Ultradzwiękowa inspekcja urządzeń elektrycznych – UE Systems

2

Instrumenty Ultraprobe wykrywające ultradźwięki strukturalne i powietrzne umożliwiają inspekcję urządzeń elektrycznych pod kątem lokalizacji i identyfikacji rodzaju wyładowań niezupełnych oraz wykrywania elementów wibrujących w polu magnetycznym. Dzięki Technologii Ultradźwiękowej możemy zapobiegać awariom urządzeń elektrycznych poprzez wykrywanie defektów w najwcześniejszym ich stadium. Możliwość nagrywania plików dźwiękowych pozwala na analizę i rozróżnienie zachodzących zjawisk i co za tym idzie – określenie powagi defektu i przewidywalnego czasu, w jakim dane urządzenie może pracować z istniejącym już defektem.

TECHNOLOGIA ULTRADŹWIĘKO

Ultradźwięki generowane są przez dwa źródła: tarcie i turbulencję w powietrzu, które słyszane są podczas inspekcji ultradźwiękowej. W przypadku inspekcji urządzeń elektrycznych będziemy skupiać się na turbulencji w powietrzu wynikającej z jego jonizacji. Intensywność sygnału ultradźwiękowego mierzona w dB podczas inspekcji urządzeń elektrycznych nie ma większego znaczenia ze względu na nieprzewidywalność i gwałtowność zjawiska powstawania wyładowań niezupełnych – znaczenie ma sam przebieg nagranego pliku dźwiękowego, pozwalający określić stopień zaawansowania wykrytego problemu.

Ultradźwięki posiadają trzy charakterystyczne cechy fizyczne, dzięki którym inspekcja ultradźwiękowa jest możliwa. Są to:

– kierunkowość – można je porównać do światła latarki

– słabnięcie z odległością od źródła – łatwo zlokalizować ich źródło, ponieważw tym miejscu poziom hałasu jest największy

– odbicie od ciał stałych – w przypadku urządzeń elektrycznych, ultradźwięki wynikające z wyładowań niezupełnych zamkną się np. we wnętrzu zabudowanej szafy elektrycznej.

INSPEKCJA URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Inspekcja urządzeń elektrycznych pozwala na wykrycie wyładowań niezupełnych w różnym stadium czy luzów mechanicznych. Fizyka ultradźwięków pozwala nam dokonywać pomiarów z bezpiecznej odległości – dzięki Modułowi Dalekiego Zasięgu możemy mierzyć z odległości ok. 8 metrów, a ze specjalnym modułem UWC z celownikiem laserowym, nawet z odległości 16 metrów. Daje nam to możliwość zachowania bezpiecznej odległości podczas prac, a celownik laserowy dokładnie określi miejsce emisji. Kolejną zaletą tej metody jest brak konieczności przekraczania czy zdejmowania barier i przesłon ochronnych, czy posiadania specjalnych uprawnień do otwierania stosownych obszarów czy obiektów. Jedynymi warunkami jest istnienie luki powietrznej między badanym obiektem a detektorem i pewność, że dany obiekt znajduje się pod napięciem. W sytuacji, gdy nie istnieje luka powietrzna – na przykład, gdy szafa elektryczna jest zabudowana i nie ma nawet luki wentylacyjnej, można zastosowań metodę kontaktową. Dzięki Modułowi Kontaktowemu możemy dokonać inspekcji zamkniętej szafy poprzez dotknięcie i słuchanie czy pojawi się charakterystyczny dźwięk towarzyszący wyładowaniom elektrycznym lub wibrującym elementom. Tworząc siatkę pomiarową na badanym obiekcie można dokładnie określić czy w jego wnętrzu znajduje się defekt, również w przypadku wyładowań niezupełnych wewnątrz kadzi transformatora.

DLACZEGO NALEŻY ELIMINOWAĆ WYŁADOWANIA NIEZUPEŁNE?

Gdy w powietrzu zachodzą wyładowania elektryczne, naokoło miejsca emisji ulega ono jonizacji. Jonizacja powoduje rozpad powietrza na ozon i tlenek azotu, który w połączeniu z wilgocią znajdującą się w powietrzu tworzy silnie żrący kwas azotowy (HNO3). Kwas ten jest szczególnie niebezpieczny dla większości dielektryków i niektórych elementów metalowych, powodując ich szybką korozję. Częstym objawem potwierdzającym obecność wyładowań niezupełnych jest biały nalot na izolacji czy elementach znajdujących się pod napięciem. Jest on oznaką obecności kwasu azotowego. Jonizacja (wyładowania koronowe) prowadzą do degradacji izolacji i kolejną fazą uszkodzeń jest ulot, który zaś po pewnym czasie może prowadzić do wyładowań łukowych i w finalnej fazie do zwarcia w instalacji elektrycznej.

