelhálózatok Vegyes kábelhálózatok Különböző típusú kábelszerelvények Kábelvégelzárók 1
Erősáramú kábelek szigetelési hibái Kábelszigetelés öregedése Összekötő öregedése Rossz szerelés Végelzáró öregedése PD (részleges kisülés) mennyiségek Részleges kisülés vizsgálat. Az U t feszültség alatt mért q 0 nál nagyobb mértékű részleges kisülés nem elfogadható, ld. az árnyékolt területet. 2
CIGRE-rendszerezés a részleges kisülések felismerésére Üregek Repedések ALKALMAZÁSOK 1) Új kábelek fektetés utáni vizsgálatai 2) Kábelek javítás utáni vizsgálatai 3) Kábelek diagnosztikai vizsgálatai DIAGNÓZ ÓZIS 1) Különböző kábelhálózatokra a részleges kisülések (PD) kialvási- / begyújtási feszültségének (PDIV( / PDEV), nagyságának, intenzitásának, típusának (mintájának), helyének szisztematikus gyűjtése 2) Alkalmazás új kábeklekre: (a) mint fektetés utáni vizsgálat, (b) kiinduló állapot felvétele állapotvezérelt karbantartáshoz (CBM-hez) 3) Alkalmazás üzemben öregedett kábeleknél: függően a szigetelés típusától, a szigetelésromlás által generált hibák analízise --> értelmezési szabályok CBM-hez (állapotvezérelt karbantartáshoz) 3
PD (részleges kisülés) értelmezési szabályok PDIV Begyújt. fesz. (PDIV) PDEV Kialv. fesz. (PDEV) < < operating üzemi feszültség voltage > operating üzemi feszültség voltage < < operating üzemi feszültség voltage > operating üzemi feszültség voltage PD magnitude nagysága < < typical tipikus values értékek > typical tipikus values értékek PD PD intensity intenzitása low alacsony high magas PD patterns típusa (mintája) single egyes pulses impulzusok multiple többszöri pulses impulzusok PD-forrás locations helye cable kábelszigetelés insulation cable kábelszerelvények accessories PD-térkép mapping scattered elszórt PD PD PD PD concentration koncentráció Kábel ujjlenyomat PD begyújtási fesz. PDIV; PD kialvási fesz. PDEV; PD nagysága; PD intenzitása; PD-minta (2D & 3D); PD-térkép. 4
Oszcill cilláló feszültség PDIV (begyújtási fesz.), PD nagysága, PD-minta minta, PDEV (kialvási fesz.) 5
Oszcill cilláló feszültség és részleges kisülések (PD) Folyékony szigetelőanyagban megfigyelt részleges kisülés minta, pl. felületi kisülés olajban Tipikus PD-minta szilárd szigetelőanyagban, pl. üregek. PD-analízis és több PD-forrás helyének behatárolása Kábel: Hossz: 6 kv XLPE 644m Vizsg. fesz.: PD-forrás: Vizsg. fesz.: PD-forrás: 6 kv 1) a távoli végelzáróban 12 kv 1) a távoli végelzáróban 2) kábelszigetelés 208 m-re Vizsg. fesz.: PD-forrás: 12 kv 1) kábelszigetelés 208 m-re 6
PD begyújtási-,, kialvási feszültségek és az üzemi feszültség U begy U kialv 10 kv-os XLPE kábelszakasz (U fázis =8,2 kv csúcs = 5,8 kv eff U begy = 9 kv csúcs (6,4 kv eff ) U kialv = 7 kv csúcs (4,5 kv eff ) eff ) Javítás utáni vizsgálatok Részleges kisülések 2U 0 -ig PD nagysága (pc) kábelhossz (m) Javítás után, szerelési hibák észlelése Szigetelési hibák észlelése 7
