mentenanta intreruptorulul cu sf6. tehnici moderne
Post on 20-Dec-2015
274 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
CAPITOLUL I
Memoriul justificativ
Întrerupatoarele de înalta tensiune sunt aparate electrice automate destinate comutatiei
circuitelor de înalta tensiune parcurse de curent.Sarcinile principale a acestor întrerupatoare sunt
operatiile de stabilire siîntrerupere a curentului de sarcina normala, la interventia voita a
operatorului si sa întrerupa cât mai rapid în mod automat, curentii de scurtcircuit în urma
comenzilor primite de la protectia prin relee (declansatoare). La nevoie aceste întrerupstoare
trebuie sa poata îndeplinii si operatia de reanclansare automata rapida, imediat dupa prima
deconectare, sub actiunea comenzii primite de la dispozitivele RAR.
În ultimele decenii s-au făcut progrese remarcabile în domeniul întreruptoarelor de înaltă
tensiune.
Dacă între 1965-1970, în majoritatea întreprinderilor se fabricau tipurile aşa-zise
„clasice” constând din întreruptoare cu ulei puţin, aer comprimat, cu suflaj magnetic, cu ulei
mult,etc.
După această perioadă, se produce o schimbare, care constă în apariţia treptată în
fabricaţia industrială, a întreruptoarelor ce utilizează ca mediu de stingere şi de izolare,
hexafluorura de sulf.
Construcţia întreruptoarelor cu SF6 a apărut ca urmare a descoperirii proprietăţilor foarte
bune de stingere a arcului electric de comutaţie, pe care le posedă acest gaz. În afară de aceasta,
spre deosebire de alte materiale electroizolante care îşi pierd în timp calităţile de dielectric –
îmbătrânesc - SF6 nu îmbătrâneşte.
De asemenea, spre deosebire de alte medii de stingere a arcului electric, care sub acţiunea
temperaturii ridicate se descompun în gaze ce activează stingerea şi care apoi sunt evacuate din
întreruptor – pierzându-se deci la fiecare rupere, o parte din masa mediului de stingere – SF 6
după ce sub acţiunea temperaturii s-a descompus în elementele sale componente, ulterior
stingerii arcului electric acestea se recombină, păstrând practic neschimbată cantitatea de SF6 din
1
întreruptor. Aceste proprietăţi corelate cu cele de bun dielectric, permit realizarea unor instalaţii
şi aparate electrice de gabarit redus şi capsulate, adică fără comunicare cu mediul exterior.
O proprietate importantă a SF6 este aceea de gaz electronegativ, adică a cărui moleculă
neutră,în urma ataşării unui electron, formează un ion negativ stabil.
Pentru presiuni cuprinse între 1şi 9 bar ( 1 bar=105 N/m2 ), rigiditatea dielectrică a SF6 este – atât
la frecvenţa industrială, cât şi la unda de impuls de 1,2/ 50µs - de peste două ori mai mare decât
cea a aerului aflat la aceeaşi presiune [1].
SF6 pur este un gaz incolor, inodor, nu este toxic şi nici inflamabil, este un gaz greu
densitate 38,8 g/ dm3 la 20oC şi presiune absolută 6 barr, mai dens de 5 ori decât aerul din care
cauză se dispersează greu în atmosferă.
Utilizarea lui se face în stare pură, procentele de impuritate admise( care rezultă din
procesul de fabricaţie este foarte strict controlat prin norme [2].
Impurităţile amintite constau din aer, apă, acizi, fluoruri, uleiuri minerale şi sunt admise
în cantităţi foarte mici, de ordinul câtorva p.p.m.( părţi pe milion).
Constatările fizico-chimice ale gazului SF6, i conferă superioritate faţă de hidrogen sau
azot, astfel:
a) ca izolant SF6, are următoarele proprietăţi:
- la p=5 barr, are o rigiditate dielectrică mai mare de circa două ori decât a aerului şi a
uleiului;
- se autogenerează spontan după o străpungere ( cu tendinţa de creştere ulterioară a
rigidităţii spaţiului străpuns); după o străpungere, creşterea de presiune e neglijabilă.
b)ca mediu de stingere, are următoarele proprietăţi:
- aviditatea pentru electroni;
- diametrul maxim al arcului electric în SF6 redus;
2
- constanta de timp în vecinătatea trecerii prin zero, este de două ordine de maxime mai
mică (1,7µs faţă de 110 µs la aer);
Date fiind cele descrise anterior, aleg soluţia de întreruptor cu presiune mică,cu suflaj
axial, cu loc de rupere pe pol.
Mecanismul de acţionare va fi de tipul, cu acumulare de energie, cu resoarte disc, cu
transmisia energiei la contactele mobile, prin intermediul unui fluid hidraulic.
Tendinţa pe plan mondial în domeniul construcţiei de aparate electrice, constă în a
extinde producţia şi utilizarea întreruptoarelor cu SF6 în detrimentul celor cu ulei puţin, respectiv
a celor cu aer comprimat. Aceasta deoarece în raport cu celelalte tipuri de întreruptoare, cele cu
SF6 prezintă următoarele avantaje, care devin decisive în cadrul unei analize tehnico-economice:
- reducerea numărului de camere de stingere pe pol, pentru aceeaşi valoare a lui Un şi Ir ;
- creşterea capacităţii de rupere pe unitatea de rupere (245kA, 50 kA.);
- reducerea gabaritului (1/10 la instalaţii capsulate în SF6 şi 1/2—1/4 la întreruptoarele cu
SF6);
- creşterea anduranţei între revizii;
- nu prezintă pericol de incendiu sau explozie.
3
CAPITOLUL II
Stadiul actual în construcţia întreruptoarelor de
înaltă tensiune în SF6.
În perioada 1980-1990, pe plan mondial, s-au optimizat construcţiile existente reducându-
se în continuare gabaritele, consumurile la constructor şi cheltuielile de întreţinere la utilizator.
Pe plan mondial s-a perfecţionat întreruptorul cu autosuflaj (se foloseşte energia aerului
pentru mişcarea contactului mobil) şi mecanismul de acţionare cu înmagazinare de energie în
arcuri disc. De remarcat că, transmiterea energiei de la arcurile disc la tija întreruptorului, se face
prin intermediul unui lichid hidraulic.
Într-o serie de ţări europene printre care şi ţara noastră,Un cea mai mare este 420 kV. În
alte ţări europene Un este 765 kV. Şi se efectuează cercetări pentru tensiune de 1100kV…1500kV
în vederea realizării interconectării sistemelor electro - energetice.
În S.U.A. tensiunea nominală cea mai mare este de 765kV, fiind realizate circa 6000km
de linii de transport la această tensiune.
În sistemele electro-energetice cu tensiuni nominale până la 500kV nivelul actual al
curentului de scurtcircuit este de 63 kA. În sistemele cu tensiunile nominale de 765kV, într-o
serie de cazuri este necesară instalarea unor întreruptoare cu capacitate nominală de rupere de
80kA. La tensiune de 1100…1500kV, această valoare va creşte probabil până la 100 140kA.
Valoarea maximă a curenţilor nominali ai întreruptoarelor de serie mare cu SF6 este de
4000A. Firma Siemens a mărit curentul nominal al întreruptorului cu SF6 pentru instalaţii
capsulate la 765kV până la 8000A.
Firma Toshiba livrează întreruptoare cu SF6 la 330şi 500kV cu curenţi nominali până la 8000A
desfăşurând cercetări pentru mărirea curentului nominal până la 12000A. curenţii nominali de
4
rupere ai întreruptoarelor cu SF6 sunt de 50 63kA. Toate firmele producătoare de astfel de
întreruptoare desfăşoară o intensă activitate în sensul sporirii capacităţii lor de rupere.
Firma B.B.C. are comenzi de staţii complet capsulate cu curenţi de rupere de 70…80 kA.
Firma Merlin-Gerin urmăreşte o creştere a curenţilor de rupere în următorii 2…3 ani
până la 80…100 kA.
Creşterea continuă a cererii de energie electrică şi dezvoltarea reţelelor de înaltă tensiune
au avut ca rezultat creşterea curenţilor de scurt circuit. Ca o consecinţă, întreruptoarele utilizate
în reţele trebuie să fie capabile să întrerupă curenţi de scurt circuit din ce în ce mai mari.
Utilizarea SF6 ca agent de stingere şi de izolare a condus la rezolvarea cu succes a
problemelor. Deci, atenţia constructorilor de întreruptoare s-a îndreptat asupra creşterii
performanţelor camerelor de stingere în condiţiile reducerii gabaritului şi numărului de puncte de
rupere.
În prezent s-a renunţat la construcţia de întreruptoare cu dublă presiune (presiune joasă pentru
izolare şi presiune înaltă pentru stingerea arcului) şi s-a dezvoltat intens construcţia de
întreruptoare cu autocompresie. Această construcţie utilizează SF6 ca agent de izolare şi de
stingere a arcului la o presiune unică.
5
CAPITOLUL III
PERFORMANTE ,TENDINTE
Tendinta actuala în ceea ce priveste constructia întreruptoarelor de înalta tensiune cu SF6 pe plan
mondial vizeaza: realizarea unei capacitati de rupere marite la 100kA; realizarea etansarilor cu
ferofluide magnetice; optimizarea mecanismelor de actionare pentru asigurarea comenzilor
sincrone prin prevederea unor dispozitive electronice; computerizarea sistemelor de
protectie, comanda si diagnoza pentru cresterea fiabilitatii întrerupatoarelor; cresterea perioadei
de revizie la 20-30 de ani; proiectarea asistata de calculator a întrerup_toarelor. Astazi se
realizeaza întrerupatoare capsulate cu SF6 ce cuprind într-un lot unitar barele colectoare,
separatoarele, întrerupatorul de putere, reductoarele de tensiune si curent. Introducerea în
exploatare a acestor instalatii, ce reprezinta solutia cea mai favorabila pentru domeniul înaltei
tensiuni, fapt justificat de urmatorii factori: necesitatea de transfera energieelectrica în centrele
industriale _i în ora_ele mari cu o tensiune nominal_ cât mai ridicata si de a afecta un spatiu cât
mai redus pentru statia de conexiune sau de transformare; eliminarea defectelor posibile din
cauza poluarii în zonele industriale sau cu atmosfera salina; cresterea gradului de securitate,
carcasele metalice fiind legate la pamânt; eliminarea pericolului de explozie; exploatare mai
simpla si fiabilitate ridicata.
6
Figura 4.21. Anduranta întrerupstoarelor de înalts tensiune
Datorita proprietatilor dielectrice bune, aceste întrerupatoare s-au dezvoltat în variantele cu
autocompresie, ce folosesc deplasarea contactului mobil la deconectare pentru comprimarea
gazului. Firma Electroputere Craiova a realizat 1979 primul întrerupator capsulat cu SF6 de 123
kV/2000A, iar în 1984 a realizat un întrerupator integral în constructie independenta cu
autocompresie de 145kV (3150A si putere de rupere 40kA). În anul 1986 s-a realizat un
întrerupator de 170kV/ 3150A/ 40kA. Principiul functionarii camerelor de stingere cu
autocompresie este prezentat în figura 4.20. exemplificat pentru o camera de stingere folosita la
întrerup atoarele AEG la tensiuni între 72,5 kV si 765kV. Presiunea gazului SF6
în interiorul camerei este de 5 bari.
