Zaloguj się
Twój koszyk:

Liczba produktów: 0
Wartość produktów: 0
 Skip Navigation LinksTomtronix : Artykuły : Lokalizacja uszkodzeń kabli : Generatory udarów

Spis artykułów

Artykuły techniczne


GENERATORY UDARÓW

Czytelnik (1977 bytes)Spis treści:


Generatory udarów
Podstawowa budowa generatora udarów wysokiego napięcia składa się z zasilacza dc, kondensatora wysokiego napięcia oraz różnego rodzaju łączników wysokiego napięcia.

Schemat blokowy generatora udarów
Schemat blokowy generatora udarów.

Zasilacz jest używany do naładowania kondensatora wysokim napięciem, następnie zamknięcie styku umożliwia rozładowanie kondensatora poprzez badany kabel. Jeżeli napięcie jest wystarczająco wysokie, aby spowodować przebicie w miejscu uszkodzenia, energia zgromadzona w kondensatorze gwałtownie rozładowuje się poprzez wyładowanie łukowe wywołując wykrywalny dźwięk i wstrząs na powierzchni ziemi. Najważniejszymi danymi technicznymi generatora udarów są wartość maksymalnego napięcie, jakie może wytworzyć oraz, jak dużą energię może dostarczyć do miejsca uszkodzenia. Klasyczny proces lokalizowania uszkodzenia polega na podłączeniu generatora udarów, generowaniu impulsów wysokiego napięcia i spacerowaniu w tą i z powrotem nad kablem dopóki nie usłyszymy grzmotów lub jeszcze lepiej, nie wyczujemy wstrząsów gruntu. Ten proces pozwala na punktowe wyznaczenie miejsca uszkodzenia i wtedy ekipa naprawcza po odkopaniu kabla może go naprawić.
W niektórych przypadkach spacerowanie nad kablem i ostateczne zlokalizowanie uszkodzenia może trwać godzinami (lub dniami). W tym czasie kabel przez cały czas podlega udarom. Niedługo po rozpoczęciu układania podziemnych kabli z izolacją z polietylenu okazało się, że z powodu nieznanego wcześniej zjawiska "drzewienia elektrochemicznego" powodującego degradację tej izolacji, poddawanie tych kabli długotrwałym udarom jest bardzo szkodliwe. Zjawisko to nie występuje dla kabli PILC, gdzie wyższe napięcie i większa energia są zazwyczaj stosowane do lokalizowania uszkodzeń bez narażania kabla. Istnieją sprzeczne opinie co do występowania zjawiska "drzewienia elektrochemicznego" w kablach EPR. Z powodu istnienia zjawiska "drzewienia elektrochemicznego" wiele firm podczas lokalizowania uszkodzeń pracuje przy zredukowanym maksymalnym napięciu.

Energia
Energia wyjściowa dowolnego generatora udarów jest mierzona w dżulach [J] ([Ws]) i jest obliczana ze wzoru:

E = V2 x C
----
2

gdzie:
E - energia w dżulach,
C - pojemność w µF,
V - napięcie w kV

W celu zwiększenia "uderzenia" w miejscu uszkodzenia dostępne są dwie opcje: zwiększanie napięcia, co może być wykonane przez operatora lub zwiększenie pojemności, co musi być wykonane przez producenta.

Energia vs. napięcie
Energia w funkcji napięcia dla generatora udarów 4-µF, 25-kV

Rysunek pokazuje krzywą energii wyjściowej dla typowego 4µF generatora udarów, który generuje 1250 dżuli przy maksymalnym napięciu 25kV. Jeżeli ekipa lokalizująca uszkodzenie ma powiedziane, że napięcie wyjściowe udaru musi być ograniczone do 12,5kV (połowa 25kV), wtedy energia udaru jest zredukowana czterokrotnie do 312J. W praktyce 300J do 400J jest granicą słyszalności udaru na poziomie gruntu bez wzmacniacza akustycznego i przy bardzo małym poziomie hałasu tła. Jeżeli udar w miejscu uszkodzenia nie może być usłyszany, jedyną opcją jest zwiększenie napięcia w celu znalezienia uszkodzenia, dokonania naprawy i przywrócenia zasilania.

Aby pomóc w obniżaniu napięcia wymaganego do lokalizowania podziemnych uszkodzeń generatory udarów używają kondensatorów o wiekszej pojemności na przykład 12µF zapewniających 1536J przy 16kV.