Fektetés utáni vizsgálatok (1) Kábel: Hoszz: 6 kv XLPE 662m L1 fázis: részl. kisülés egy nagy lapos üregben a végelzáróban ontladingsgrootte [pc] Kabel (2264) PD mapping tot 18 kv Részl. kisülés térkép 18 kv-on 100 80 60 40 20 0 0 75 150 225 300 375 450 525 600 675 kabellengte [m] PD-analízis és több PD-forrás helyének behatárolása PDIV=15kV PDEV=11kV 15kV -> 50pC 18kV -> 100pC belső kisülések a végelzáróban PDIV=6kV PDEV=10kV 6kV -> 200pC 18kV -> 200pC repedés az összekötőben PDIV=12kV PDEV=12kV 12kV -> 220pC 18kV -> 800pC felületi kisülések az összekötőben 700 L3 L2 Részl. PD kisülés mapping térkép upto 18 kv-on L1 600 PD magnitude [pc] PD nagysága (pc) 500 400 300 200 100 0 0 725 1450 2175 2900 3625 4350 5075 cable kábelhossz length [m] (m) 10 kv XLPE 8
Domináns üzemzavarok azonosítása Cable joint failure Kábelösszekötő hiba Cable Kábelhiba failure Type A Type B Type C Type D Type E Kábelvégelzáró Cable t erminat ion hibája failure Non Nem elect villamos rical hiba damage Cable Kábelösszekötők joint s Cable Kábelvégelzárók terminaltions Cable Kábelszigetelés insulat ion Type 1 Type 2 Type 3 Tipikus hibaokok Végelzárók 1-es típus (olajjal töltött) alacsony olajszint; éles sarkok az érintkezőn; 2-es típus (massza za) éles sarkok az érintkezőn; Összekötők A típus (olajjal töltött) alacsony olajszint; éles sarkok az érintkezőn; B típus (epoxigyantával töltött) nedvesség behatolása; éles sarkok az érintkezőn; C típus (olajjal, epoxival töltött) nedvesség behatolása; éles sarkok; alacsony olajszint; 3-as típus (műanyag) éles sarkok az érintkezőn. D típus (olajjal töltött, üvegszálas) légbuborékok; alacsony olajszint; E típus (műgyanta töltésű) gázbu buborékok; éles sarkok; rosszul keményített műgyanta. 9
PD-minták és PD-térkép 18 kv-on egy 2860m olajpapír szigetelésű kábelen L3 fázis Westerh-317994 Részleges PD mapping kisülés up térkép to 2*U02U 0 -ig 5000 4000 összekötő 1268m-nél: D típus [pc] 3000 2000 1000 L2 fázis 0 0 286 572 858 1144 1430 1716 2002 2288 2574 2860 [m] L1 fázis összekötő at 1301m-nél: olajtöltésű típus (A) összekötő 1301m-nél: olajtöltésű típus (A) PD-diagnosztika Mechanikai sérülés által keltett részleges kisülés-aktivitás a kábelszigetelésben Hőmérséklet/nyomás-változások által keltett részleges kisülésaktivitás a kábelszigetelésben a kábelszakasz kikapcsolása után 3-erű olaj-papír kábel; 945m; 1991 3-erű olaj-papír kábel; 874m; 1988 PD magnitude [pc] Cable A (PD activity upto U0) 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 190 380 570 760 950 cable length [m] PD magnitude [pc] Cable B (PD activity upto U0) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 175 350 525 700 875 cable length [m] 10
Részleges kisülés analízis üzemben öregedett olaj-papír szigetelésű kábeleken PDIV > U 0 PD 2U 0 nál ~ 3 nc Állapot: jó Részleges kisülések különböző feszültségeken 4 rövid, olaj-papír szigetelésű kábelen. PDIV < U 0 PD 2U 0 nál ~ 5 nc Állapot: :?? PDIV > U 0 PD 2U 0 nál ~ 2 nc Állapot: jó PDIV > 1.5U 0 PD 2U 0 nál ~ 3 nc Állapot: jó Részleges kisülés időfüggvény analízis (1) 3-erű olaj-papír szigetelésű kábel; 260m (A) U 0 -nál; PD = 1 nc; N PD = alacsony (B) 2U 0 -nál; PD = 2.7 nc; N PD = alacsony (C) U 0 -nál 3 hónappal később; PD = 4.5 nc; N PD = magas (D) 2U 0 -nál 3 hónappal később; PD > 4.5 nc; N PD = magas 11