7
1- piston fix, 2- cilindru de compresie, 3- piesa de contact, 4- contact pentru contactul nominal,
5- ajutaj izolant, 6- piesa de contact pentru arcul electric,
7- flanae de racord, 8- cavitate, 9- filtru de alumina (Al2O3).
În pozitia închis a) se stabileste continuitatea circuitului prin contactul fix tubular 6 si contactul
mobil de tip tulipa 4. Prin actionarea asupra tijei de comanda, solidara cu cilindrul de
autocompresie 2 si contactul mobil 4 apare arcul electric între contactul fix si contactul de arc din
interiorul tulipei 6. Contactul mobil împreuna cu cilindrul de autocompresie se deplaseaza în
directia pistonului fix 1, comprimând gazul si obligându-l sa treaca prin orificiile de cilindru si sa
patrunda în zona arcului electric unde se realizeaza un puternic suflaj longitudinal datorita formei
duzei 5, ceea ce contribuie la rapida stingere arcului electric. Capacul prins de camera de stingere
prin intermediul flansei 7 cuprinde un filtru de alumina 9, rolul de a curata gazul de florurile
metalice ce se formeaza. Refacerea rapida a rigiditatii dielectrice a gazului SF6, ofera acestui tip
de întrerupator posibilitatea de a fi utilizat la deconectarea sarcinilor capacitive.
8
Utilizând principiul modulului pot fi construite întrerupatoare pentru tensiuni foarte înalte cu mai
multe camere de stingere. Actionarea acestor întrerupatoare se face pneumatic cu ajutorul
cilindrului 16 si a pistonului solidar cu tija 15. Duzele din materiale conductoare sunt executate
din metale sau grafit. În prezent duzele la întrerupatoare se fac cel mai adesea din teflon care
Prezinta niste proprietati speciale: rezistenta mecanica mare, prelucrabilitateusoara, rezistenta la
temperaturi ridicate. Întrerupatoarele cu autocompresie impun anumite cerinte asupra
mecanismului de actionare. Astfel pentru a învinge blocajul ajutajului si presiunea dinamica a
arcului electric pistonul trebuie antrenat de energie în resoarte, sau mecanisme oleopneumatice,
astfel încât pretul de cost al întrerupatorului creste.
Aspecte ale comutaţiei în hexafluorura de sulf
În principiu, un aparat trebuie să stingă atât arcul electric de curent intens, cât şi pe cel de curent
redus. Acest deziderat se realizează printr-o construcţie corectă a ajutajului, care la curenţii
intenşi trebuie să majoreze debitul de gaz şi să evite refularea arcului electric. Refacerea rapidă a
rigidităţii dielectrice, datorită proprietăţilor gazului SF6 , oferă acestui tip de întreruptor
posibilitatea de a fi utilizat la deconectarea sarcinilor capacitive.
Principalele metode de întrerupere a curentului, folosite pentru întreruptoarele cu mare
putere de rupere în SF6 , sunt aşa-numitele:
Metoda „ dublă presiune”
Metoda „autocompresiei”
Întreruptorul cu autocompresie are un ancombrament relativ mai mic decât alte tipuri de
întreruptoare şi nu necesită o întreţinere dificilă. Revizia unui astfel de aparat poate fi făcută la
câţiva ani, cu care ocazie se examinează sistemul de contacte, se înlocuieşte filtrul de alumină, se
verifică garniturile de etanşare şi se reumple cu gaz proaspăt.
9
Coloana arcului în flux longitudinal de SF6
Caracteristicile coloanei arcului în procesul de stingere depind de proprietăţile plasmei şi
de factori externi.
Arcul electric în SF6 are nişte particularităţi ce decurg din proprietăţile fizico-chimice ale
acestui gaz. În primul rând, are o mare importanţă repartiţia temperaturii în secţiunea arcului în
SF6 .
Particularităţile fizico-chimice ale plasmei de SF6 , constau în faptul că temperatura sa de
disociere, de 2100K, este mult inferioară temperaturii de 4000K , la care are loc o creştere
vertiginoasă a conductibilităţii datorită conductibilităţii sulfului.
Datorită acestui fapt în coloana arcului se formează 2 zone:- una centrală( nucleul arcului
9 şi una periferică( stratul superficial). Nucleul arcului conductor are o conductibilitate foarte
ridicată. În acest nucleu, datorită pierderilor, plasma se încălzeşte la temperaturi ridicate.
Stratul superficial nu este conductor dar are o conductibilitate termică foarte mare. O
astfel de structură a coloanei arcului este caracteristică gazelor moleculare. Pentru coloana
arcului stabilit într-un tub sau răcită slab în azot, nucleul se formează dacă temperatura atinge
temperatura de disociere ( 7500K ). Această condiţie se îndeplineşte la curenţi suficienţi de mari.
Statul superficial în azot are o temperatură ridicată, dar sub 7500 K şi deci plasma este parţial
conductoare. Astfel, formarea unui nucleu în gazele moleculare obişnuite, se produce uneori la
curenţi mari, pe când la SF6 , acest nucleu se observă şi la curenţi foarte mici. Din această cauză
rezultă că repartiţia radicală a temperaturii în SF6 şi azot se prezintă la aceeaşi secţiune a arcului.
O asemenea repartiţie a temperaturii este folosită pentru explicarea proprietăţilor de stingere ale
SF6 . Diametrul porţiunii conductoare a arcului în SF6 este mult mai mic decât diametrul arcului
în azot.
La trecerea curentului prin zero procesul de destrămare a coloanei în SF6 va fi mai intens
decât în azot sau în aer, datorită faptului că în volumul conductor de SF6 e conţinută o cantitate
mai mică de căldură decât la aer. Rezultă că stingerea este mai uşoară în SF6 decât în aer.
Capacitatea SF6 de a stinge este condiţionată de proprietăţile termo-chimice ale plasmei.
10
Proprietăţile termo- chimice ale gazului se manifestă în mod diferit, funcţie de intensitatea
suflajului, la suflaj slab rolul preponderent avându-l proprietăţile termo-chimice, iar la suflaj
intens rolul preponderent îl are electronegativitatea.
Stingerea arcului în zona trecerii prin zero a curentului în suflaj longitudinal de SF6.
Caracteristica arcului răcit cu aer şi SF6, diferă puţin în condiţii identice. Cu toate acestea
capacitatea de stingere este de 4-5 ori mai mare. Rezultă că, proprietăţile specifice ale SF 6, se
manifestă la sfârşitul semiperioadei ( la trecerea curentului prin zero ), când valoarea acestuia
scade la 1—5 A. În procesul de stingere, la trecerea prin zero a curentului, înalta sa capacitate de
stingere se îmbină cu rigiditatea dielectrică în SF6.
Experimental s-a constatat că la stingerea cu aer, înaintea trecerii curentului prin zero,
coloana arcului capătă o structură fărâmiţată. Procesul de disipaţie a coloanei are un caracter
sporadic, apărând turbioane şi întreruperi. În acest caz apar, condiţii mai favorabile de schimb
între plasarea coloanei arcului şi jetul de gaze rece.
La suflajul cu SF6 , la trecerea curentului prin zero, coloana arcului îşi păstrează structura
compactă, până când curentul ajunge la zero. Urmele de întrerupere şi turbulenţa, lipsesc chiar
pentru valori foarte mici ale curentului.
În SF6 are loc o scădere bruscă a diametrului şi o oarecare creştere a densităţii de curent,
iar la aer schimbarea diametrului arcului este neînsemnată, densitatea fiind relativ mică şi scade
monoton. Spre deosebire de suflajul cu aer, la răcirea arcului în jet longitudinal de SF6 , se
creează condiţii oarecum diferite de acţiune a pulsaţiilor turbulente din partea jetului de gaz
asupra coloanei. Se poate stabili comparativ turbulenţa în cele două medii. Dacă se ia în primă
aproximaţie curgerea plan paralelă şi egalitatea gradienţilor:
atunci, raportul turbulenţelor poate fi reprezentat prin:
11
Unde: = densitatea
j = densitatea de curent ( A/m )
Corespunzător concentraţiei electronilor:
n0 =
Pentru coloana de arc în SF6, câmpul magnetic propriu poate fi un factor suplimentar,
formator de structuri compacte a coloanei, spre deosebire de coloana arcului de aer, la dare spre
sfârşitul semiperioadei densitatea de curent este relativ mică. Rezistenţa arcului în SF6 practic nu
variază în timp până la 6…8µs, înaintea trecerii prin zero a curentului.
Pentru t = 6µs avem:
- SF6 : Ra= k1∙ p0,3
- aer : Ra= k2∙ p0,7
Rezistenţa arcului în SF6 , rămânând sensibil mai mare ca în aer depinde mai puţin de
căderea de presiune. Această zonă de trecere a curentului prin zero, sen caracterizează deci
printr-o turbulenţă mai slabă în jet de SF6. proprietăţile dinamice ale curentului se pot caracteriza
prin variaţia temperaturii în secţiunea coloanei în timp, în condiţii date de mediu şi surse de
energie exterioare date.
O măsură comodă pentru aceasta o constituie constanţa în timp a arcului, care rezultă din
ecuaţia energetică a porţiunii de arc. Pentru constanta de timp rezultă relaţia:
12
Unde: r0= raza exterioară a arcului.
= viteza unghiulară a unui grup de particule în rotaţie;
V = viteza liniară a particulelor în direcţia jetului;
∙v = turbulenţa.
La aceeaşi temperatură şi presiune, densitatea în SF6 este de 5 ori mai mare decât
densitatea aerului şi raportul de mai sus este aproximativ egal cu 0,2. Deci, turbulenţa în SF 6 este
mai mică. Stratul superficial al arcului în SF6 are o temperatură de 2100 K şi este supus unei
turbulenţe slabe faţă de aer. Acest strat superficial, cu o constantă de timp mult mai mare ca a
coloanei conductoare înmagazinează căldură în faza de curent intens fiind astfel una din căile de
curent, prin care faza influenţează faza trecerii prin zero a curentului.
Întru-cât diametrul coloanei conductoare a arcului electric răcit în SF6 este relativ mic,
iar densitatea de curent este relativ mare, la trecerea prin zero a curentului în ultimele 6µs, se
poate presupune influenţa presiunii magnetice datorită câmpului propriu.
Presiunea hidrostatică în coloana arcului electric parcursă de curentul I, cu raza r, este
dată de formula:
p0 = n0∙k∙T = = 0,5 ∙ 10-7 ∙ I ∙ J
unde :
n0 = concentraţia de electroni în arcul coloanei;
k = 1,37 ∙ 10-23 J/grad
T = temperatura [k] ;
I = curentul;
13
a = ; pentru temperaturi de 5000K, a=70cm2/s.
În cazul SF6 secţiunea variază brusc, din care cauză se schimbă şi constanta de timp.
Procesele de schimb de căldură sunt neinerţiale şi arcul poate fi considerat cvasistaţionar
pentru intervale de timp oricât de mici. Astfel se explică faptul că la curenţi oricât de mici, se
păstrează coloana arcului coloana lui conductoare.
Curentul în care devine zero, atunci când, conductanţa arcului devine zero, adică la
temperatura plasmei de 4000K.