Energia vs. napięcie
Energia w funkcji napięcia dla generatora udarów 12-µF, 16 kV

Pozwala to na generowanie udarów przy niskich napięciach, ciągle dostarczając wystarczającą ilość energii do miejsca uszkodzenia. Wtedy udary generowane przy 12,5kV tworzą teraz dobrze słyszalne 937J. Różne poziomy energii udarów są wymagane do lokalizacji uszkodzeń dla różnych długości oraz dla różnych typów budowy kabli. Kable z izolacją XLPE i EPR zazwyczaj wymagają dużo mniej energii do zlokalizowania uszkodzenia niż kable ołowiane porównywalnych rozmiarów i budowy. Dla długich tras złożonych systemów kabli ołowianych, które nie mogą być rozbite na małe odcinki, mogą być wymagane do przebicia uszkodzenia wysokie napięcie i duża energia. Dostępne są dwa typy generatorów udarów, przekazujące energię progresywnie, jak opisano powyżej oraz ze stałą energią. Zestawy ze stałą energią składają się z dwóch lub większej ilości kondensatorów z odpowiednim zakresem napięciowym dla każdego kondensatora. Energia jest stała tylko dla maksymalnych napięć na każdym zakresie. Gdy wybrany jest zakres 16kV, załączony jest kondensator 24µF, gdy wybrany jest zakres 32kV używany jest kondensator 6µF. W tym przypadku, zarówno przy 16kV, jak i 32kV energia wyjściowa będzie stała 3072J.

Energia vs. napięcie
Energia w funkcji napięcia dla generatora udarów 24µF/16kV i 6µF/32kV

Z natury kable mają dużą pojemność, ponieważ składają się z dwóch przewodników oddzielonych izolatorem. Dwa przewodniki w kablu energetycznym stanowią przewód fazowy i ekran, pancerz lub koncentryczny przewód neutralny. Te dwa przewodniki są separowane przez izolację XLPE, EPR lub impregnowany olejem papier. Bezpieczeństwo ma zawsze znaczenie priorytetowe, nawet, gdy kabel nie jest pod napięciem, ponieważ, jak każdy kondensator, kabel będzie utrzymywał ładunek dopóki nie zostanie rozładowany lub uziemiony. Kabel musi być zawsze uziemiony przed dokonaniem jakichkolwiek podłączeń, nawet, jeżeli kabel był odłączony i zaizolowany, ponieważ mógł przejąć ładunek z pola sąsiednich faz będących pod napięciem. Im dłuższe są kable lub bardziej skomplikowane systemy lub sieci, tym większa jest ich pojemność. Jeżeli kondensator generatora jest mniejszy niż pojemność kabla, wtedy miejsce uszkodzenia nie rozładuje się łukowo dopóki pojemność kabla nie zostanie w pełni naładowana, co może wymagać wielu udarów. Jeżeli pojemność kabla jest mniejsza niż pojemność generatora udarów, miejsce uszkodzenia zostanie przebite przy pierwszej próbie.

Wybór poziomu napięcia generatora udarów jest niezwykle ważny. Bez wystarczająco wysokiego napięcia w miejscu uszkodzenia nie nastąpi przebicie. Udary z bardzo wysokim napięciem trwające przez długi okres czasu mogą sprzyjać wzrostowi "drzewienia" i redukować czas życia kabla. Jeżeli w miejscu przebicia nie występuje wyładowanie łukowe, nie będzie efektu akustycznego, który pozwala na identyfikowanie i punktowe wyznaczenie miejsca uszkodzenia. Bardzo istotny jest do rozważania fakt, że impulsy napięcia podwajają amplitudę pik-pik w dobrym kablu, po odbiciu się od odizolowanego rozwartego końca kabla.

Ujawnia się to również, jeżeli kabel jest uszkodzony, ale wtedy podwajanie napięcia występuje tylko na odcinku pomiędzy miejscem uszkodzenia a rozwartym izolowanym końcem kabla. Gdy dostarczamy udary o napięciu 15kV, kabel na odcinku od miejsca uszkodzenia do końca jest narażony na udary 30kV pik-pik.
Wskazówką do lokalizowania uszkodzenia w kablu, który ma kilka miejsc łączeń jest szukanie nowego uszkodzenia za ostatnim miejscem łączenia. Ten odcinek kabla był wystawiony na działanie podwojonego napięcia podczas ostatniego lokalizowania uszkodzenia i z dużym prawdopodobieństwem obecne uszkodzenie występuje w osłabionym miejscu na tym odcinku kabla.

