11. međunarodni simpozij/11 International Simposium

EMP 2005

“ELEKTRIČNI STROJEVI I UREĐAJI, POGONI I POSTROJENJA” “ELECTRICAL MACHINES, PLANTS, EQUIPMENT AND DRIVES”

06-07.06.2005. Šibenik, HOTEL “SOLARIS”, CROATIA

DIJAGNOSTIČKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA U RASKLOPNIM POSTROJENJIMA HEP - PP ZAPAD

Krešimir Meštrović, Ivo Šimec

KONČAR-IET, Fallerovo šetalište 22, Zagreb Sažetak: Dijagnostička ispitivanja visokonaponskih prekidača predstavljaju pravovremeno ili periodičko određivanje stanja prekidača s ciljem procjene pouzdanosti daljnjeg pogona i/ili predlaganja načina i obima održavanja. Dijagnostička ispitivanja omogućuju: otkrivanje prisutnosti kvara još u začetku; određivanje prirode i obima kvara; predviđanje potrebe za odgovarajućim radovima održavanja; korektivne radove na sličnim aparatima. Krajnji cilj uporabe dijagnostičkih metoda je promjena filozofije održavanja visokonaponskih prekidača od vremenski baziranog održavanja na održavanje prema uvjetima, a u svrhu pouzdanijeg i ekonomičnijeg rada i eksploatacije cijelog elektroenergetskog postrojenja. U referatu su prikazani mjerna oprema, dijagnostičke metode i rezultati dijagnostičkih ispitivanja na visokonaponskim pneumatskim i SF6 prekidačima u rasklopnim postrojenjima hidroelektrana HEP – PP Zapad.

Ključne riječi: SF6 prekidači, pneumatski prekidač, dijagnostičke metode, dijagnostička ispitivanja, održavanje prekidača 1. UVOD Visokonaponski prekidači moraju podnijeti određena električna, toplinska i mehanička naprezanja koja se na njih postavljaju pri raznim radnim režimima rada, to jest moraju imati određena svojstva odnosno tehničke osobine. To su slijedeća svojstva: vođenje nazivne struje, vođenje struje kratkog spoja, dielektrična (naponska) svojstva, mehanička funkcionalnost i prekidna (i uklopna) moć. Prva četiri svojstva ili barem neka od njih obično imaju svi el. strojevi, uređaji i oprema, dok je prekidna i uklopna moć specifikum (većine) sklopnih aparata koji proizlazi iz njihove osnovne namjene. Na sličan način grupirana su ispitivanja koja obrađuju međunaradni IEC propisi za aparate na pr. Publ. 60694, pa je taj način prikladan za praćenje stanja aparata u

pogonu, odnosno dijagnostiku aparata, Tablica 1, slika 1. 2. DIJAGNOSTIKA PREKIDAČA Svaki medij za gašenje luka, ima svoja specifična svojstva i naravno svoj način dijagnostike i održavanja. Medij za gašenje luka uvijek je dio izolacijskog sustava između priključnica otvorenog aparata, a vrlo često i dio nekog drugog izolacijskog sustava (na pr. prema zemlji i/ili između polova). Zbog svoje dvostruke uloge njegova je odgovornost vrlo velika, stoga njegovoj dijagnostici i održavanju treba posvetiti posebnu pažnju. Komprimirani zrak Komprimirani zrak je jedan od najstarijih medija za gašenje luka, i danas se koristi na starijim konstrukcijama prekidača 123