Conductanţa coloanei de arc în SF6 scade la zero în aproape 0,25µs înainte de trecerea
curentului prin zero, pe când la aer, în condiţii identice, conductanţa rămâne suficient de mare
chiar la trecerea prin zero, ducând la reaprinderea arcului.
Se observă că variaţia rigidităţii la SF6 este mult mai rapidă în special după 0,5µs de la
trecerea curentului prin zero. Aceasta explică faptul că întreruptoarele cu SF6 pot rupe curenţi
mult mai mari în condiţiile dure ale unor scurtcircuite apropiate fără utilizarea rezistenţelor de
şuntare.
Această evoluţie a proceselor din arc în zona trecerii curentului prin zero, are loc numai
dacă viteza la intrarea în duză are o valoare minimă dată de relaţia:
W1>W1 min=620∙
Altfel au loc reamorsări de arc.
Proprietăţile arcului electric de a păstra nucleu conductor până la curenţi foarte mici,
permite deconectarea sarcinilor mici inductive, fără apariţia unor supratensiuni mari.
Un conţinut de până la 20% aer în SF6, duce la o scădere de 10% a vitezei de creştere a
temperaturii de restabilire. La conţinut mai mare de aer, acest parametru se înrăutăţeşte simţitor,
dar chiar la 30% aer valoarea absolută a vitezei de creştere a tensiunii de restabilire poate fi de
6KV/ µs.
14
CAPITOLUL IV
CONCEPTE PRIVIND MENTENANŢA ŞI TEHNOLOGII UTILIZATE
PENTRU SIGURANŢA S.E.N.
Prezentul capitol abordează corelarea privind alegerea tipului de mentenanţă funcţie de:
tehnologiile de realizare a staţiilor de transformare, starea tehnică a instalaţiilor electrice
existente, dotările referitoare la monitorizarea parametrilor de la ansamblurile funcţionale şi
existenţa bazei de date dedicate aferente comportării în exploatare a acestora. Apreciind cât mai
corect riscul asumat de proprietarul/gestionarul instalaţiilor electrice se pot adopta soluţii din
faza de proiectare a staţiilor de transformare care să necesite o mentenanţă redusă dar cu
costuri de investiţii iniţiale mari atât pentru staţii noi cât şi pentru cele retehnologizate.
Cuvinte cheie: tehnologii de staţii, mentenanţă, risc, siguranţă.
4.1. GENERALITĂŢI
15
Astăzi, când presiunea asupra proprietarilor/ gestionarilor de instalaţii electrice a crescut
datorită cerinţelor crescânde de mentenabilitate şi eficienţă care trebuie asigurate în condiţiile
dezvoltării pieţei de energie şi exigenţelor impuse de interconexiunile dintre marile sisteme
electroenergetice, alegerea din faza de proiectare a unor concepte de staţii electrice care să
conducă la siguranţă şi flexibilitate mărită în exploatare, precum şi la o mentenanţă redusă,
devine o preocupare deosebită pentru producătorii, transportatorii, distribuitorii şi furnizorii de
energie electrică.
4.2. CONSIDERAŢII PRIVINDTEHNOLOGIILE DE REALIZARE ASTAŢIILOR DE
TRANSFORMARE
Performanţa unei staţii este dată în principal de trei factori: calitatea ansamblurilor
funcţionale din componenţa acesteia, tipul de schemă monofilară şi sistemul de exploatare
adoptat. Nivelul de performanţă al unei staţii de transformare trebuie să aibă în vedere:
importanţa acesteia pentru sistemul electroenergetic (de interconexiune, de
evacuarea puterii din centrale etc.) natura consumatorilor alimentaţi, riscul asumat de
proprietar/gestionar şi impactul asupra mediului inclusiv asupra populaţiei. Pentru a analiza ce
soluţii tehnologice se impugn la proiectarea staţiilor noi sau la retehnologizarea celor existente,
se vor prezenta principalele tipuri de staţii existente în România şi cerinţele actuale impuse
proprietarilor/gestionarilor acestor staţii în condiţiile unei dezvoltări durabile. În România, la
nivelul anului 2008, cca. 99% din staţiile existente au fost realizate după tehnologia cu izolaţie în
aer (A.I.S) terminologie care a avut la bază IEC 60.050 capitolul 605 şi IEC 60.694, 3.1.2.
Principalele scheme monofilare utilizate în staţiile existente cu tensiuni peste 110 kV inclusiv
sunt de următoarele tipuri: bară simplă secţionată, dublu sistem de bare (cu diverse variante
constructive) bare duble şi bare de transfer, schemă H şi poligonală.
Aparatajul din componenţa staţiilor existente are ca mediu izolant aerul, SF6 şi uleiul
electroizolant iar carcasele şi izolatorii support sunt de porţelan sau materiale compozite.
Indicatorii de fiabilitate ai unei astfel de staţii depind în principal de: flexibilitatea schemelor
monofilare şi performanţele tehnice ale aparatajului, echipamentelor şi materialelor utilizate în
construcţia acestora, inclusiv pentru partea de comandă, control şi protecţie, starea tehnică a
acestora, solicitările dielectrice,
16
energia vehiculată, condiţiile atmosferice, zona de seismicitate şi de poluare şi nu în ultimo rând
de modul cum se execută exploatarea şi mentenanţa acestora. Staţiile în tehnologia A.I.S
sunt de trei tipuri: construcţie normală, compactă (Fig.1) şi cele care combină mai multe
aparate (Fig.2). Fig. 2: Combined switching device
Disconector,
Earthing Switch Pe măsura dezvoltărilor tehnologice s-a
trecut
de la tehnologia A.I.S la G.I.S (staţii cu izolaţie în gaz)
amplasate în mod deosebit în zone urbane şi zone
puternic poluate. În prima etapă izolaţia cu gaz SF6 a
barelor s-a executat monofazat în special pentru staţiile
cu tensiuni de peste 220 kV inclusiv ca ulterior
tehnologia să permită izolare trifazată într-o singură
carcasă. Carcasele în care se află aparatajul şi barele
colectoare trebuie astfel realizate încât scăpările de gaz
(SF6) să nu depăşească 1% timp de un an raportat la
volumul modulelor din staţia respectivă. Deoarece gazul
17
SF6 este considerat o substanţă toxică, în ultimii ani se utilizează o combinaţie de SF6 şi azot în
proporţie de cca. 20% azot. Avantajele majore ale staţiilor capsulate şi izolate cu SF6 sau mixt
(SF6 şi azot) sunt: ocupă un spaţiu mult mai redus decât cele în tehnologia A.I.S (cca. 5%),
fiabilitatea este mărită, emisii reduse de CO2 şi mentenanţa redusă pe durata ciclului de viaţă. Se
menţionează că pentru o staţie cu module G.I.S montate în exterior, dacă se face analiza
economică aplicând metoda cost-beneficiu, rezultă că pe durata de viaţă costurile sunt
comparabile cu o staţie în tehnologia A.I.S. n figurile 3 şi 4 sunt prezente staţii în tehnologia
G.I.S realizate în exterior, precizând că în fig. 4 este arătată partea de 400 kV a staţei Brazi Vest
din gestiunea C.N. Transelectrica – S.A. care conţine un întreruptor pe circuit, bare colectoare
duble cu cuplă transversală, 2 celule de linie, una celulă de AT şi două celule de măsură. În
vederea valorificării avantajelor celor două tehnologii A.I.S şi G.I.S în ultima perioadă sau
realizat staţii cu tehnologia H.I.S (hibride). Mediul izolant din aceste staţii fiind SF6, SF6 + azot
şi aerul. De regulă se foloseşte în cazul acestei tehnologii izolaţia în aer pentru transformatoare,
bare colectoare şi descărcătoare. În figurile 5 şi 6 se exemplifică realizări de staţii cu tehnologia
H.I.S. Fig. 6: Hybrid Substation
4.3. ALEGEREA TIPULUI DE MENTENANŢĂ FUNCŢIE DE TEHNOLOGIA DE
REALIZARE ASTAŢIILOR
În România „Regulamentul de conducere şi organizare a activităţii de mentenanţă”
aprobat de ANRE în 2002, defineşte mentenanţa ca fiind: Ansamblul tuturor acţiunilor tehnice şi
organizatorice care se execută asupra structurilor, instalaţiilor (sistemelor) şi componentelor
(SISC) aflate în exploatare şi care sunt efectuate pentru menţinerea sa restabilirea stării tehnice
necesare îndeplinirii funcţiilor pentru care au fost proiectate Mentenanţa ca obiect al
managementului activelor gestionate sau aflate în proprietatea producătorilor, transportatorilor şi
distribuitorilor de energie electrică, a cunoscutpe parcursul dezvoltării Sistemului
Electroenergetic din România următoarele etape:
4.3.1. Aplicarea mentenanţei corective
Acest tip de mentenanţă presupunea efectuarea de lucrări numai după apariţia unor
incidente sau avarii în instalaţiile electrice. Din experienţa românească, şi nu numai, s-a dovedit
18
că aplicarea acestui tip de mentenanţă era neeconomică şi a avut implicări majore în alimentarea
cu energie electrică a tuturor categoriilor de consumatori. Pentru a elimina deficienţele
mentenanţei corective s-a trecut la mentenanţa preventivă.
4.3.2. Aplicarea mentenanţei preventive bazată pe timp
Ca urmare a creşterii exigenţei consumatorilor privind alimentarea cu energie electrică şi
pentru a răspunde condiţiilor de siguranţă impuse instalaţiilor care formau Sistemul
Energetic Naţional (SEN) au fost elaborate Normative care reglementau categoriile de lucrări
care trebuiau executate la elementele componente ale SEN (întreţinere, revizii tehnice, reparaţii
curente, reparaţii capitale şi modernizări) precum şi intervalele la care
trebuiau efectuate. Mentenanţa preventivă a dat rezultate bune privind continuitatea şi siguranţa
sistemului dar s-a dovedit că nu este o soluţie economică pe termen lung, deoarece se executau
lucrări de mentenanţă şi la echipamente care nu necesitau
acest lucru. În vederea eliminării acestei deficienţe s-a trecut la mentenanţa bazată pe starea
echipamentelor (condiţii).
4.3.3. Mentenanţa bazată pe starea ansamblurilor funcţionale
Bazat pe starea tehnică a ansamblurilor funcţionale, rezultată din măsurătorile anterioare
şi ţinând seama de importanţa staţiilor de transformare au fost selectate în vederea efectuării
lucrărilor de mentenanţă numai o parte din ansamblurile de acţionare din staţii. Acest tip de
mentenanţă a condus la reducerea costurilor dar şi aceasta nu
garantează coeficienţi de siguranţă mărită pentru SEN.
Pentru obţinerea unor coeficienţi de siguranţă pentru SEN la nivelul cerut de reglementările
UCTE s-a trecut la mentenanţa bazată pe fiabilitate.
