Незважаючи на те, що в світі спостерігається тенденція до скорочення обсягів регламентних та профілактичних робіт з експлуатації технологічного і енергетичного обладнання, енергетики України ще довго будуть вимушені підтримувати в робочому стані обладнання, яке знаходиться в експлуатації вже більше 25 років. Таке обладнання вже вичерпало свій ресурс експлуатації і вимагає своєчасного виявлення початку розвитку можливого дефекту. Безумовно і нове обладнання може виходити з ладу по причині «заводських дефектів», або під впливом зовнішніх факторів (перевантаження, атмосферні і комутаційні перенапруги і т. д.).
Так звані «заводські» дефекти часто проявляються на перших роках експлуатації обладнання, а зовнішні фактори здатні вивести з ладу будь яке обладнання, не залежно від строку його експлуатації. Таким чином, основним завданням служб діагностики електротехнічного обладнання України, на сьогоднішній день, є своєчасне виявлення дефекту на ранній стадії. Якщо цей дефект вдається виявити до аварії, то обладнання можна відремонтувати за відносно невеликі кошти. Діагностика обладнання не відкидає і моніторингу стану ізоляції під час роботи обладнання.
Такий моніторинг дозволяє зменшити наслідки аварії, або її попередити. Але він не забезпечує безперебійності постачання електроенергії споживачам. Слід зазначити, що в енергосистемах України слід запроваджувати і моніторинг і діагностику обладнання з його відключенням.
Цінність будь якого методу діагностики полягає в надійності, простоті його виконання, вартості обладнання і приладів та здатності виявити дефект на дуже ранніх стадіях його розвитку. Над такими методами діагностики працюють всі енергетики світу. Найбільш перспективним методом діагностики ізоляції електрообладнання являється вимір рівня часткових розрядів при різних значеннях випробувальної напруги. Цьому методу присвячені наукові конференції, статті в журналах і наукові роботи. Судячи з публікацій, цей метод дозволяє проводити діагностичні роботи раз на 3-4 роки і гарантувати безвідмовну роботу обладнання в умовах нормальної експлуатації.
Але як відмічалось вище, на обладнання можуть вплинути і зовнішні фактори, дія яких може привести до виникнення нових зон дефектів. Ці дефекти можуть прогресувати швидше, ніж дефекти, пов’язані з старінням ізоляції і врешті решт вивести обладнання із робочого стану.
Таким чином, треба визнати, що жоден метод діагностики не гарантує безвідмовну роботу обладнання на значний проміжок часу. Зважаючи на відносно велику вартість приладів і обладнання для заміру часткових розрядів, складність обробки результатів, не варто чекати його широкого використання в Україні. Тому нам потрібно мати дворівневу систему діагностики, а саме: намагатися діагностувати електрообладнання раз в 3-5 років сучасними методиками з допомогою сучасного обладнання і, разом з тим, не припиняти контроль параметрів обладнання електромереж за методиками згідно з СОУ-Н-ЕЕ «Норми випробування електрообладнання» . Таке поєднання методів дозволить підвищити достовірність і надійність діагностики та дозволить на практиці оцінювати ефективність різних методів діагностики.
Одним із дуже важливих параметрів діагностики є значення тангенса кута
діелектричних втрат (tg δ) і електронної ємкості (C) ізоляції. Ці параметри ізоляції контролюються енергетиками вже багато десятирічь і по їх змінах вдалося уникнути багато аварій. Традиційно вони вимірюються на частоті 50Гц при напрузі 10 кВ. Такі вимоги були встановлені майже 60 років і обумовлені рівнем розвитку вимірювальної техніки на той час. Діагностичний параметр tg δ залежить і від частоти і від величини прикладеної напруги. Але ці залежності проявляються при значних змінах частоти і напруги. Так ріст tg δ з ростом напруги зумовлений іонізаційними процесами, які починають проявлятись при напругах вищих за робочі, а графік залежності від частоти в діапазоні від 10 до 1000 Гц дозволяє контролювати вологість ізоляції.
Такі способи діагностики розроблялись, але широкого застосування не знайшли. Обумовлено це складністю проведення таких робіт і неоднозначністю отриманих результатів. Річ у тім, що вимірювання tg δ в польових умовах вимагає від оператора досвіду і неабиякої кваліфікації.
На частоті 50 Гц на діючих підстанціях спостерігаються наведені напруги, які не набагато менші, ніж вимірювальні сигнали. Тому, оператори вимушені проводити декілька вимірів із зміною фази випробувальної напруги і запроваджувати спеціальну обробку результатів вимірювання. Боротьбою з наведеною напругою і обумовлено вибір напруги величиною 10кВ. При менших напругах проводити заміри було просто неможливо.
Сучасна техніка дозволяє виготовляти генератори напруги різних частот, порівняно невеликої вартості, а також спростити прилади для виміру параметра tg δ, в порівнянні з класичним мостом Шеренгера. Майже десять років працюють наші прилади ІПІ-10 на підприємствах України. Порівняльні випробування приладів СА-7100-2 і ІПІ-10 під час застосування в польових умовах довели, що результати вимірів в умовах впливу наведеної напруги однакові, але процес вимірювання при напрузі 46 Гц і 54 Гц приладом ІПІ-10 зручніший, а середньоквадратичне відхилення результатів декількох вимірів, проведених приладом ІПІ-10 на частотах 46 і 54 Гц менші, ніж відхилення отримані при вимірюванні з допомогою моста СА-7100-2 на частоті 50 Гц.