kV i više, izuzetno na srednjem naponu na pr. kod generatorskih prekidača. Kako u području koje je od praktičnog interesa dielektrična čvrstoća raste linearno sa gustoćom (praktično sa tlakom), kvaliteta komprimiranog zraka kao dielektrika svodi se na kontrolu njegovog tlaka. Međutim komprimirani zrak uvijek sadrži određeni postotak vlage, koju mjerimo relativnom vlažnošću. Ova vlaga praktički nema utjecaja na dielektričnu čvrstoću dok se god njen iznos ne približi 100 %, odnosno dok ne dođe do kondenzacije. Danas se za proizvodnju komprimiranog zraka koriste isključivo visokotlačni kompresori radnog tlaka na pr. 180 bara, pa se redukcijoma na 17 bara, koliko na pr. iznosi nazivni tlak prekidača 3P, dobije relativna vlažnost od cca 10%. Na taj način, i kod značajnog pada temperature nije moguća kondenzacija. Ipak ona se ponekad događa, naročito kod loše održavane instalacije i kod srednjetlačnih kompresora 40 bara. U praksi kondenzat se obično taloži na nutarnjim stijenkama nekog izolatora, koji čini granu izolacionog sustava paralelnu samom mediju. Kondenzacijom vlage bitno pada dielektrična čvrstoća u pogledu kliznog preskoka preko ovlažene površine, naročito ako su ove površine zagađene. Stoga, komprimirani zrak koji se koristi kao sredstvo za gašenje, mora biti suh i čist. (U praksi se ovakva zagađenja znaju dogoditi kada iz instalacije u provodno potporne izolatora sa zrakom, zbog lošeg filtera, prodru i talozi bakrenih oksida iz cijevi ili slično). Stoga se dijagnostika stanja komprimiranog zraka svodi na: - kontrolu tlaka, - kontrolu stanja instalacije

komprimiranog zraka u pogledu vlažnosti i čistoće.

U praksi nije uobičajeno mjerenje vlažnosti zraka pri povećanom tlaku, ali se u novije vrijeme koriste automatski ispuštači kondenzata iz kondenznih lonaca, na raznim mjestima u instalaciji. Isto tako, prilikom revizije pneumatskih prekidača, korisno je napraviti vizualnu kontrolu nutarnje stijenke izolatora kojim se prekidač napaja zrakom (na pr. provodnik zraka kod 3P prekidača), da bi se uvjerili da na ovim mjestima ne postoje strani talozi.

Plin SF6 Plin SF6, odnosno sumporni heksaflorid, je medij za gašenje luka i izolaciju relativno novijeg datuma (Prvi aparati pojavljuju se pedesetih godina). Zbog svoje elektronegativnosti, vrlo je dobar dielektrik i odličan medij za gašenje. Kod atmosferskog tlaka njegova je naponska čvrstoća oko 2.5 puta veća od čvrstoće zraka. Iako je osjetljiviji od komprimiranog zraka na nehomogenost polja, (koja može nastati uslijed šiljaka i taloga na izolatorima), u području tlakova koje je od praktičnog interesa i njegova dielektrična čvrstoća raste linearno sa gustoćom (praktično sa tlakom). Stoga se i u ovom slučaju kvaliteta SF6 plina kao dielektrika svodi se na kontrolu njegovog tlaka, preciznije gustoće. Naime, dielektrična čvrstoća nekog plina ovisi o gustoći, jer je njom definiran srednji slobodni put elektrona. Kako unutar nepropusnog volumena, tlak plina ovisi o temperaturi, a gustoća je konstantna, danas postoje instrumenti koji direktno očitavaju gustoću plina SF6. Pri prekidanju struje u SF6 plinu, uslijed djelovanja luka dolazi do rastvaranja plina SF6 i do stvaranja novih plinova, od kojih su neki otrovni, a neki agresivni prema materijalima koji se ugrađuju u aparat ili aparaturu. Većinu produkata raspada plina SF6 biva apsorbirana od strane aktivnog filterskog uloška koji se u tu svrhu stavlja u aparaturu. Ukoliko se provodi veliki remont (na pr. nakon 8 do 10 godina rada aparature), kod kojeg se kontrolira i/ili zamjenjuje plin, treba slijediti upute proizvođača i poduzeti sve potrebne mjere u smislu zaštite ljudi i zbrinjavanja plina, zagađenih djelova, alata i druge opreme. Kod punjenja novim plinom, aparatura se mora dobro očistiti, te izmjeriti sadržaj vlage u plinu. Kako značajno utječe na dielektričnu čvrstoću plina, njen sadržaj mora biti unutar dopuštenog iznosa. Dijagnostika stanja plina SF6 svodi se na: - kontrolu tlaka odnosno gustoće plina - mjerenje sadržaja vlage u plinu SF6, - mjerenje sadržaja zraka u plinu SF6, i - mjerenje sadržaja produkata raspada

plina SF6 (uljni aerosoli, HF, SO2 ...).