Részleges kisülés időfüggvény analízis (2) 4500 Részl. PD kisülés mapping térkép (05-1999) (1999. május) 8,000 Részl. PD kisülés mapping térkép (08-1999) (1999. aug.) PD nagysága magnitude (pc) [pc] 3600 2700 1800 900 PD PD nagysága magnitude (pc) [pc] 6,000 4,000 2,000 0 0 52 104 156 208 260 kábelhossz cable length [m] (m) PDIV = 10 kv PD = 4500 pc 3-erű olaj-papír szigetelésű kábel; 260m 0 0 52 104 156 208 260 kábelhossz cable length (m) [m] PDIV = 8 kv PD = 8000 pc A két mérés között eltelt három hónap alatt a begyújtási feszültség ség csökkenése és a részleges kisülés nagyságának növekedése tisztán mutatja a kábelszigetelés leromlását 90 m-nél. m Részleges kisülés értelmezési irányelvek Cable Kábel part alk.rész Type Típus PD Határértékek acceptance threshold (indication) Paper/oil Olaj-papír 10.000 pc Cable Kábelszig. insulation XLPE 10 pc Termination Végelzáró Splice Összekötő Oil Olajtöltésű filled Oil Olajtöltésű, filled glass üvegszálas fiber Plastic Műanyag Oil Olajtöltésű filled Resin Műgyantatöltésű filled type Nekaldiet /Vekaldiet Oil Olajtöltésű, filled glass üvegszálas fiber type /Kabeldon Kabeldon Epoxy/oil Epoxi/olajtöltésű filled type /Lovink Lovink Resin Műgyantatöltésű filled type TECE /TECE 6.000 pc 2.000 pc 50 pc 5.000 pc 500 pc (asymmetric) > 10000 pc 5000 pc 4000 pc 12
Gazdaságosság (1) Feltételezések: 1. A középfeszültségű kábelhálózatokon bekövetkező üzemzavarok 50 %-a szigetelési problémák következménye 2. 1 üzemzavar 3000 kwh kiesést jelent 3. 1 kwh kiesése 15 USD költséget reprezentál Például: 5% üzemzavar megelőzése 100 üzemzavar/év esetén 112 500 USD hasznot hoz 5% x 100 üzemzavar/év x 50% x 3000 kwh x 15$ = 112 500$ Gazdaságosság (2) Példa: Javítás Diagnosztika Kiesés költsége Teljes költség Megelőzött kábelhiba 2 500 $ 1 750 $ 0 $ 4 250 $ Nem megelőzött kábelhiba 3 750 $ 0 $ 5 000 $ 8 750 $ 13
Következtetések Az OWTS részleges kisülés diagnosztikával a kábelszakaszok állapotának fontos információi a kábel PD ujjlenyomatába gyűjthetők; Értelmezési szabályok használhatók (a részleges kisülések begyújtási feszültségére, nagyságára, intenzitására, helyére és térképére vonatkozóan) az optimális döntéshez a kábel javításáról az üzemzavarokat megelőzően; A komponensek hibastatisztikáját tanulmányozva a domináns hibaokok azonosíthatók; Megismételt mérésekkel a hibás részek öregedési folyamatáról pontos kép nyerhető; Az XLPE szigetelés vizsgálatához a mért PD mennyiségek együttes értelmezése szükséges. A részleges kisülés analízis oszcilláló feszültséggel egy egyszerű módszer középfeszültségű kábelek korszerű részleges kisülés diagnózisának felállítására a helyszínen. 14