4.3.4. Mentenanţa bazată pe fiabilitate
Mentenanţa centrată pe fiabilitate puneaccentul pe fiabilitatea ansamblurilor funcţionale
stabilită încă de la faza de proiectare a ansamblului respectiv şi a elementelor componente ale
19
acestuia. Acest tip de mentenanţă permite înlocuirea unor elemente sau chiar a ansamblului
funcţionalţinând seama de durata normată prevăzută de proiectantul ansamblului, suplimentar
faţă de cele depistate ca fiind necorespunzătoare cu ocazia măsurătorilor. Cu toate că acest tip de
mentenanţă pe lângă reducerea costurilor a îmbunătăţit şi indicatorii de siguranţă pe staţii şi
ansamblu SEN totuşi se păstrează un risc dedefectare în mod deosebit pentru echipamentele
importante (transformatoare, bobine de compensare, compensatoare sincrone şi altele). În
vederea optimizării costurilor, prevenirii defectării ansamblurilor şi minimizării riscului
de apariţie a unor defecte în staţii şi pe totalRET se propune aplicarea mentenanţei bazatăpe risc
cunoscută ca mentenanţă focalizată peperformanţă.
4.3.5. Mentenanţa bazată pe risc/focalizată peperformanţă
Acest tip de mentenanţă reprezintă „Ansamblul lucrărilor de mentenanţă preventivă
stabilite pe baza unui volum mare de monitorizări, cunoaşterii evoluţiei parametrilor de la
echipamentele importante, cunoaşterii caracteristicilor şi performanţelor elementelor
componente ale echipamentelor, cunoaşterii costurilor de înlocuire a echipamentului
propriuzis şi a elementelor componente,precum şi a cunoaşterii costurilor asociate”.
Aplicarea acestui tip de mentenanţă presupune existenţa unei baze de date cu software dedicate
privind: performanţele echipamentelor, evoluţia parametrilor în exploatare,
monitorizările şi diagnosticările, evidenţa evenimentelor la fiecare echipament important
(transformator, bobină de compensare etc.) şi costul întreruperilor în alimentarea cu energie
electrică funcţie de natura consumatorilor.
Alegerea tipului de mentenanţă care ar trebui aplicată, bazată pe condiţii, centrată pe
fiabilitate sau bazată pe risc, depinde dacă staţiile sunt noi, retehnologizate, în curs de
retehnologizare sau au o durată normată de viaţă spre limita admisă de fabricanţi sau
reglementările în vigoare.
4.4. CONCLUZII
Nivelul tehnologic de realizare al staţiilor de transformare şi conceptul de mentenanţă
adaptat stării tehnice a acestora sunt elemente esenţiale pentru asigurarea mentanabilităţii
instalaţiilor cu costuri optimizate ţinând seama de durata de viaţă a staţiilor. Cu cât tehnologia de
20
realizare a staţiei este mai performantă, aparatajul din concepţie foarte fiabil, sistemele de
monitorizare şi software-ul dedicate mai complete, specialiştii vor şti să interpreteze cât mai
corect evoluţia parametrilor ansamblurilor funcţionale, cu atât va creşte siguranţa SEN şi vor fi
create condiţiile cerute de dezvoltarea pieţelor de energie la nivel european.
21
CAPITOLUL V
METODE MODERNE DE DIAGNOSTICARE
5.1 FOLOSIREA METODELOR MODERNE DE DIAGNOSTICARE OFF-LINE
A ÎNTRERUPTOARELOR DE MEDIE ŞI ÎNALTĂ TENSIUNE ÎN
CONTEXTUL TRECERII LA MENTENANŢA BAZATĂ PE FIABILITATE
În cadrul procesului de retehnologizare a staţiilor de înalta tensiune s-au înlocuit
echipamentele de comutatie primara cu aparate performante, majoritatea de productie
externă.Firmele producătoare de echipamente de comutaţie nu furnizează date despre metodele
de încercare, instalaţiile utilizate si mărimile înregistrate pentru fiecare aparat, caracteristicile
puse la dispoziţie fiind generale si orientative. Principiile mentenanţei bazate pe fiabilitate, in
curs de implementatre in SEN, invoca demararea lucrarilor de verificare/reparare in functie de
22
alterareaproprietatilor principale ale echipamentului, timpul scurs de la ultima revizie, importanta
echipamentului in punctul de montaj, importanta staţiei in SEN. În lucrare se prezintă instalaţia
Diacom, folosită pentru diagnosticarea off-line a întreruptoarelor de medie şi înaltă tensiune.
Sunt prezentate metodele de diagnosticare şi un studio de caz constând din diagramele obţinute
în timpul testării a două tipuri de întreruptoare noi, cu interpretările corespunzătoare.
1. INTRODUCERE
În cadrul procesului de retehnologizare a staţiilor de înalta tensiune s-au înlocuit
echipamentele de comutatie primara cu aparate performante, majoritatea de productie externă.
Firmele producătoare de echipamente de comutaţie nu furnizează date despre metodele de
încercare, instalaţiile utilizate si mărimile înregistrate pentru fiecare aparat, caracteristicile puse
ladispoziţie fiind generale si orientative. Principiile mentenanţei bazate pe fiabilitate, în curs de
implementatre in SEN, invocă demararea lucrarilor de verificare/reparare în funcţie de alterarea
proprietăţilor principale ale echipamentului, timpul scurs de la ultima revizie, importanţa
echipamentului în punctul de montaj, importanţa staţiei în SEN.Trasarea curbelor de depreciere a
caracteristicilor funcţionale a echipamentelor de comutaţie se poate executa prin metode de
supraveghere continua (monitorizare on-line)., metode de diagnoza la termene prestabilite
(metode off-line) sau la intervenţii limita (defect, avarii ale echipamentelor adiacente, declansari
de scurtcircuit peste numărul garantat). Pentru estimarea gradului de uzura a echipamentului la
un moment dat este necesara inregistrarea unor date initiale in conformitate cu o metodologie
unitara. Acest referential constituie „amprenta initiala” a stării echipamentului.
2. METODE DE DIAGNOSTICARE OFF-LINE
Conceptul de diagnosticare off-line a întreruptoarelor reprezintă o soluţie de compromis
între costuri şi funcţionabilitate, indicând cel mai bun raport cost/utilitate sau cost/parametru
verificat.
Traductoarele utilizate în determinari off-line sunt obişnuite, instalaţia fiind concepută în
sistem cvadripol, în sistem “black bottle”, corelarea între mărimile de intrare şi cele de ieşire
făcându-se prin software specializat, cu conversie analog-digitală şi achiziţie în timp real.
Spre deosebire de metoda de dignoză on-line, în această situaţie măsuratorile se efectuează cu
echipamentul retras din exploatare, dar durata de testare alocată unui ciclu nu depaşeşte 3 ore
pentru o unitate trifazată de 400 kV.
23
Metodologia de lucru cu instalaţia de diagnosticare off-line constă în aplicarea a trei metode
care permit aprecierea stării de uzură a întreruptorului din punct de vedere electric şi mecanic,
precum şi a mecanismului său de acţionare.
Metoda rezistenţei electrice de contact este, probabil, cea mai utilizată metodă de evaluare a
aptitudinii de transport a energiei electrice a unui echipament de comutaţie.
Din analiza caracteristicii rezistenţei electrice se evaluează starea echipamentului în funcţie de:
valoarea rezistenţei electrice a căii principale de curent (rezistenţa se evaluează ca fiind
media rezistenţei electrice pe un interval de timp, de exemplu 0,1 s, într-o zonă de rezistenţă
stabilizată şi/sau de cursă staţionară);
lungimea discontinuităţilor electrice;
lungimea contactului de arc (determinat prin înregistrarea simultană şi a cursei contactului
mobil).
Metoda caracteristicilor cinematice se bazează pe determinarea cursei contactului mobil la
manevre simple, sau la cicluri de manevre. Prin derivarea numerică a cursei se determină viteza,
respectiv acceleraţia contactului mobil.
Caracteristica cursei conţine informaţii importante despre modul în care se realizează cursa din
punct de vedere mecanic. O atentă analiză furnizează informaţii despre: calitatea ungerii
mecanismului de acţionare, energia de acţionare disponibilă, calitatea amortizării sistemului, etc.
Inregistrată simultan cu alţi parametrii, cursa serveşte la o corectă localizare a evenimentelor,
furnizând informaţii utile despre: timpii proprii de acţionare, lungimea contactului de arc, cursa
în contact, etc. Un parametru important este viteza contactului mobil. In mod frecvent
interesează viteza contactului mobil la atingerea, respectiv desprinderea contactelor. In figura 1
sunt date câteva exemple tipice de caracteristici obţinute la sisteme ce prezintă anomalii
Fig.
1. Exemple de cursă normală (cn) şi curse cu anomalii la o manevră de deschidere
Semnificatia notaţiilor din figura 1:
24
a) întrziere în delanşarea mecanismului datorită unei proaste ungeri;
b) viteză scăzută datorată reducerii acumulării de energie în mecanismul de acţionare;
c) amortizare scăzută datorată, de exemplu, defectării amortizorului de cursă ;
d) micşorarea distanţei de izolare datorată, de exemplu, defectării amortizorului de cursă.
Metoda timpilor de acţionare şi a nesimultaneităţilor se bazează pe determinarea
timpilor de acţionare, precum şi a nesimultaneităţilor dintre faze sau camere la manevre simple
de închidere, respectiv deschidere. In circuitul electric al echipamentului se injectează o tensiune
de 1 12 V c.c. şi se înregistrează simultan căderile de tensiune pe faze sau pe camerele
aceleiaşi faze. Pentru determinarea timpilor de acţionare este necesară înregistrarea suplimentară
a curentului prin bobinele de comandă.
Timpii de acţionare se determină ca fiind timpul scurs între momentul apariţiei curentului
prinbobinele de comandă şi momentul în care s-a realizat atingerea / desprinderea contactelor
2. ÎNCERCARI EFECTUATE PRIN METODA OFF-LINE
Încercările şi măsurătorile efectuate prin metoda off-line pentru diagnosticarea întreruptoarelor
de înaltă tensiune sunt :
Măsurarea rezistenţei n regim dinamic ;
Incercări cinematice ;
Măsurarea timpilor şi a nesimultaneităţilor ;
Măsurarea vibraţiilor.
3.1. Masurarea rezistenţei contactelor de regim permanent şi rezistenţei contactelor de arc
(rezistenţă dinamică)
Aceasta metoda impune măsurarea cu o sursa de curent continuu intens (500-800 A) la joasă
tensiune, într-un ciclu complet I-D sau D-0,3s-I-D (RAR). Măsurarea se executa cu o instalaţie
automata.
In figura 2 este prezentat un exemplu de oscilogramă obţinută la o manevră de
anclanşare/declanşare a unui întreruptor de medie tensiune :
25
Fig. 2.
Oscilograma obţinuta prin metoda rezistentei electrice de contact
Printr-o interpretare corectă, dintr-o astfel de oscilogramă se pot determina valorile
rezistenţei contactului (dinamice), lungimea discontinuităţilor electrice, lungimea contactului de
arc.
3.2. Încercări cinematice
3.2.1. Poziţia contactelor principale
Poziţia contactelor principale este importantă în determinarea cursei totale şi a cursei în
contact, distanţa dintre contactul de arc şi cel permanent fiind determinată pentru un tip de
echipament. Stabilirea şi reglarea poziţiei contactelor principale elimină încălzirile zonei de
contact, iar în poziţia deschis asigură spaţiul necesar de izolare la tensiunea de restabilire
normată.