Tablica 1 Dijagnostičke aktivnosti na visokonaponskim prekidačima

Napomene: (1) Pod “okolinom” smatra se zrak oko aparata. (2) Rokovi revizije i remonta prema uputama proizvođača. Orjentacioni rok revizije ili remonta: pneumatski p. –

svake 3 god, malouljni p. – svake 3 god., SF6 p. – svake 4 god., vakuumski p. – svakih 5 god. (3) Orjentacioni broj sklapanja prije revizije ili remonta: pneumatski p. – 1000, malouljni p. – 500, SF6 p. – 500,

vakuumski p. – 2000 sklapanja. (4) Odnosi se samo na malouljne ili pneumatske prekidače. (5) Orjentacioni broj prekidanja pune struje kratkog spoja prije revizije ili remonta: pneumatski p. – 5 do 10,

malouljni p. – 3 do 5, SF6 p. – 10 do 30, vakuumski p. – 30 do 100 prekidanja.

DDIIJJAAGGNNOOSSTTIIČČKKEE AAKKTTIIVVNNOOSSTTII

ISPITIVANJE

SSVVOOJJSSTTVVOO

NADZOR

PREGLED I PROVJERA

MJERENJE

EKSPERTIZA

VOĐENJE NAZIVNE STRUJE I STRUJE

KRATKOG SPOJA

- Kontrola iznosa struje; - Kontrola temperature okoline (1); - Kontrola nadtempera- kontakata (ako postoji kontinuirano mjerenje). SVAKI DAN, KONTINUIRANO

- Osjetilna (vidom i njuhom); POVREMENO - Termovizija. 2 x godišnje - Vizualna kontrola kontakata. ZA VRIJEME REVIZIJE ILI REMONTA (2)

- Pad napona (ili otpor) glavnog strujnog kruga. PRIJE REVIZIJE ILI REMONTA (2) NAKON REVIZIJE, REMONTA ILI POPRAVKA (2)

- Samo u slučaju ako se ne može postići deklarirani otpor.

NAPONSKE KARAKTE-

RISTIKE

- Kontrola tlaka ili gustoće medija; - Kontrola razine teku- ćinskog medija; SVAKI DAN, KONTINUIRANO

- Osjetilna: vidom – strani talozi, sluhom – jaka pramenasta izbijanja; SVAKIH 3 DO 6 MJESECI - Vizualno – stanje krute izolacije. ZA VRIJEME REVIZIJE ILI REMONTA (2)

- Dielek. čvrstoća medija; - Dielek. čvrstoća sumljive krute izolacije (megerom ili ispitnim naponom 50 Hz); - Ispit. pomoćnih strujnih krugova, 2000 V, 50 Hz. PRIJE (I NAKON) REVIZIJE, REMONTA ILI POPRAVKA (2)

- Parcijalna izbijanja po potrebi (starog ili obnovljenog prekid.); - Ispitivanje vanjske krute izolacije u slanoj komori (samo u speci- jalnim slučajevima).

MEHAN.

FUNKCIO-NALNOST I UTJECAJ OKOLINE

- Kontrola tlaka u aku- mulatoru energije; - Kontrola stanja uklopne opruge; - Kontrola sklopnog stanja prekidača, SVAKI DAN, KONTINUIRANO

- Vizualna kontrola meh. sustava prekidača, posebno mehanizma ili pogona; - Podmazivanje i čišćenje po potrebi. JEDNOM GODIŠNJE - Čujna kontrola sklapanja. PRILIKOM SKLAPANJA

- Mjerenje vremena odziva i/ili brzine kon- takata i sinkronizma. NAKON I EVENTUALNO PRIJE REMONTA (2) (3)

- Ekspertiza je potrebna, samo ako se ne mogu postići deklarirana vremena, brzine kontakata i/ili sinkronizam.

PREKIDNA I

UKLOPNA MOĆ

- Kontrola dojave stanja trošenja kontakta ili ΣI2t ako postoji. KONTINUIRANO ILI NAKON PREKIDANJA JAČEG KRATKOG SPOJA

- Osjetilna-vidom: pre- veliko izbacivanje ioni- ziranih plinova (4); PRILIKOM PREKIDANJA (2) - Vizualna: stanje krute izolacije i ostalih bitnih djelova lučne i/ili preki- dne komore. ZA VRIJEME REVIZIJE ILI REMONTA (2) (5)

- Mjerenje sklopnih vremena i sinkronizma polova. - Mjerenje produkata raspada plina SF6 - Mjerenje sadržaja vlage u plinu. PRIJE (I NAKON) REVIZIJE, REMONTA ILI POPRAVKA (2)

- Ekspertiza se radi samo u slučaju neu- spješnog prekidanja ili nenormalnog ponašanja prekidača kod prekidanja (na pr. ako se stvaraju preveliki prenaponi ili slično).