Tryb "potwierdzenia" i "dopalania" generatora udarów
Próba "potwierdzenia" istnienia przebicia jest wykonywana dla określenia, czy kabel i jego akcesoria są dobre, czy uszkodzone. Wynikiem próby "potwierdzenia" jest ocena, czy kabel dobry, czy uszkodzony. Na badanym kablu zwiększane jest napięcie do wymaganego poziomu i utrzymywane przez pewien okres czasu. Jeżeli prąd upływności nie występuje lub jest niewielki, wtedy odczyt napięcia jest stabilny, a kabel jest oceniany, jako sprawny. Jeżeli odczyty napięcia stają się niestabilne lub spadają z dramatycznym zwiększeniem prądu, kabel jest oceniany, jako uszkodzony. Próba ta powinna być wykonywana wstępnie, aby pomóc w ustaleniu, czy kabel jest uszkodzony oraz zdobycia informacji o charakterze uszkodzenia.
Szybkie sprawdzenie może być również wykonane po naprawie, aby być pewnym, że nie ma innego uszkodzenia oraz sprawdzenia poprawności wykonania połączenia kabla. Tryb dopalania jest używany, gdy miejsce uszkodzenia nie przebija z wyładowaniem łukowym przy maksymalnym dostępnym napięciu generatora udarów. Stan taki jest powodowany charakterystyką elektryczną miejsca uszkodzenia, która może być zmieniona przez dołożenie napięcia do kabla dopóki uszkodzenie nie przebije i w następstwie nie zapewni możliwości przepływu prądu. Powoduje to zmianę stanu lub dodatkowe uszkodzenie w miejscu osłabienia, które kolejno zmniejsza rezystancję w miejscu uszkodzenia i redukuje napięcie wymagane do przebicia. Gdy jest stosowane do kabla z izolacją papierową, izolacja wypala się i staje się zwęglona, trwale zmieniając charakterystykę miejsca uszkodzenia. Po zastosowaniu dla kabli XLPE, ciepło wytwarzane przez łuk w miejscu uszkodzenia może zmiękczyć izolację, ale po zgaśnięciu łuku izolacja powraca do stanu stałego bez drastycznej zmiany charakterystyki. Dopalanie może być efektywne w miejscu łączenia kabla lub w miejscu uszkodzenia wypełnionym wodą.

Udary
W trybie udarów, wewnętrzny kondensator jest ładowany do poziomu wybranego przełącznikiem napięcia i następnie rozładowany poprzez kabel. Proces ten może być automatycznie powtarzany z regulowanym czasem interwału lub w niektórych modelach ręcznie, poprzez naciskanie przycisku pomiaru. Udar prądu z rozładowującego się kondensatora przemieszcza się wzdłuż kabla, zapalając łuk w miejscu przebicia i powraca do kondensatora przewodem neutralnym lub ekranem. To gwałtowne wyładowanie energii powoduje słyszalną eksplozję i wykreowany dźwięk przemieszcza się na zewnątrz poprzez ziemię i jest używany do precyzyjnego ustalenia miejsca uszkodzenia.

Przebieg fali akustycznej
Przebieg fali akustycznej od łuku w miejscu uszkodzenia

Zakłada się, że dźwięk podróżuje po prostej i bezpośrednią drogą do powierzchni ziemi. Czasami stan gruntu jest taki, że dźwięk przemieszcza się w dół lub jest absorbowany i nie może być słyszany. W tym przypadku, mogą być wymagane detektory udarów, aby pomóc w precyzyjnym ustaleniu miejsca uszkodzenia. Jeżeli udar prądu napotyka na wysoką rezystancję ścieżki powrotnej do kondensatora, jaka występuje w przypadku, gdy przewód neutralny jest skorodowany, poziom wytworzonego dźwięku będzie w miejscu przebicia minimalny. Powrotny przepływ prądu poprzez ziemię może również powodować ryzyko powstania potencjału na metalowej konstrukcji umieszczonej w ziemi oraz różnicę potencjału na powierzchni.

Uziemienie ochronne
Jeżeli uziemienie ochronne generatora udarów jest podłączone prawidłowo, tryb uziemienia skutecznie uziemia i rozładowuje kondensator generatora udarów oraz badany kabel. Po wyłączeniu głównego wyłącznika zasilania, który rozładowuje kondensator i kabel poprzez rezystor, wtedy zawsze przed odłączeniem przewodów pomiarowych należy przesunąć przełącznik trybu w położenie "uziemienie" .