3.2.2. Caracteristicile de acţionare
Forma caracteristicilor de acţionare (lucru) sunt determinate în aprecierea stării
întreruptorului. Existenţa vibraţiilor la închidere poate determina un curent de prearc care uzează
contactele şi generează supratensiuni importante. Viteza de deschidere influenţează în mod direct
durata arcului, iar acceleraţia mărită în momentul desprinderii contactelor (generatoare de suflaj
suplimentar) ajută la ruperea arcului electric de curent mic. În consecinţă, determianrea
acceleraţiei, vitezei şi vibraţiilor la închidere şi deschidere sînt caracteristici utile a fi evaluate
într-o activitate de diagnosticare
3.3. Măsurarea timpilor de comutaţie şi a nesimultaneităţilor
Măsurarea duratelor de comutaţie şi a curenţilor absorbiti de borbinele mecanismului de
acţionare au o mare importanţă în aprecierea stării de uzura a elementelor aflate în mişcare, uzura
care poate determina creşterea duratelor de arc şi, implicit, măsurarea uzurii contactelor. Timpii
de acţionare se determină ca fiind timpul scurs între momentul apariţiei curentului prin bobinele
26
de comandă şi momentul în care s-a realizat atingerea / desprinderea contactelor. Momentul
atingerii/desprinderii contactului se poate estima din oscilograma obţinută prin metoda
rezistenţei electrice de contact, iar apariţia curentului prin bobinele de comandă poate fi aflat cu
ajutorul unei oscilograme similare celei din figura 3. Nesimultaneităţile se vor determina ca fiind
neconcordanţele dintre timpii de comutaţie a celor 3 faze.
3.4. Măsurarea curenţilor prin bobinele de acţionare
Curenţii prin bobinele de acţionare vor fi determinaţi ajutorul unei oscilograme similară
celei din figura 3, aceste mărimi putănd fi folosite pentru analiza gradului de uzură al sistemului
de acţionare a echipamentului.
Figura 3. Oscilograma folosită pentru determinarea momentului apariţiei curentului prin
bobinele de acţionare.
3. INSTALAŢIA DE DIAGNOSTICARE DIACOM
La ICEMENERG Bucuresti, colectivul Laboratorului de Mare Putere a realizat o instalaţiede
diagnosticare off-line a echipamentului de comutaţie de medie şi înaltă tensiune, la producătorul
de echipament şi în exploatare in sistemul energetic, pentru stabilirea performanţelor
echipamentului şi a momentului de aplicare a programului de mentenanţă. Instalaţia este utilizată
pentru:
înregistrarea curentului şi a căderii de tensiune pe calea principală de curent; a curentului
prin bobinele de comandă; a cursei contactului mobil;
determinarea, în regim dinamic, a rezistenţei electrice a căi principale de curent şi a vitezei
contactului mobil;
determinarea timpilor proprii de acţionare şi a nesimultaneităţilor la conectare şi
deconectare;
Descrierea şi principiul de funcţionare:
Instalaţia de diagnosticare este de tip portabil, destinată diagnosticării off-line a
27
întreruptoarelor de înaltă tensiune prin metodele rezistenţei electrice de contact şi a
caracteristicilor cinematice.
Este compusă din doua module principale:
modul de achiziţie si transmitere comenzi (execuţie);
modul de comandă.
În figura 4 este prezentată schema bloc a instalaţiei în care:
1 - Modul de comanda;
2 - Modul executie;
3 - Modul achizitie;
4 - Traductor de cursa;
5 - Baterie auto 12V/88Ah;
Sh5 - Sunt pentru curentul prin bobinele de comanda: In=10A;
Sh700 - Sunt pentru curentul prin circuitul principal: In=1000A;
RBI - Releu comanda bobina de inchidere;
RBD- Releu comanda bobina de deschidere;
RCP- Releu comanda contactor circuitul principal;
CP - Contactor circuitul principal;
MIz - Modul izolatori galvanici;
SAIz - Sursa de alimentare modul izolatori galvanici;
PB - Placa de borne.
Instalaţia are în componenţa sa accesorii constînd din traductoare de cursă liniară şi de
rotaţie, dispozitive de prindere a traductoarelor de cursă, baterie auto 12V/88Ah, cabluri de forţă,
de comandă şi măsură.
28
Fig. 4. Schema bloc a instalaţiei de diagnosticare a întreruptoarelor
Instalaţia se conectează în paralel la circuitul de comenzi operative al întreruptorului. Cu
ajutorul modulului de comandă se selectează tipul de manevră ce urmează a se efectua. Se
lansează în execuţie programul corespunzător metodei de diagnosticare ce va fi utilizată şi se
introduc datele
pentru iniţializarea achiziţiei (rata de achiziţie, număr de eşantioane, ordinea canalelor de
achiziţie), precum şi pentru definirea caracteristicilor încercării (tip manevră, fază, pol, cameră
de stingere).
Prin acţionarea butonului principal al modulului de comandă se emit simultan semnale de
tensiune pentru:
acţionarea releului contactorului din circuitul căii principale de curent
declanşarea achiziţiei la interfaţa analog-numerică.
Cu o intîrziere ce depinde de tipul de manevră ce se efectuează, se emite semnal de tensiune
pentru acţionarea releului din circuitul bobinelor de inchidere/deschidere.
În timpul efectuării de catre întreruptor a tipului de manevră selectat se achiziţioneaza datele
corespunzătoare semnalelor electrice aplicate la intrarea canalelor specificate în faza de setare a
programului de achiziţie.
Semnalele analogice furnizate de traductoarele de cursă, tensiune şi curent sunt conectate la
un modul de amplificatoare cu izolare galvanică prin fire cu ecranul conectat la masă în scopul
eliminării perturbaţiilor electromagnetice caracteristice staţiilor de înaltă tensiune. Din modulul
de
amplificatoare cu izolare galvanică semnalele electrice sunt transferate la intrarea în placa de
achiziţie numerica şi apoi în calculator pentru prelucrări numerice şi stocare în fişiere în a căror
denumire sunt transmise caracteristicile încercării.
4. ÎNCERCĂRI DE DIAGNOSTICARE
Utilizând instalaţia Diacom s-au efectuat peste 2000 de încercări pe întreruptoare de medie şi
înaltă tensiune, iniţiindu-se o bază de date care constituie principala sursă de informaţii în
optimizarea lucrărilor de mentenanţă pe aceste echipamente.
Pentru exemplificare vom reda încercări pe două tipuri de întreruptoare şi interpretările
aferente.
5.1. Intreruptor de 220 kV, montat în staţie electrică de transport
29
În figurile de mai jos se exemplifică metoda de determinare a amprentei iniţiale pe faza T.
Fig. 5. Variaţia rezistenţei contactului (dinamice) in funcţie de timp.
Diagramă folosită pentru determinarea rezistenţei contactelor de regim permanent
Fig. 6. Variaţia curenţilor prin bobina de acţionare în funcţie de timp.
Diagrama folosita pentru determinarea valorii curentilor
Fig. 7. Variaţia cursei contactului mobil în funcţie de timp
30
Fig. 8. Variaţia rezistenţei contactului (dinamice) in funcţie de timp.
Diagrama folosită pentru determinarea rezistenţei contactelor de arc şi a timpului de anclanşare
Fig. 9. Variaţia cursei contactului mobil la anclanşare în funcţie de timp
Fig. 10. Variaţia vitezei contactului mobil la anclanşare în funcţie de timp
Fig. 11. Variaţia curentului prin bobina de anclanşare în funcţie de timp.
31
Diagrama folosită pentru determinarea timpului de anclanşare
Fig. 12.
Variaţia rezistenţei contactului (dinamice) în funcţie de timp.
Diagrama folosită pentru determinarea duratei vibraţiilor şi timpului de declanşare
Fig. 13. Variatia cursei contactului mobil la declanşare în funcţie de timp
Fig. 14. Variaţia vitezei contactului mobil la declanşare în funcţie de timp
32
Fig. 15. Variaţia curentului prin bobina de declanşare în funcţie de timp.
Diagrama folosita pentru determinarea timpului de declanşare
5.2. Intreruptor de 110 kV, montat în staţie care deserveşte o unitate de producere a
energiei electrice
In figurile de mai jos se exemplifica metoda de determinare a amprentei initiale pe faza S.
Fig. 16. Variaţia rezistenţei contactului (dinamice) în funcţie de timp.
Diagramă folosită pentru determinarea rezistenţei contactelor de regim permanent
Fig. 17. Variaţia curenţilor prin bobina de acţionare în funcţie de timp.
Diagrama folosită pentru determinarea valorii curenţilor
Fig. 18. Variaţia rezistenţei contactului (dinamice) în funcţie de timp.
Diagrama folosită pentru determinarea rezistenţei contactelor de arc.
33
Fig. 19. Variaţia rezistenţei contactului (dinamice) in funcţie de timp.
Diagrama folosită pentru determinarea timpului de anclanşare
Fig. 20. Variatia curentului prin bobina de anclanşare in functie de timp.
Diagrama folosita pentru determinarea timpului de anclansare
Fig. 21. Variaţia rezistenţei contactului (dinamice) in funcţie de timp.
Diagrama folosita pentru determinarea timpului de declansare
Interpretări :
Din diagrama din figura nr. 18 se observa vibraţii la anclanşare.
Rezistenţa contactelor de arc este de 170,2 μΩ, cu 74% mai mare decât pe fazele R si T.
Se recomandă urmărirea variaţiei rezistenţei de arc şi înlocuirea polului la depaşirea cu 20%
a valorii iniţiale.
34
6. CONCLUZII
Programarea lucrărilor de mentenanţă se poate face in mod eficient şi cu puţine costuri
cunoscând starea tehnica reală a echipamentului investigat, raportat la un referenţial ;
Referenţialul este reprezentat de « amprenta initiala » a întreruptorului şi cuprinde rezistenţa
dinamică, caracteristicile cinematice (cursa şi viteza contactelor), timpii şi
nesimultaneitaţile ;
Instalaţia realizată de SC Filiala ICEMENERG SA înregistrează toate mărimile
caracteristice ale întreruptoarelor şi poate detecta atât neconformităţi de funcţionare ale
echipamentelor de comutaţie cât şi cauzele care au produs aceste neconformităţi ;
Utilizarea initială şi ciclică a instalaţiei de diagnoză permite înlocuirea mentenanţei
programate cu mentenanţa predictivă, cu influenţe importante asupra costurilor de
întreţinere şi de retragere din serviciu a echipamentelor de comutaţie supravegheate
5. 2 Folosirea termometrelor IR Fluke 66 şi 68 pentru depanarea electrică şi mentenanţă
preventivă şi predictivă
Datorită existenţei a numeroase sisteme interconectate şi echilibre de
sarcină sensibile în fabricile din zilele noastre, există destule cauze
generatoare de defecte.
Prin instituirea unei întreţineri preventive şi predictive regulate, putem
observa problemele înainte de producerea lor şi putem reduce considerabil
şansele de cădere ale sistemului.
Problema este găsirea unei căi de monitorizare eficientă a tuturor acestor
sisteme. Aici termometrele cu infraroşu devin utile. Schimbările de
temperatură indică de multe ori căderea, iar termometrele cu infraroşu fac
35
mai uşoară măsurarea frecventă şi rapidă a temperaturii.