Rys.1. Uszkodzenie izolacji w wyniku wyładowań niezupełnych

WYŁADOWANIA KORONOWE

Pierwszym stadium wyładowań niezupełnych są wyładowania koronowe, czyli inaczej wyładowania niezupełne wokół przewodnika powodujące naprężenie powietrza powyżej punktu jonizacji, nie tworząc przy okazji łuku elektrycznego. Wpływ na to zjawisko w bardzo dużym stopniu ma wilgotność powietrza. Wyładowania zachodzą w powietrzu, nie odnajdują one drogi do ziemi, stąd brak wzrostu temperatury, są one niewykrywalne kamerą termowizyjną. W zakresie ultradźwięków brzmi jak stały buczący dźwięk, a analiza pliku dźwiękowego dokładnie pozwala na potwierdzenie diagnozy. W trybie FFT widzimy skoki amplitudy na harmonicznych 50 Hz – częstotliwości sieciowej, zaś w trybie osi czasu widzimy stałe odstępy między wyładowaniami oraz praktycznie zupełną ciszę między nimi.

Rys. 2. Analiza pliku dźwiękowego wyładowań koronowych – widok w trybie FFT

Rys. 3. Analiza pliku dźwiękowego wyładowań koronowych – widok przebiegu czasowego

ZJAWISKO ULOTU

Kolejną fazą defektu jest powstanie ulotu. Zaczyna się on jako niskoprądowe wyładowanie elektryczne do ziemi poprzez izolator. Duża różnica potencjałów powoduje powstawanie z czasem wypalonej węglowej ścieżki przebiegającej przez powierzchnię izolacji. Są to nieokresowe wyładowania, które z czasem będą narastać na intensywności prowadząc do nieodwracalnych uszkodzeń i w końcowej fazie powodować będą wyładowania łukowe i zwarcie. Są to wyładowania o wiele większej energii niż wyładowania koronowe, co pozwala je od siebie bardzo łatwo odróżnić. W trybie FFT będziemy widzieć jedynie początkowe harmoniczne 50 Hz, jednak będą one zanikać dla wyższych częstotliwości.

Rys. 4. Analiza pliku dźwiękowego ulotu – widok w trybie FFT

Ulot bardzo wyraźnie odznacza się w przebiegu czasowym. Są to bardzo charakterystyczne pojedyncze, krótkie i nieokresowe wyładowania (skoki amplitudy). Fizyka tych wyładowań pozwoli nam określić jak zaawansowany jest problem – im więcej skoków, tym więcej wyładowań i tym poważniejszy jest problem.

Rys. 5. Analiza pliku dźwiękowego wczesnego ulotu – widok przebiegu czasowego

Rys. 6. Analiza pliku dźwiękowego zaawansowanego ulotu – widok przebiegu czasowego

WYŁADOWANIA ŁUKOWE

Ostatnią fazą wyładowań niezupełnych są wyładowania łukowe. Są to wyładowania o dużej energii, o wiel
e dłuższe niż ulot i również nieokresowe. Gdy podczas inspekcji wykryjemy wyładowania łukowe, będziemy wiedzieć, że jesteśmy bardzo blisko zwarcia i należy w trybie natychmiastowym planować akcje naprawcze. Analiza nagranego dźwięku pozwala na potwierdzenie obecności wyładowań łukowych. W tym przypadku tryb FFT nie pokaże nam wiele z racji na nieokresowość zjawiska. Dopiero przebieg czasowy dokładnie pozwoli nam potwierdzić obecność tego zjawiska.

Rys. 7. Analiza pliku dźwiękowego wyładowań łukowych – widok przebiegu czasowego

WIBRACJE MECHANICZNE

Podczas inspekcji ultradźwiękowych możemy wykryć również elementy drgające w polu magnetycznym (lub po prostu luźne elementy – niedokręcone styki itp.). Posiadają one bardzo charakterystyczne przebiegi w trybie FFT i czasowym. W przypadku trybu FFT będziemy widzieć harmoniczne połowy częstotliwości sieciowej (kolejne harmoniczne 25 Hz), zaś przebieg czasowy ukaże nam powtarzalne, niemal identyczne kształty w przebiegu.

Rys. 8. Analiza pliku dźwiękowego wibrującego elementu – widok przebiegu czasowego

PODSUMOWANIE

Inspekcja urządzeń elektrycznych jest sprawą bardzo ważną zarówno w kwestii bezpieczeństwa personelu zakładu jak i bezpieczeństwa produkcji. Inspekcja ultradźwiękowa pozwala wykrywać szerokie spektrum problemów powiązanych z wyładowaniami niezupełnymi, zaś gdy połączymy ją z inspekcją termowizyjną, otrzymamy solidny program pozwalający zapobiegać problemom natury elektrycznej w najwcześniejszej ich fazie.

 

mgr inż. Jerzy Halkiewicz
Regional Manager – Poland
UE Systems

www.uesystems.pl

+48 510 518 832