Včasná detekce výbojů zabrání poruchám

Když selže elektrické zařízení jako je rozvaděč, transformátor, izolátor nebo odpojovač, může to mít dalekosáhlé až katastrofické důsledky. A to zejména, pokud jde o zařízení v elektrárně, rozvodné sítí nebo v rozvodně velkého výrobního závodu. Elektrické výboje, jako korónový, doutnavý, jiskrový nebo obloukový jsou potenciální hrozbou pro všechna elektrická zařízení. Také rušení komunikačních sítí a rozhlasového nebo televizního vysílání elektrickými výboji může působit velké problémy. Pokud se elektrické výboje nechají delší dobu bez povšimnutí, mohou se stát zdrojem poruchy, která může způsobit havárii technických zařízení a v konečném důsledku může způsobit zranění nebo i smrt. Naštěstí při elektrických výbojích vzniká současně ultrazvukové vlnění a tak mohou být vznikající výboje včas zaznamenány ultrazvukovým detektorem.

Ultrazvuková detekce výbojů

Elektrické výboje vytvářejí různé formy ionizace plynů obsažených v okolním vzduchu. Při ionizaci vzniká turbulentní pohyb molekul, který je zdrojem ultrazvukového vlnění s výraznými složkami ve frekvenčním pásmu od 25 do 45 kHz. Tento ultrazvuk může být zachycený vhodným detektorem ultrazvuku.

Ultrazvuk se v detektoru přijímá piezoelektrickým snímačem, vzniklý elektrický signál je pak zesílený a pomocí směšovače je převedený na signál ve slyšitelném akustickém pásmu. Pro kvantitativní posouzení ultrazvuku slouží údaj o jeho intenzitě, kvalitativní posouzení je prostřednictvím sluchátek obsluhou nebo záznamem zvuku a jeho harmonickou analýzou.

V normálním stavu neprodukují elektrická zařízení ve slyšitelném spektru žádný zvuk, bývá přítomen jen brum o frekvenci 50 Hz. V případě klimatizovaných zařízení může být v ultrazvukovém spektru ještě ustálený zvuk ventilátorů nebo kompresorů. Tyto zvuky se rozhodně nedají zaměnit s typickými zvuky výbojů, které připomínají více či méně nepravidelné syčení nebo náhodně vystřelující prskání.

Diagnostická metoda

Využití ultrazvukové detekce výbojů je pro elektrická zařízení mnohdy vhodnější než jen použití termografické metody kontroly. Termokamera sleduje teplotní změny, ty u elektrického zařízení nastanou až zvýšeným průtokem proudu, kdy je již porucha v plné fázi projevu. Ultrazvuková detekce počínajících výbojů může problém odhalit již tehdy, kdy ještě k žádné destrukci zařízení nedošlo. Proto je ultrazvuková detekce nejvčasnější diagnostickou metodou, která může pomoci iniciovat preventivní opatření.

U nízkonapěťových zařízení do 400 V je nejčastější obloukový výboj, který vzniká v jističích, spínačích a relé. Ve většině případů se zjistí skenovacím modulem s fokusačním nástavcem přes těsnění dveří rozvaděče. Je také možné detekovat vnitřní oblouk v přístrojích pomocí kontaktního modulu. Přitom je však nutné zvýšenou měrou dbát na bezpečnost práce.

Zařízení pro střední a vysoká napětí poskytují více příležitostí k ultrazvukové diagnostice. Při napětích nad 1000 V vzniká koróna, která způsobuje postupnou degradaci materiálů zařízení, což vede ke ztrátě jejich izolačních a mechanických vlastností. Dále se vyskytují částečné výboje, plazivé proudy a opět obloukové výboje. Také uvolněné části, které vibrují v rytmu síťové frekvence, generují ultrazvuk, a tak může být detekován i mechanický stav elektrických zařízení.