Uziemienie jednopunktowe
Uziemienie jednopunktowe

Uziemienie w jednopunktowe
Gdy używamy generatora udarów, ze względów bezpieczeństwa, zawsze należy stosować układ j
ednopunktowego uziemienia, jak pokazano na rysunku. Podczas wykonywania lub usuwania podłączeń do kabla, zawsze należy postępować zgodnie z zakładowymi zasadami bezpieczeństwa. Sprawdzić odseparowany kabel na obecność napięcia i uziemić go. Dołączyć uziemienie ochronne generatora udarów do zacisku uziemienia na transformatorze, obudowie wyłącznika lub celki. Następnie dołączyć powrotny przewód pomiarowy WN do ekranu lub przewodu neutralnego, jak najbliżej podłączenia wysokiego napięcia. Pozostawić uziemienie neutralnego na obu końcach kabla. Na koniec, podłączyć przewód WN do przewodu fazowego. Podczas odłączania przewodów pomiarowych zastosować odwrotną sekwencję czynności przez odłączenie WN, powrotu WN i jako ostatnie uziemienie ochronne. Lokalne uziemienie jest wymagane tylko wtedy, gdy procedury bezpieczeństwa firmy żądają tego. Najbezpieczniejszym, z najmniejszą rezystancją, połączeniem uziemienia ochronnego jest przewód neutralny sytemu, który będzie utrzymywał zero potencjału.

Filtry odbicia od łuku oraz sprzęgi
W celu zredukowania narażania kabla na udary wysokiego napięcia i ażeby uniknąć możliwości powodowania uszkodzeń w przyszłości, powinny być stosowane specjalne metody wstępnej lokalizacji. Metody wstępnej lokalizacji "odbicia impulsu udaru" i "odbicia od łuku" są używane od wielu lat. W celu użycia każdej z tych metod, wymagany jest dodatkowy osprzęt, łącznie z systemem analizy
. Sprzęg sygnału musi być dodany do generatora udarów w celu umożliwienia używania wstępnej lokalizacji metodą "odbicia impulsu udaru". Sprzęg, typu indukcyjnego lub pojemnościowego, jest używany do przechwycenia odbić impulsów udaru w kablu i przesłania ich do analizatora. Oba typy sprzęgów pracują równie efektywnie, a jedyną różnicą jest nieznaczna zmiana kształtu przechwyconej fali. Filtr odbicia od łuku jest konieczny, aby umożliwić stosowanie metody "odbicia od łuku". Filtr ten pozwala na dostarczanie impulsów 10V do 20V generowanych przez TDR podłączonych do tego samego kabla, który jest poddawany udarom 10000V. Filtr zapewnia, że impulsy zarówno niskiego, jak i wysokiego napięcia są wysyłane do badanego kabla. Podstawowym celem filtru jest umożliwienie podłączenia TDR lub analizatora w celu obserwacji kabla, gdy jest on poddawany udarom, oczywiście w sposób, który nie pozwoli na uszkodzenie analizatora w trakcie tego procesu. Filtr może również zawierać sprzęg konieczny do dostarczenia sygnału odbicia impulsu udaru. Istnieją dwa typy filtrów odbicia od łuku indukcyjny i rezystancyjny. Oba typy są umieszczone w obwodzie pomiędzy generatorem udarów i badanym kablem. Filtr indukcyjny używa dławika, który spowalnia impuls generatora udarów, rozciągając go w czasie. Powoduje to dłuższe trwanie łuku w miejscu uszkodzenia i odbijanie większej liczby impulsów reflektometru (TDR), zapewniając większe prawdopodobieństwo, że powracające odbicia zostaną przechwycone. Indukcyjność dławika blokuje również impulsy reflektometru od przemieszczania się wstecz w kierunku kondensatora generatora udarów, który by je zwierał.

Filtr indukcyjny odbicia od łuku
Schemat blokowy indukcyjnego filtru odbicia od łuku

Jedną z zalet filtra indukcyjnego jest to, że pomaga ograniczyć napięcie dostarczane do badanego kabla tylko do poziomu wymaganego do przebicia w miejscu uszkodzenia. Dławik w indukcyjnym filtrze również absorbuje mniej energii kreowanej przez generator udaru, pozwalając na dotarcie większej ilości do kabla w celu zapalenia łuku w miejscu uszkodzenia.

Drugi typ filtra używa rezystorów do kierowania impulsów i ma tę zaletę, że jest tańszy i lżejszy. Rezystor nadal blokuje impulsy reflektometru (TDR) i nieznacznie zmienia impuls generatora udarów, ale nie ogranicza napięcia. Filtr rezystancyjny ma tendencję do absorbowania trochę więcej energii generatora udarów niż filtr indukcyjny.

Filtr rezystancyjny odbicia od łuku
Schemat blokowy rezystancyjnego filtru odbicia od łuku

Copyright (c) 1998. This Page was created by Tomtronix on May the 14th, 2004.

Powiadomienie o plikach cookie. Witryna korzysta z plików cookie.
Pozostając na tej stronie, wyrażasz zgodę na korzystanie z plików cookie.
Dowiedz się więcej