SVOJSTVA PLINA SF6

SADRŽAJA VLAGEU PLINU SF6- relativna vlažnost- točka rosišta

PRODUKTI RASPADAU PLINU SF6- uljni aerosoli- HF- SO2

ZAGRIJAVANJE PREKIDAČA

- PADOVI NAPONA

- MJERENJE TEMP. U POGONU

- TERMOVIZIJA

PROVJERA BLOKADA - SKLOPNA VREMENA (O, C, O-C, C-O, O-C-O)

- SINKRONIZAM POLOVA

- BRZINE KONTAKATA

- KONTAKTNI OTPOR (DINAMIČKI)

- VIBRACIJE

- VREMENA, NAPON I STRUJA, UKLOPNIH I ISKLOPNIH SVITAKA

Slika 1 Dijagnostička ispitivanja

visokonaponskih prekidača 3. OPREMA I OPIS METODA ZA

DIJAGNOSTIČKA ISPITIVANJA PREKIDAČA

3.1 Oprema za dijagnostička ispitivanja

Prilikom dijagnostičkog ispitivanja visoko-naponskih prekidača korištena je slijedeća ispitna oprema:

a) Instrument za mjerenje sklopnih vremena, nesinkronizma polova, struje i napona uklopnog i isklopnih svitaka, mjerenje brzine kontakata i vibracija. Proizvođač uređaja je Programma Electric AB; Švedska; model TM 1800.

b) Stabilizirani izvor 0 do 100 ADC i digitalni multimetar za mjerenje padova napona po polovima prekidača.

c) Termovizijska kamera proizvođača Raytek; SAD; model Thermoview Ti 30 za kontrolu pregrijanja kontaktnih i spojnih mjesta.

d) Uređaj za mjerenje točke rosišta/ relatvne vlažnosti plinova proizvođača Michell Instruments; Velika Britanija; model Cermax.

Slika 2

e) Uređaj za mjerenje koncentracije produkata raspada plina SF6 i koncentracije aerosola mineralnih ulja proizvođača DILO – Njemačka i ispitne cjevčice proizvođača Dräger – Njemačka.

f) Detektor za provjeru curenja plina

SF6 (Leak-seaker), proizvodnje ISM – Njemačka.

Instrument za mjerenje sklopnih vremena automatski generira oscilograme i tabele s izmjerenim vrijednostima koje je moguće uklopiti u Ispitni izvještaj, a termovizijsku kameru je moguće priključiti na računalo i izraditi slike u elektroničkom obliku. Rad na terenu prikazana je na slici 2. 3.2 Kratki opis metoda za dijagnosti-

čka ispitivanja prekidača Ispitivanje mehaničkih operacija izvodi se instrumentom za mjerenje sklopnih vremena prema principnoj shemi slika 3.

Slika 3 Mjere se sklopna vremena, nesinkronizam polova, odskakanje kontakata, te struja i napon uklopnog i isklopnih svitaka u ciklusima C, O, C-O, O-C i O-C-O. Rezultat mjerenja se prikazuje tablicom karakterističnih izmjerenih vrijednosti i oscilogramom, kako je to prikazano za ciklus C-O na slici 4:

Slika 4

Ispitivanja pregrijavanja izvode se indirektno – mjerenjem padova napona (električnog otpora) glavnih strujnih krugova UI metodom prema slici 5 i direktno - mjerenjem zagrijanje kontaktnih i spojnih mjesta infracrvenom kamerom (mjerenje u pogonu).

IDC

mVDC

Slika 5

Ispitivanja stanja plina SF6: mjeri se točka rosišta / relativna vlažnost plina, te koncentracije produkata raspada plina SF6 i aerosola mineralnih ulja stujanjem uzorka plina kroz odgovarajući uređaj. Ukoliko se radi o pneumatskom prekidaču kontrolira se točka rosišta / relativna vlažnost komprimiranog zraka. Curenje plina SF6 provjerava se detektorom (njuškalom). Ostale provjere obuhvaćaju provjeru tlačnih releja, ispitivanje prisilnog sinkronizma i kontrole pumpanja, kontrolu signalizacije, kontrolu stanja brojača i provjeru rada grijača izvode se prema uputama proizvođača prekidača. Na koncu se izvrši i vizuelna kontrola prekidača.

