Μη-καταστροφικές διαγνωστικές μέθοδοι εντοπισμού σφαλμάτων σε υποσταθμούς μέσης και υψηλής τάσης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική αναφέρεται σε μη-καταστροφικές μεθόδους ανίχνευσης σφαλμάτων στο δίκτυο μέσης και υψηλής τάσης.

Στο πρώτο μέρος παρουσιάζεται η υπέρυθρη θερμογραφία, μια μέθοδος για εξ αποστάσεως μέτρηση της θερμοκρασίας. Οι υπέρυθρες κάμερες οπτικοποιούν τις αόρατες για το ανθρώπινο μάτι ακτίνες. Η υπέρυθρη καταγραφή κατάστασης είναι μια τεχνική ικανή να εντοπίζει την παρουσία θερμικών ανωμαλιών στην επιφάνεια κάποιου ελαττωματικού εξαρτήματος. Η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της κατάστασης των ηλεκτρικών στοιχείων ολόκληρου του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Συμπληρωματική μέθοδος περιλαμβάνει την καταγραφή των ρευματοφόρων τμημάτων με υπεριώδεις κάμερες που απεικονίζουν τις θέσεις ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου από τις οποίες εκπέμπονται ηλεκτρόνια προς τον περιβάλλοντα χώρο (φαινόμενο corona) στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στη θερμογραφική μέθοδο, το κάθε τμήμα ηλεκτρικού εξοπλισμού πριν την αστοχία φαίνεται να υπερθερμαίνεται σε αντίθεση με τις φυσιολογικές του συνθήκες, οπότε αυτό μπορεί να συνιστά ένδειξη για διορθωτικές ενέργειες, προληπτική συντήρηση και διασφάλιση αξιοπιστίας. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται επίσης στις στατικές επαφές, όπου η αντίσταση στένωσης ρυθμίζει την πυκνότητα ρεύματος, οπότε και η αντίσταση διάβασης επηρεάζεται από την εξαναγκασμένη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος. Στις λυόμενες στατικές επαφές παρουσιάζονται φαινόμενα όπως το φαινόμενο σήραγγος, η θερμιονική εκπομπή και η εκπομπή πεδίου και η υψηλή θερμοκρασία καταγράφεται με τη θερμική κάμερα. Πιο συγκεκριμένα με την υπέρυθρη θερμογραφία, θερμά σημεία και θερμοκρασιακές διαφορές εντοπίστηκαν σε υποσταθμούς υψηλής τάσης της Δ.Ε.Η. Μερικά από τα θερμά σημεία που καταγράφηκαν με το θερμογραφικό όργανο θεωρήθηκαν ως πιθανά ελαττωματικά σημεία, αφού η θερμοκρασία είναι ένας άριστος δείκτης της αξιοπιστίας και της μακροζωίας ενός ηλεκτρικού συστήματος.

Tο δεύτερο μέρος της παρούσας διπλωματικής που εκπονήθηκε στο CERN στην Ελβετία, αναφέρεται στους διαγνωστικούς ελέγχους προληπτικής συντήρησης σε καλώδια μέσης τάσης του δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας του CERN. Ειδικότερα, με τα συστήματα On-line live partial discharge monitor και OWTS (Oscillating Wave Test System), μετρήθηκαν οι μερικές εκκενώσεις, με διάφορες μεθόδους, υπό φορτίο και χωρίς φορτίο. Οι μερικές εκκενώσεις, θεωρούνται ένας από τους σημαντικότερους λόγους οι οποίοι συντελούν στη γήρανση και την τελική καταστροφή των ηλεκτρικών μονώσεων. Σε ξεχωριστό κεφάλαιο, παρουσιάζεται η διαδικασία μέτρησης και ανίχνευσης των μερικών εκκενώσεων, καθώς και οι διορθωτικές ενέργειες που λήφθηκαν στα υπό μελέτη επιλεγμένα καλώδια μέσης τάσης των 18 kV.

The current diploma thesis refers to non-destructive diagnostic methods in identifying faults in the power network in medium and high voltage. In the first part infrared thermography is presented, a method for long distance temperature measurements. The infrared thermal cameras which are the main devices for capturing, visualize the invisible rays to the human eye. Infrared condition monitoring is a technique capable of revealing the presence of thermal anomalies on the surface of a defective component. This technique is used for monitoring the condition of the electrical components of an entire power system. An additional method describes the monitoring of conductive parts using ultraviolet cameras, that specify the high electrical field positions from which electrons are emitted (corona phenomenon) in the environmental temperature. In the infrared method, every part of the electrical equipment right before its failure, seems overheated in contrast to its normal condition, so this could be a sign for predictive and preventive maintenance and for quality assurance. Special attention is given to stationary contacts, where the restrictive resistance and the contact resistance are affected by the electric current. Phenomena like tunneling, thermionic emission and field emission occur while high temperature is monitored with the infrared camera. More explicitly with the infrared thermography hot spots and temperature differences are identified in high voltage substations in the greek power network. These hot spots are localized by the infrared equipment and are considered as possibly faulty spots, since the temperature is an excellent indicator of the reliability and lifetime of electrical equipment. The second part of the current thesis that was effectuated at CERN in Switzerland, refers to the diagnostic tests and predictive maintenance, in CERN’s power distribution cables. Specifically, it focuses on partial discharge measurements using on load and off load testing methods. Partial discharges were measured using on-line live partial discharge monitor and OWTS (Oscillating Wave Test System). Partial discharges are considered to be the major reason for aging, deterioration and eventual failure of electrical insulation.

The partial discharges measurement procedure and detection method along with the preventive maintenance actions, are also presented in a separate chapter of the current thesis. The measurements were effectuated in the selected cables of the 18 kV medium voltage network.