Такі результати дозволили нам провести серію вимірювань параметра tg δ при напрузі 5кВ і навіть 1кВ.
Для цього був виготовлений макет приладу ІПІ-08, який дозволяє проводити ці заміри в польових умовах без стороннього джерела живлення при напрузі до 1 кВ і частотах 46 і 54 Гц.
Результати випробування приладу ІПІ-10 дозволяють приступити до розробки нового компактного приладу, який зможе проводити заміри параметрів ємкості, тангенса кута діелектричних втрат і опору ізоляції в польових умовах без застосування додаткового обладнання.
Такий прилад орієнтовно буде коштувати близько 15000 грн і суттєво зменшить загальну вартість замірів, які зараз проводяться за допомогою приладу ІПІ-10 або аналогічних.
За допомогою приладів типу ІПІ-08 ці заміри зможуть проводити і спеціально не підготовлені оператори, без застосування обладнання електролабораторії.
Такі заміри можна буде проводити частіше і тим самим буде забезпечено виявлення можливого дефекту на більш ранніх етапах його розвитку. Для впровадження в життя такого приладу досить ввести додатковий пункт до СОУ-Н-ЕЕ «Норми випробування електрообладнання» розділу 4. «Загальні положення» в наступній редакції:
«Вимірювання тангенса кута діелектричних втрат та електричної ємкості об’єктів випробування, допускається проводити при напругах від 1 кВ до 10 кВ на частотах від 45 Гц до 55 Гц при забезпеченні достовірних результатів вимірювання в умовах наведеної напруги в польових умовах. Результати вимірювання належить приводити до значень цих параметрів, виміряних при частоті 50 Гц».
Крім контролю величини тангенсу кута діелектричних втрат, важливо вести контроль і величини електричної ємності об’єктів випробування (С). Сучасні наші електролабораторії здатні контролювати цей параметр при випробуванні обладнання змінною напругою до 100 кВ. Такий контроль дозволяє виявити пробої частини ізоляції в процесі випробування.
Окремо слід звернути увагу на резонансні установки для випробування обладнання. Такі установки дозволяють випробувати обладнання великої ємкості зміною напругою і крім того вони дозволяють при цьому вимірювати параметри ізоляції об’єктів випробування.
На сьогоднішній день нами проведені попередні випробування таких установок. Вони дозволяють розвинути коливальну потужність на об’єкті випробування до 150 кВА при споживанні близько 20 кВА.
Такі установки можна використовувати для випробування великих генераторів, трансформаторів, а також для випробування кабелів енергопостачання.
Про перспективи використання таких установок для випробування кабелів із зшитого поліетилену (ЗПЕ) слід зупинитися окремо.
Як відомо, заводи, які виготовляють кабелі із ЗПЕ рекомендують випробувати його напругою 0.1 Гц або 50 Гц. Час випробування напругою 50 Гц значно менший, а технічні характеристики кабелю, більшість заводів приводять для частоти 50 Гц. Таким чином, для контролю за змінами цих параметрів під час експлуатації значно інформативніші контролювати їх саме на частоті 50 Гц. Зараз спостерігається тенденція до контролю величини часткових розрядів та тангенсу дельта на частотах 0,1 Гц, але ці параметри можна порівняти тільки з минулими такими ж результатами вимірювань. Рекомендацій по їх приведенню до частоти 50 Гц на сьогодні немає і не зрозуміло як інтерпретувати отримані результати.
Так деякі компанії в Польщі закупили обладнання для вимірювання тангенсу дельта і рівня часткових розрядів на частотах 0,1 Гц, отримують результати (які суттєво відрізняються для різних кабелів) і не розуміють як ці данні використовувати.
Використовування випробувальних резонансних установок для випробування кабелів із СПЕ дозволить:
- суттєво зменшити час випробування;
- контролювати реальну величенну параметру тангенса кута діелектричних втрат при робочій напрузі і при підвищеній;
- при необхідності і наявності спеціальних приладів вимірювати і рівень часткових розрядів в кабелі.
Вартість такої установки буде складати близько 10 тис євро, (разом з приладом для вимірювання тангенсу кута діелектричних втрат при напругах до 50 кВ).
В завершення доповіді хочеться зазначити, що рівень сучасної мікропроцесорної техніки дозволяє виготовляти прилади для контролю багатьох параметрів, а основна проблема з діагностики високовольтного обладнання полягає в розробці методів і методик контролю цих параметрів, розробки нормативних документів та перевірці на практиці цих рекомендацій та інструкцій. Цю роботу можуть провести наукові інститути з обов’язковою підтримкою держави.
Михайло Бутко,
директор фірми «СТЕКС»
Доповідь на Науково-практичній конференції «Діагностика технічного стану електричного обладнання електростанцій, підстанцій, повітряних ліній та трансформаторних олив. Нормативна база, проблеми та перспективи покращення»