4. Dijagnostika VN prekidača

u HEP – PP Zapad U periodu od srpnja do listopada 2004. godine u HEP PP HE Zapad izvršeno je dijagnostičko ispitivanje 21 prekidača (17 SF6 prekidača proizvođača KONČAR, tip K3AS1 i 4 pneumatska prekidača proizvođač KONČAR, tip 3P 123-50-8) i to na slijedećim lokacijama: HE Senj, HE Vinodol, HE Sklope, HE Gojak i HE Rijeka. U tablici 2 dat je prikaz rezultata dijagnostičkih ispitivanja SF6 prekidača u HEP PP HE Zapad: STANJE SF6 PREKIDAČA BROJ PREKIDAČA Nije zadovoljio ispitivanje 2 (12%)

Djelomično zadovoljio ispitivanje 6 (35%)

Zadovoljio ispitivanje 9 (53%) Tablica 2

Kategorija " Nije zadovoljio ispitivanje " znači da su rezultati dijagnostičkih ispitivanja izvan kriterijima dopuštenih vrijednosti, te se preporuča otklanjanje uočenih nedostataka i nakon toga ponavljanje dijagnostičkih ispitivanja. Kategorija " Djelomično zadovoljio ispitivanje " znači da su rezultati ispitivanja na granici kriterijima dopuštenih vrijednosti, što zahtijeva pozornost Korisnika i preporuča se ponavljanje dijagnostičkih ispitivanja unutar specificiranog vremenskog perioda. Kategorija " Zadovoljio ispitivanje " znači da su rezultati ispitivanja u granicama kriterijima dopuštenih vrijednosti i preporuča se režim redovitih dijagnosti-čkih ispitivanja. U tablici 3 prikazan je pregled dijagnostičkih ispitivanja SF6 prekidača prema uočenim nedostacima:

VRSTA NEDOSTATKA

BROJ PREKIDAČA / UKUPNO ISPITANO

Povećana vlaga u plinu SF6

7 / 17

Rasipanje vremena sklapanja 3 / 17

Odskakivanje kontakata 1 / 17

Ostalo ( tlačni releji, sklopnici…) 4 / 17

Tablica 3

Rezultati dijagnostičkih ispitivanja pneumatskih prekidača prikazani su u tablica 4: STANJE PREKIDAČA BROJ PREKIDAČA

Nije zadovoljio ispitivanje 1 (25%) Djelomično

zadovoljio ispitivanje 3 (75%) Zadovoljio ispitivanje 0 (0% )

VRSTA NEDOSTATKA

Povećani električni otpor po polovima

Tablica 4 5. ZAKLJUČAK Rezultati provedenih dijagnostičkih ispitivanja potvrdili su tehničku opravdanost uporabe redovitih dijagnostičkih ispitivanja i pregleda na visokonaponskim prekidačima. Na otprilike 50% ispitanih SF6 prekidača i 100% pneumatskih prekidača preporučeno je održavanje ili pojačani nadzor, Ujedno se u praksi potvrđuje opravdanost promjene načina održavanja s vremenski baziranog održavanja na održavanje prema uvjetima prekidača jer je na otprilike. 50% SF6 prekidača preporučen režim redovitih dijagnostičkih ispitivanja. 6. LITERATURA 6.1 IEEE Std C37.10-1995: IEEE Guide

for Diagnostics and Failure Investigation of Power Circuit Breakers

6.2 CIGRE SC13: “User guide for the application of monitoring and diagnostic techniques for switching equipment for rated voltages of 72.5 kV and above”, CIGRE Brochure No 167, 2000

6.3 Meštrović K.: Dijagnostičke tehnike za visokonaponske prekidače, Zbornik radova šestog savjetovanja hrvatskog komiteta CIGRÉ, Cavtat, 2003., RA3-02

6.4 Meštrović K.: Dijagnostika stanja visokonaponskih SF6 prekidača, ENERGIJA (1995)3