Această notă de aplicaţie explică modul de utilizare a termometrelor IR performante pentru
depanarea electrică şi întreţinerea predictivă.
Principii de bază în măsurarea temperaturii în IR
Un termometru IR poate efectua măsurări rapide, fără contact, de la distanţă. Acesta ne permite
să măsurăm obiecte care sunt periculoase la atingere, cum ar fi ţinte cu energie mare, caustice
sau în mişcare de rotaţie. Termometrele IR cum ar fi Fluke 66 şi Fluke 68 măsoară emisiile
invizibile în infraroşu ale unui obiect şi păstrează valoarea măsurată pe afişaj până când se
realizează o altă măsurare. Aceste măsurări pot fi stocate în memorie pentru a fi afişate mai
târziu. Caracteristica principală a termometrelor IR este raportul distanţă-spot, practic cât de
departe poate măsura termometrul o anumită ţintă cu exactitatea specificată de producător. La
termometrele performante, raportul dintre distanţa până la ţintă şi dimensiunea spotului măsurat
este pe cât de mare posibil. Cu cât raportul este mai mare, cu atât mai mică este şansa de a
măsura neintenţionat zone din jurul ţintei.
Mai multe informaţii despre bazele măsurării temperaturii cu infraroşu pot fi găsite în nota de
aplicaţie Fluke “Măsurări fără contact a temperaturii folosind termometre IR”.
Aplicaţiile termometrelor IR în întreţinerea electrică şi de proces.
ˇ Localizarea întreruptoarelor de suprasarcină într-un panou de distribuţie;
ˇ Identificarea siguranţelor care funcţionează aproape de capacitatea lor nominală;
ˇ Identificarea problemelor în cutiile electrice de comutaţie;
ˇ Monitorizarea şi măsurarea temperaturii rulmenţilor la motoare mari sau alte echipamente
rotative;
ˇ Identificarea punctelor “fierbinţi” în echipamentele electronice;
ˇ Identificarea scurgerilor în vasele sigilate;
ˇ Depanarea valvelor de aburi;
ˇ Localizarea izolaţiilor defecte la conducte sau alte sisteme izolatoare;
ˇ Captarea măsurărilor de temperatură în procese.
36
Identificarea întreruptoarelor de suprasarcină
1 Măsurările de temperatură fără contact pot facilita găsirea unui întreruptor la sau în apropierea
capacităţii sale nominale. Dacă se măsoară circuite cu tensiune mare, fiţi foarte precauţi şi purtaţi
echipament de protecţie adecvat.
2 Scanaţi switch-urile într-un panou întreruptor şi faceţi măsurări.
Notă: Dacă corpul întreruptorului este acoperit de o placă în interiorul panoului va trebui să
îndepărtaţi placa pentru a avea acces vizual asupra ţintei măsurate. Pentru a măsura o arie mică,
este important să vă apropiaţi de ţintă într-un mod rezonabil. De exemplu, Fluke-68 măsoară un
spot de 0.8" de la 36" de ţinta măsurată.
3 Cautaţi variaţii de temperatură de la un întreruptor la altul. Un întreruptor cu o temperatură
măsurată cu aproxiamtiv 5°C mai mare decât a celorlate întreruptoare este foarte probabil să fie
greu sau complet încărcat.
4 Un test adiţional cu un cleşte de curent poate măsura sarcina curent reală şi ajuta să
determinăm cu siguranţă dacă avem nevoie de un întreruptor mai mare sau de o recablare.
Localizarea conexiunilor electrice defectuoase
Căderile din reţeaua electrică sunt cauzate frecvent de terminaţiile corodate, slăbite sau
îmbătrânite. Aceste conexiuni defectuoase în general creează o conexiune rezistivă şi corelate cu
scurgerile de curent generează căldură (P = I2R), adesea conducând la un circuit întrerupt care
poate cauza incendii sau alte condiţii periculoase.
Fiţi foarte precauţi şi purtaţi echipament de protecţie adecvat când lucraţi lângă circuite cu
tensiune înaltă.
Un terminal care măsoară 5°C mai mult decât alte terminale similare este posibil să prezinte
anumite probleme.
Utilizarea termometrelor IR pentru depanarea sistemelor pe aburi şi valve de aburi
37
Aburul este o sursă des întâlnită ca sursă de căldură în multe procese de fabricaţie. Boilerele
reprezintă metoda obişnuită de generare a aburului.
O altă metodă utilizează produse combustibile dintr-un proces, arzând produsele respective
pentru a încălzi un boiler, sau prin supraîncălzirea conductelor de apă într-un incinerator. Aburul
este apoi transportat prin conducte, adesea pe distanţe mari, pentru a fi folosit în zonele
industriale. Chiar dacă aceste conducte sunt izolate, căldura dată de aburi scade cu cât creşte
distanţa, cauzând procesul de condensare.
Condensul (apa) în conductele de aburi reduce energia efectivă a aburului şi poate cauza
dificultăţi în multe procese pe bază de aburi. Valvele de aburi sunt proiectate special pentru a
îndepărta condensul din conductele de aburi.
Testarea izolaţiei: Pentru a verifica izolaţiile conductelor şi boilerelor faceţi o inspecţie cu Fluke
66 sau Fluke 68.
1 Setaţi termometrul cu infraroşu pe modul MAX prin apăsarea pe butonul MODE până când în
partea de jos a display-ului se citeşte MAX.
2 Eliberaţi trăgaciul de măsurare şi scanaţi izolaţia de pe conducte şi boiler. Măsurarea maximă
va fi reţinută şi afişată în partea de jos a display-ului. O zonă neizolată poate prezenta
temperaturi de 400°C sau chiar mai mult.
3 Când aţi găsit punctele fierbinţi corectaţi izolaţia pentru a reduce pierderea de căldură.
Valve de abur: Dacă o valvă de abur se blochează pe poziţia deschis, se va pierde abur, ducând la
o pierdere de energie. Dacă se blochează pe poziţia închis nu va scoate condensul din conductă,
făcând procesul ineficient.
O valvă de abur defectă poate costa o uzină 500$ pe an, iar în fiecare an 10% din valve de abur
se defectează. Din moment ce uzinele mari au până la 1000 de valve de abur, ele pot deveni o
ţintă pentru întreţinere de valoare mare.
Ideal, valva de abur are o intrare de abur şi o ieşire intermitentă de condens.
1 Pentru a verifica dacă valva de abur funcţionează corect, măsuraţi mai întâi partea de intrare a
aburului.
2 Măsurând dinspre intrare spre ieşire, temperatura ar trebui să scadă semnificativ.
38
3 Dacă temperatura nu scade, valva de aburi este blocată pe poziţia deschis şi aburul trece în
conducta de condens.
4 Dacă temperatura nu scade prea mult, valva poate fi blocată pe poziţia închis şi condensul nu
trece.
Determinarea uzurii motorului prin căldura rulmenţilor
Datorită presiunilor de a reduce costurile operative, cei mai mulţi tehnicieni din uzine vor să
optimizeze ciclul de viaţă al motoarelor industriale.
Termometrele IR performante pot ajuta în acest caz, prevăzând când motoarele au nevoie de
întreţinere.
1 Începeţi cu un motor nou, lubrifiat corespunzător şi faceţi măsurările la cămaşa rulmenţilor
când motorul funcţionează. Utilizaţi aceste măsurări ca etalon.
2 Odată cu îmbătrânirea motorului şi a lubrifiantului, rulmenţii se uzează generând caldură prin
frecare, cauzând încălzirea cămaşii exterioare a rulmenţilor.
3 Faceţi măsurări suplimentare la intervale regulate, comparându-le cu măsurarea etalon pentru a
analiza condiţia motorului.
Sfaturi pentru măsurări: Etichetaţi rulmenţii motorului cu temperatura etalon pentru a facilita
comparaţia. Creaţi o ţintă neagră, plană, pentru măsurări precise.
4 Când măsurările indică un rulment supraîncălzit, emiteţi un ordin de întreţinere pentru a înlocui
sau lubrifia cămaşa ceea ce reduce posibilitatea unei căderi a motorului mult mai costisitoare.
Utilizarea termometrelor IR Fluke 66 şi 68
Pentru a activa termometrele Fluke 66 şi 68, doar apăsaţi trăgaciul pentru a începe citirea.
Eliberaţi trăgaciul pentru a vedea ultima măsurare. Se va opri automat după 7 secunde de
nefolosire.
Butonul MODE de măsurare: Comutaţi butonul MODE astfel încât în partea de jos a display-ului
să se citească maximul (MAX), minimul (MIN), diferenţa (DIF), media (AVG), alarma de
minim şi de maxim (LAL şi HAL), ajustarea emisivităţii (EMS) sau modul de măsurare cu sondă
(PRB). Stocarea şi recuperarea măsurărilor: Fluke 66 şi 68 pot măsura şi stoca până la 12 citiri.
1 Pentru a stoca o măsurare, ţineţi apăsat pe trăgaci.
39
2 Apoi eliberaţi şi ţineţi butonul MODE până când apare LOG în partea din stânga jos a display-
ului.
3 Eliberaţi butonul LOG pentru a stoca măsurarea. Va apărea un număr sub indicatorul LOG care
arată în ce locaţie de memorie este stocată măsurarea.
4 Pentru a vizualiza o măsurare stocată, eliberaţi şi ţineţi butonul MODE; când indicatorul LOG
este vizibil, folosiţi tastele jos şi sus pentru a parcurge măsurările.
Setări de emisivitate -
utilizarea sondei opţionale 80PR-60 RTD
Setările pentru ajustarea emisivităţii la Fluke 66 şi 68 permit compensarea efectelor obiectelor
emisive. Obiectele emisive reflectă undele de infraroşu mai degrabă decât să le absoarbă.
1 Pentru a ajusta setările de emisivitate, apăsaţi butonul MODE până când este afişat EMS
(emissivity). Folosiţi săgeţile sus şi jos pentru a schimba setările.
2 Odată ce emisivitatea este ajustată, puteţi să verificaţi setările cu sonda 80PR-60 TRD. Apăsaţi
butonul MODE până când este afişat PRB.
3 Utilizaţi sonda pentru a măsura temperatura la suprafaţa unui obiect.
4 Comparaţi această măsurare cu măsurarea non-contact pentru a verifica setările de emisivitate
pentru utilizarea ulterioară. Sonda 80PR-60 este folositoare pentru verificarea setărilor de
emisiviate. Poate fi folosită şi pentru măsurări precise de temperatură deşi nu este la fel de rapidă
ca o măsurare cu infraroşu.
Cele mai bune soluţii în măsurarea temperaturii IR
Pentru a obţine cele mai bune măsurări non-contact folosiţi aceste indicii:
ˇ Apropiaţi-vă de ţintă în limita siguranţei;
ˇ Când măsuraţi de la distanţă, trebuie să înţelegeţi dimensiunea ţintei măsurate pe baza
raportului distanţă-spot (Vezi Figura 1 şi 2);
ˇ Dacă trebuie să măsuraţi des o ţintă reflectivă, trebuie să acoperiţi suprafaţa reflectivă cu
vopsea neagră sau cu bandă pentru a obţine cele mai bune rezultate. Acest lucru ne asigură şi că
este măsurat acelaşi punct de fiecare dată;
ˇ Luaţi în considerare sursele de radiaţii infraroşu reflective. Obiectele care au suprafaţa lucioasă
reflectivă şi sunt emisive vor reflecta energia infraroşu de la alte obiecte învecinate, incluzând
40
soarele. Aceasta poate interfera cu măsurările făcute asupra radiaţiei IR a ţintei;
ˇ Experimentaţi cu câteva unghiuri pentru a obţine cea mai bună imagine. Este posibil să se
diminueze energia reflectată de la alte surse de energie IR;
ˇ Ajustaţi emisivitatea pentru a minimiza erorile de măsurare. Folosiţi sonda de contact pentru a
verifica aceste setări.