Koróna se projevuje ustáleným „bzučivým“ zvukem, zatímco obloukový výboj vydává nepravidelný impulsní zvuk. Plazivé proudy jsou typické jemným praskavým šumem. Frekvenční spektrum těchto výbojů je v okolí 40 kHz. Pro jejich detekci je nejvhodnější trychtýřový modul na velké vzdálenosti nebo, v případě diagnostiky zařízení o vysokém nebo velmi vysokém napětí, se používá parabolický odražeč, které podstatně zvyšují detekční citlivost na velké vzdálenosti. Pro zjišťování částečných výbojů uvnitř zařízení, nejčastěji v transformátorech, se používá kontaktní modul a přístroj se nastaví na frekvenci kolem 20 kHz. Opět je nutné dodržovat bezpečnostní pravidla pro práci na elektrických zařízeních.

I když je relativně snadné rozpoznat sluchem, zda se jedná o korónu, plazivé proudy nebo o obloukový výboj, mohou nastat kombinované případy, kdy rozhodnutí není tak zcela jednoduché. Je to zejména v případech, kdy dojde ke kombinaci výboje a mechanického uvolnění, jehož brum maskuje signál výboje. Proto je vhodné pro detailní analýzu využívat možnosti záznamu ultrazvukového signálu a jeho podrobné analýzy v časové i frekvenční oblasti pomocí programu UE Spectralyzer.

Vhodným doplňkovým diagnostickým nástrojem při kontrole elektrických zařízením je termokamera. Místa zvýšené teploty znamenají zvýšený proud nebo odpor v obvodu a mohou být důsledkem dlouhodobého působení výboje. Termokamera snímá povrchovou teplotu, proto musí být kontrolované díly přímo viditelné. Pokud je to nutné a možné, lze do zařízení instalovat průhledy ze speciálních materiálů, které jsou prostupné pro infračervené záření a mají dostatečné izolační vlastnosti, které pak umožní termodiagnostickou kontrolu.

Ultrazvukové detektory

Základní digitální přístroj Ultraprobe® 3000 pracuje na pevné frekvenci v pásmu kolem 40 kHz, je tedy použitelný pro detekci výbojů, jejichž ultrazvukový signál se šíří vzduchem. Pistolové provedení s displejem a rotačním ovladačem zaručuje snadné a pohodlné použití. Paměť dat umožňuje zaznamenat hodnoty intenzity v dB až ze 400 měřicích míst. Pro jejich přenos do počítače a zpracování slouží program Ultratrend DMS. K dispozici je základní skenovací modul s fokusačním nástavcem a trychtýřový modul na velkou vzdálenost.

Ultraprobe® 9000 umožňuje plynulé nastavení pracovní frekvence od 20 do 100 kHz, je použitelný i pro detekci částečných výbojů s kontaktním modulem. Využívá citlivější detekční moduly TriSonic, stejně jako ostatní vyšší přístroje. Zaznamenává hodnoty intenzity ultrazvuku do paměti a spolupracuje s programem Ultratrend DMS.

Přístroj Ultraprobe® 10000 umožňuje navíc proti předchozímu záznam ultrazvukového signálu pro jeho další zpracování programem UE Spectralyzerv počítači.

Nejdokonalejším ultrazvukovým detektorem je model Ultraprobe® 15000, který představuje kompletní digitální systém v ručním provedení pro preventivní i prediktivní diagnostiku. Je osazený citlivými snímači TriSonic a detekuje ultrazvuk v rozsahu od 20 do 100 kHz. Spektrální analýzu lze provést přímo v přístroji.

Detektor má také vestavěný bezkontaktní teploměr s teplotním rozsahem od - 20 do 500 °C. Navíc je vybavený bodovým laserovým zaměřovačem, aby bylo patrné, na kterou část měřeného objektu byl přístroj zamířený. K dokumentaci nálezů slouží vestavěný fotoaparát s rozlišením 2 MPx s přisvětlovacím bleskem. K pořízenému snímku je možné připojit textové označení.

Ultrazvuková diagnostika elektrických zařízení je silný nástroj pro preventivní a prediktivní údržbu. Její zavedení umožní dokonalou péči o důležitá elektrická zařízení ve výrobě a rozvodu elektrické energie.


TSI System s.r.o.

www.tsisystem.cz