5.3 Comutatorul densitate pentru gazul SF6?
Ce este comutator densitate pentru gazul sf6?
Aceste dispozitive sunt folosite pentru a oferi protecţie pentru întrerupătoarele de înaltă
tensiune de circuit faţă de o pierdere de gaz dielectric izolant, hexafluorura de sulf (SF6). Având
în vedere că gazul este conţinut într-un vas de o mărime fixă, orice schimbare a temperaturii va
afecta presiunea din rezervor. Comutator de densitate trebuie să stabilească dacă orice alt gaz
SF6 a fost pierdut chiar şi cu rezervor de presiune aflat în continuă schimbare. Se realizează
acest lucru prin modificarea prevederilor punctelor prestabilite ale nivelului de densitate al
gazului SF6 . În cazul în care o combinaţie de temperatură şi de presiune scade sub nivelurile
prestabilite, comutator va alarma sau bloca(inchide), în funcţie de acţiunile ce se impun.
5.3.2.Cum lucreaza un comutator de densitate pentru SF6?
Prin măsurare de presiune şi de temperatură, se poate de duce densitatea gazului SF6.
41
Măsurare a presiunii este simplă. Presiunea în vas este aplicat pe un burduf de metal cate
este element sensibil. Forta produsa de burduf apasa pe un mecanism comutator, care este
contrabalansată de un arc calibrat. Acest lucru est un comutator simplu de presiune. Adaosul
de o temperatura de intrare este ceea ce spune comutatorului sa isi modifice punctele stabilite,
astfel încât acesta urmează isochor(densitatea ) corespunzătoare SF6. Temperatura poate fi
introdusa în mai multe moduri:
Temperatura „bec sensing” . Un asamble telcomandat bec constă dintr-un tub capilar cu un
bec la unul din capete şi un burduf flexibil de metal pe de altă parte. Ansamblu este umplut cu
un lichid care se va extinde sau contracta, în funcţie de temperatură. Extinderea şi contracţia a
fluidului va determina burduf de a circula şi adăuga sau scade o sarcină la mecanismul de
comutatie de densitatea .Acesta este schimbarea de sarcină care modifică punctele stabilite şi
forţele de la comutatorul de densitate de a urma o isochor specifice. Avantajul de a
mecanismului deste faptul că mecanismul pot fi plasat la distanţă de a comutatorul de densitate
în sine.
Detectarea temperaturii interioare. Aceasta se referă la orice metodă
de detectare care este conţinută în interiorul carpului intreruptorului.
În mod obişnuit aceasta constă dintr-o bi-componenta de metal care va
adăuga sau scade o sarcina pe dispozitivul de comutare de densitate, în
acelaşi mod ca un bec de la distanţă. Aceste unităţi sunt de obicei mai compacte şi mai puţin
costisitoare, dar locul de montaj este mai important, deoarece unitatea trebuie să-si schimbe
temperatura cu rată similară cu rezervorul itreruptorului de circuit.
Nivelurile de densitate variază în funcţie de nivelul de dielectric necesar, cvu cat este mai ridicat
nivel de dielectrice necesar, cu atat este mai mare presiunea necesară pentru orice temperatură
dată. Temperatura scăzută sau creşterea presiunii va provoca în cele din urmă lichefierea
gazului. Lichefierea este însoţită de o scădere a densităţii şi comutatorul de densitate trebuie să
fie capabil să reacţioneze la scăderea alarmantă de la nivelul adecvat. Unele aplicaţii fac uz de
gaze mixte ,de SF6 şi azot pentru a găsi un echilibru între operaţiunile la temperatură scăzută şi
nivellul de densitate.
42
5.4 TEHNOLOGII DE MONITORIZARE SI DIAGNOSTIC , DE LA DISTANTA , A
IZOLATIEI LA INTRERUPATOARELE CU SF6.
In acest subcapitol sunt prezentate tehnicile avansate de monitorizare si diagnostic penru
intrerultorul cu sf6 . Un sistem de monitorizare pentru descarcarile partiale UHF a fost proiectat
pe baza teoretică şi investigaţii experimentale şi artificiale ,pe baza programelor de simulare.
Sensibilitatea suficient de mare şi precizia pentru utilizarea practică au fost realizate pentru
pentru sistem. Sistemul a fost combinat cucapacitatea reţelele de date de a oferi o monitorizare
on-line la distanţă a sistemului. Un sistem de imagine bazat pe raze X şi senzori pentru
descarcari partiale au îmbunătăţit sensibilitatea lor si acurateţea şi aşa mai departe, pentru a
permite detectarea imperfecţiunile de contacte. Fiabilitate a fost mult îmbunătăţite datorită
acestor evoluţii.
Cuvinte cheie GIS - de izolare - parţială de descărcare de gestiune - Diagnoza -- De
monitorizare
Prezentare
43
GIS (GAS INSULATED SWICH GEAR)= ECHIPAMENTE DE COMUTATIA CAPSULATE
IN SF6 CE FOLSESC INTRERUPTOARE CU SF6.
Timp de aproape 40 de ani, intreruptorul cu SF6 a fost introdus în uz la nivel mondial. Si a fost
folosit în reţelele de transport al energie electrice, la toate nivelele de inalta tensiune , ca aparate
foarte fiabile şi compacte. Sondaje [1, 2] au raportat ca media de defectiuni majore este de
0.75/100 pe an pentru 60 - 700 kV . Rata de eşecuri dartorate izolatiei la toate eşecurile majore
a fost foarte mare.Pentru ca toate părţile de înaltă tensiune sunt închise într-o cuva , este destul
de dificil de a detecta defecte prin mijloacele convenţionale. Pentru a le detecta în faza de
început, o serie de sisteme de diagnosticare au fost instalate .Recent, tehnicile de diagnosticare
au fost mult îmbunătăţite pentru a satisface cererile pentru detectarea chiar mai putin de un min
imperfecţiunile , CBM (condiţie pe bază de întreţinere) şi aşa mai departe. * 7-2-1 Omika-cho,
Hitachi-shi, Ibaraki-ken, 319-1221 Defectele de izolatie sunt clasificate în două categorii. Prima
este, eşecuri care provin de la defecte de izolaţie , cum ar fi particule şi golurile în feronerie. Cea
de a doua este , eşecuri induse de la alte imperfectiuni, cum ar fi la contacte. Un sistem de
monitorizare (PDM) pt o descrcare parţială UHF este capabil să detecteze defectele .La PD pt
a obţine o sensibilitate şi precizie mai mare a în ceea ce priveşte evoluţia sistemului de multi
senzori şi algoritmi de diagnostic au fost dezvoltati [5, 6]. Pt a doua categorie eşec, observarea
pe baza razelor X a pieselor din interiorul GIS-ului reprezintă una dintre metodele cele mai
eficiente. Recent, o noua tehnologie imaginistica a fost dezvoltata în loc de metodă bazata pe
film. Acest lucru permite observarea detaliată a pieselor aflate pe poziţii profunde cu un
singura iradiere cu raze x.
44
Un sensor pt descompunerea gazelor cu sensibilitate îmbunătăţita a fost integrat într-un senzor
hybrid multi-funcţional, care permite mai multe tipuri de monitorizare şi de diagnosticare a
sarcinilor. Acest capitol prezinta recente inovatii in detectare şi tehnologii de diagnostic
pentru GIS. Mai mult decât atât, acest capitol introduce conceptul de o monitorizare de la
distanta pintr-un sistem, comantat de la un centru de monitorizare.
UHF SISTEMUL DE MONITORIZARE AL DESCARCARILOR PARTIALE
Caracteristicile de frecvenţă UHF Sensor
Ca un sistem PDM pt UHF are o sensibilitate ridicată şi răspunsul lui este de o frecvenţă peste
1GHz, influenţează mult răspunsul în frecvenţă şi acesta ar trebui să fi considerată din punct de
45
vedere al reducerii zgomotului. Răspunsul la frecvenţa senzorilor UHF de forma conica şi
forma discului au fost măsurate şi analizate cu ajutorul unui circuit teoretic. Figura 1
prezintă un modeled camera de stingere. Ambele capete au fost inchise cu conductoare conice.
Impedanţă caracteristica a întregului sistem de măsurare a fost stabilita la 50 Ω. Un senzor de
UHF a fost fixat pe un port (200 mm diametru), în mijlocul rezervorului. Cinci tipuri de
senzori (tabelul 1) au fost evaluate în acest sistem demăsurare . Impedanţă caracteristica a
senzorilor UHF a fost, de asemenea, 50 Ω. Capacitance C1 a fost între interior si senzor şi C2 a
fost intre marginea senzorului disc şi mantaua senzorului UHF (Fig. 2). Fiecare senzor disc a
este compus din cuplarea capacitiva C1 şi C2. Cu toate acestea, pentru fiecare senzor conic, C2
a fost considerat ca este egal cu zero. Semnale de 0 dBm (1mW) au fost introduse în rezervor
cu un generator de puls. Fiecare senzor UHF a primit semnalul de ieşire corespunzătoar, în
banda de frecvenţă de până la 1.5GHz. O sarcină de determinare a reflecţiile a reţinut valurile
provocatesi frecvenţele specifice în rezervor. Acest sistem a permis a evaluare a răspunsului
fiecarui sensor UHF în frecvenţă reală.
Figura 3 arată, spectrele masurate a senzorilor conici . Vârfurile frecventelor au fost atribuite
valurilor permanente care a apărut în jurul portului senzorului . Circuitul experimental a fost
analizat cu
software-ul PSpice A / D. Creştere diametrului senzorului a crescut valoarea lui C1. Figura 4
prezintă
rezultatele analizate. Răspunsuri la frecventa care creste monoton au fost destul de asemănătoare
cu cele măsurată în Fig.3, cu excepţia vârfurilor. Acest lucru sa datorat faptului că semnalul
intrare a fost diferenţiat în funcţie de valoarea C1. Acestea au sugerat că răspunsul în frecvenţă
depindea de valoarea lui C1. Cu toate acestea, nici un vârf nu a apărut în analize. Acest lucru a
subliniat că vârfurile nu au avut nici o legătură cu C1.
Varfurile care a apărut în fig. 3 a arătat creştere udelor primite de către fiecare senzor
UHF. Undele au apărut la frecvenţe mai speciale (320, 387, 490, 615MHz, etc), şi pentru a
obţinerea lor a fost nevoie de o putere mare. Mai mult decât atât, acesta a fost confirmat în
experimente de asemenea, că nici o putere efectivă nu a apărut la punctele A - D în jurul
portului de senzor fig. 5. Rezultatul a indicat faptul că numai puteriile reactive ar putea fi
furnizate periodic în jurul senzorului, care au provocat multe vârfuri ale undelor [7].
46
Frecvenţele val ar putea fi exprimate ca funcţii de RI, R0 şi R, în cazul în care RI: raza de
interior, RO: raza a rezervorului GIS şi R: raza portului senzorului (tabelul 2). De la aceste
rezultate, s-au clarificat dimensiunile potrivite ale senzorului.
Nou Dipol Tip senzor UHF
Pentru a spori sensibilitatea a unui senzor UHF pentru PD, este necesar a avea impedanţa
cablului si a zenzorului egala ,care este de obicei 50 - 75 Ω,.
Un dipole antenă are acesta impedanţă. Cu toate acestea, acesta coventie are următoarele
probleme. Acesta sensibilitate arată un vârf la rezonanta intre frecvenţe şi se dezintegrează rapid
pe ambele margini ale frecvenţei de rezonanţă. Un senzor de PD trebuie să aibă un răspuns largă
gama de frecvenţe . Pentru a satisface aceste cerinţe, un nou Senzor UHF a fost făcută cu ajutorul
a două jumătati de plăci de disc. Acest senzor a fost conceput ca senzorul de interior, care
urmează să fie instalat în interiorul rezervorului GIS. PD a fost măsurate în dBm, unitatea în
intervalul de frecvenţă este mai mare decât câteva sute de MHz în metoda de UHF, incarcarile
aparente (pC) din PD au fost simultan măsurate în conformitate cu IEC 60270, măsurarile şi
rezultatele au fost reprezentate grafic ca caracteristici dBm - pC. Distanţa dintre senzorul de
UHF şi surse de PD a fost de aproximativ 1 m. Senzorul intern a avut sensibilitate de 0,3 pC
raportul semnal / zgomot (S / N) = 3. Această valoare a fost de aproximativ zece ori mai mare
decât la cele de tip placa circulara[3]. S a confirmat faptul că noul senzorul au avut un timp de
răspuns suficient de mic pentru a detecta PD, prin intermediul experimentelor efectuate cu
impulsuri artificiale PD
descris în documentul de CIGRE TF [5, 8]. Directivitatea al senzorului a fost mai mică de 5 dBm
chiar şi atunci când senzor a fost intors cu 90 de grade (fig. 7). Prin urmare, după cum
unghi θ al senzorului a fost limitat în cadrul eroare de fabricaţie, influenţa directivitatii s-ar fi
neglijabil în utilizarea practicii.
47
Dimensiunea descarcarilor partiale (PD) se măsoară în unităţi de dBm cu un sistem PDM
UHF .Pd sunt luate in considerare dupa coloarea de pC,conversi dBm-pC este data in curba din
fig. 6 si cu distantele cuvei fig 8. Valorile pC au fost obţinute de către măsurători simultane cu
un PC convenţional
detector convenţional PC. Punctele de masurare convergente se unesc itr-o singura linie chiar şi
atunci când sursele PD au fost modificate. Acest lucru a însemnat faptul că conversie dBm-pC a
fost independent de defectii.
48
Diametrul a fost schimbat 250 - 850 mm. Aceste diametru face obiectul dimensiunii unui
rezervor de GIS clasă 66 - 1,100 kV. Punctele de masurare convergente se unesc intro o singură
linie (Fig. 9), precum şi caracteristicile dBm-pC al PC-ul sunt independente de rezervorul de
măsură. Aparent sarcina q depinde de capacitance a unui spaţiu de descărcare local între un
electrod de inalta tensiune si o electrod legat la pamnt, şi este proporţională cu inversul razei
rezervorului ro chiar dacă qo real, sarcina este constantă, adică q = qo / ro [9]. Undele electro-
magnetice UHF se propagă în GIS în trei moduri (TEM, TE şi TM)..
Forţa câmpului electric Er în fiecare mod este o funcţie de ro, De exemplu, ecuatia TM este . Er
= jωμmCZm (Smnr / ro) [sin (mφ) exp (kγz)] / R (1) unde k = 1 sau -1, γ2 = ω2εμ, ε este
permitivitatea şi μ este permeabilitate, Zm (x) = AJM (x) + BYm (x) în care JM (x) şi Ym (x)
sunt primul şi al doilea tip de funcţii Bessel m. Pentru SMN, A, B şi C coeficienţi sunt
49
determinati de condiţia pe frontieră. Figura 10 arată calculat Er de distribuţie pentru modul
TE11, care este superioară faţă de urmatorul nod inferioar. Intensitatea Er a devenit mai mica
cu cat raza rezervorului a devenit mai mare. Senzorul UHF este montat de obicei, la un rezervor
pe perete, Er pe senzorul de suprafaţă a fost obţinută prin înlocuirea R cu ro. Valoarea Er a fost
proporţională cu 1/ro. Relaţii similare ar putea fi derivate, în fiecare nod. Er şi q au arătat la fel
dependenţa de ro. Acest lucru a fost confirmat de măsurători PD prin care o celulă de fier de
forma unei mingi [10] a fost inserate în rezervoare diferite ca o sursă constantă PD [5]. Acest
lucru a însemnat că, chiar dacă sarcina reala a fost constantă, în cazul în care rezervorul a devenit
mai mare, Q a devenit mai mica şi scăderea a fost în aceeaşi rată ca şi la MC. Din acestea a fost
a concluzionat că conversia dBm- pC ar putea fi exprimată de către o curbă universala, chiar şi
atunci când mărimea rezervorului difera.
Aceste scurgeri de unde UHF poate fi detectate de un senzor de montat extern în jurul
suprafetei exterioare. Senzorul extern este un instrument eficient de monitorizare PD în
GIS ,echipat cu nici o senzor intern. Distanta de la surse PD pana senzorul UHF a fost mai mică
50
de 1 m. Acesta din urmă a avut sensibilitatea comparabila cu senzorul intern în fig. 6. În aplicatii
senzor extern, este important pt ca face diferenta intre zgomote.. Undele electromagnetice
transmise printr-un metal cu ar fi un slot au un plan uniform depolarizare [11]. Caracteristicile
de polarizare ale undelor de radiaţiei electromagnetica au fost investigate folosind schema
experimentala din fig. 11
Prelucrarea imaginilor cu raze X
O zona de contact imperfect,generaza caldura. În cel mai rău caz, zona de contact începe să se
topească din cauza aceastei căldure şi apare defectiunea.
Prin urmare, este important să se verifice starea de contact in fiecare an. Deschiderea sau revizia
este o metodace se bazeaza pe verificarea contactelor si a gazului.. Aceste inspecţii au costuri
ridicate. În plus, GIS poate prezenta probleme cauzate de revizii. Este de dorit ca dignosticul sa
fie facut extern fara a se deschide GIS-ul.
Un instrument de diagnostic pentru acest scop este aparatul de prelucrare a imaginii cu raze x
mobil. Ca o metodă pentru diagnosticarea externa, cu raze X si tehnologie de proiecţie .Un astfel
sistem prezentat în Fig.19.. Sistem cu raze X de prelucrare a imaginii are un dispozitiv special de
baza de imagini (IP) şi un program de prelucrare a imaginii. Radiografiile IP sunt folosite ca un
etector de fotografie fluorescenţă. La teste dupa iradierea cu raze X, datele stocate pe perioada
testului au fost citite prin scanarea unei suprafaţe IP cu o raza laser . Acest sistem a constat
într-un dispozitiv de citire, un dispozitiv de procesare a imaginii, un dispozitiv de înregistrare a
imagiinii , un afişaj CRT şi o imagine foto-disc . Snemnalele detectate au fost transformate într-o
imagine cu ajutorul unităţii de procesare. Eufonia arată gradul de luminozitate şi valoarea IP
care a fost 1024. În consecinţă, în prelucrarea eufonie, nivelul de gri al imaginii, şi anume
valoarea eufonie 0 - 1023, ar putea fi prelucrate de către funcţia de prelucrare. Fiecare valoare
posibilă eufonie a fost luată şi extinsă, contrastul îmbunătăţitsi au fost verificate amanuntit.
Curbe I - III, fig. 20, arată exemple de curbele de eufonie prelucrate.
Figura 21 (a) arată imaginea originală a o parte dintr-un întrerupător de circuit. Această imagine
a fost obţinută prin prelucrarea curbei I (Fig. 20).. Acest sistem are o funcţie de de control , care
a permis observarea piesei intreruptorului clar şi în detaliu de la mică adâncime sau pentru
poziţiile adânci cu o singură iradiere .
51
52
CAPITOLUL VI
Numarul de manevre in gol pentru un intreruptor cu SF6
Valoarea efectiva a curentului I= 2500A, Ir= I2= 16KAI= 2500 valoarea efectiva a curentuluiIr =16000 curentul de rupereI2 = 16000 f= 50Hz frecventaω =2π f pulsatiat1 =10 semiperioda 1t2 =20 semiperioda 2t3=30 semiperioda 4
manevre in gol
N=18 manevre in gol
53
Calculul MTFB, λ si MTR, μ pentru intreruptorul cu SF6
Timpii de functionare:
n =1100t1= 21tn= t1Timpii de reparatie:τ 1 , τ 2 , .......... τn 1 ,n= 1100i =1 .. 1100
MTBF=25;
Rata defectarilor λ =1/MTBFλ =0.04
Similar se introduc notiunile de media timpilor de reparatieτ 1 τ 2 , , .......... τn 1 ,τ 1= 30 timp de reparatieτ i =30 timp de reparative
MTR = 29.973
54
μ =1/MTR= 0.033 ani
BIBLIOGRAFIE
1. Hortopan, G., - ,,Aparate electrice”, Editura didactică şi pedagogică,
Bucureşti, 1980.
2. Peicov, Al., Tuşaliu, P., - ,,Aparate electrice” – proiectare şi construcţie”,
Editura ,, Scrisul Românesc”, Craiova, 1988.
3. Gheorghiu, N., - ,,Echipamente electrice pentru centrale şi staţii”,
Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1975.
4. Tuşaliu, P., - ,,Tehnica tensiunilor înalte” Reprografia Universităţii din
Craiova, 1981.
5. Greenwood, A. Electrical Transients in Power Systems, Second Edition,
John Wiley & Sons Inc, 1991.
6. [10] Chowdhuri, P. Electromagnetic Transients in Power Systems, John
Wiley & Sons Inc, 1996.
7. [11] Machado, C. M., Pinto, J. A., Barbosa, M. F. P., “Influence of the
circuit breakers reclosure in the transient stability of an electric power
system using a new hybrid approach”, UPEC 200136th Universities´Power
Engineering conference, University of Wales, 12th-14th September, 2001,
Swansea.
8. [12] Pinto, J. A., Tusaliu, P., Coelho, C. J., “ Capacitor Bank Switching
effects in an Electric Power System Using a Three-Phase Model”, UPEC
55
2002 37th International Universities Engineering Conference, Volume 2,
pp. 647-650, Staffordshire University, 9th-11th September, 2002, United
Kingdom.
9. [13] Tusaliu, P., Coelho, C. J., Pinto, J. A., “ Capacitor Bank switching in
Electric power Systems under balanced conditions”, the Second IASTED
International Conference POWER AND ENERGY SYSTEMS (EuroPES),
Proceedings pp. 222-226, June 25-28, 2002, Crete, Greece.
56
top related