Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Kábeldiagnosztikai vizsgálatok a BME-n Tamus Zoltán Ádám
[email protected] BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
TARTALOM • Szigetelőanyagok öregedése • Kábelek öregedése • Szigetelésdiagnosztika – Kémiai vizsgálatok – Mechanikai vizsgálatok – Villamos vizsgálatok
• • • • •
Kisülési- és visszatérő feszültség mérés Kombinált vizsgálatok Komplex szigetelésdiagnosztika Laboratóriumi vizsgálatok Összefoglalás BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
SZIGETELŐANYAGOK ÖREGEDÉSE • A szigetelések legfontosabb tulajdonsága a villamos szilárdság. • A szigeteléseknek (pl. kábelszigeteléseknek) további követelményeket (mechanikai, kémiai) is ki kell elégíteniük az élettartamuk során. • Az üzem közben fellépő igénybevételek miatt a villamos szilárdság folyamatosan csökken, amíg eléri a biztonságos üzemelés határát. • A villamos szilárdsághoz hasonlóan, a szigetelőanyag egyéb paraméterei is változnak. • A szigetelések öregedését kémiai folyamatok okozzák. • Az öregedési folyamatok hátterében az anyagszerkezeti változások állnak. • Az anyagszerkezeti változások a kémiai-, a mechanikai- és a villamos tulajdonságok változásában nyilvánulnak meg. BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
KÁBELEK ÖREGEDÉSE • A kábelek szigetelése általában valamilyen szerves anyag, melyet hosszú láncmolekulák (polimerek) alkotnak. A polimerek egyforma elsődleges molekulákból (monomerek) állnak. • Minden szigetelőanyagnak megvan a rá jellemző kémiai öregedési folyamata: – olaj-papír: • papír: oxidáció és depolimerizáció • olaj: oxidáció, üledékképződés és a szennyezőmolekulák disszociációja
– PVC: cipzár hatás, vagyis sósavlehasadás – PE: oxidáció
BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
SZIGETELÉSDIAGNOSZTIKA I. • Az anyagszerkezeti változások kémiai vizsgálatokkal követhetőek: – Olaj-papír: • Polimerizációs fok • Olaj bomlástermékek megjelenése
– PVC • Hőstabilitás • Dynamic Mechanic Thermal Analysis (DMTA)
– PE • Oxidation Induction Time (OIT) • Infrared Spectroscopy • Differential Scanning Calorimetry (DSC)
• A kémiai vizsgálatokhoz mintát kell venni a szigetelésből, ezért a kémiai vizsgálatok roncsolásos vizsgálatok. BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
SZIGETELÉSDIAGNOSZTIKA II. • Mechanikai vizsgálatok: – Sűrűségmérés – Szakítóvizsgálatok • Piskóta formájú szabványosított mintákon, vagy • Csőkeresztmetszetűeken, mint termékjellemző
– Hajlítóvizsgálatok • rugóállandó, mint termékjellemző
– Keménységmérés és indenteres mérés • Shore A, Shore D keménység és indenter modulus mérés
• A legtöbb mechanikai módszer roncsolásos vizsgálat, de vannak roncsolásmenetes eljárások is. BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
SZIGETELÉSDIAGNOSZTIKA III. • A villamos módszerek alapja Romlási folyamatok Anyagszerkezet változása
Villamos szilárdság
Ed
Dielektromos folyamatok Vezetés
Polarizáció
γ
α(T)
BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
SZIGETELÉSDIAGNOSZTIKA IV. • Villamos módszerek összehasonlítása Polarizációs Vezetési Áram IP
IC
Kisülési Visszatérő Feszültség Ud
Veszteségi tényező és permittivitás
Ur
tanδ
Vezetőképesség
Polarizáció
γ
α(T)
BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
ε
KISÜLÉSI ÉS VISSZATÉRŐ FESZÜLTSÉG MÉRÉS I. • A mérés menete
BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
KISÜLÉSI ÉS VISSZATÉRŐ FESZÜLTSÉG MÉRÉS II.
• Alkalmazás olaj-papír kábelszigetelésen
BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
KOMBINÁLT VIZSGÁLATOK • Alkalmazás PVC kábelszigetelésen – Kémiai (hőstabilitás) – Kisülési és visszatérő feszültség mérés
BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
KOMPLEX SZIGETELÉSDIAGNOSZTIKA • Összetett igénybevételek • Egymást befolyásoló hatások • Komplex vizsgálat Villamos, kémiai, mechanikai vizsgálati módszerek együttes alkalmazása és közös értékelése
Több paraméter együttes vizsgálatával teljesebb a kép! BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK • A fellépő igénybevételek meghatározása • Az igénybevételek laboratóriumi reprodukálása • Gyorsított öregítés Villamos, termikus, mechanikai igénybevételek, nedvesedés, sugárzások • A szigetelőanyagra legjellemzőbb folyamatok vizsgálata BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
ÖSSZEFOGLALÁS • A szigetelés villamos szilárdsága nem határozható meg a diagnosztikai vizsgálatok eredményéből. • A diagnosztikai vizsgálatokkal csak következtetni lehet a villamos szilárdság megváltozására. • Az adott szigetelőanyagra alkalmazható diagnosztikai eljárást csak laboratóriumban végzett előzetes vizsgálatok eredményeként lehet meghatározni. • Több diagnosztikai vizsgálat párhuzamos alkalmazásával sokkal pontosabban követhető a szigetelés anyagszerkezeti változása. BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
Készült • az ISH 2007 konferencián (2007. aug. 27-31. Ljubljana, Szlovénia) elhangzott Tamus Zoltán Ádám és Németh Endre: Mesurement of Dielectric, Mechanical and Chemical Properties of the Insulation in Cable Diagnostics, valamint • a Diagnostics 07 konferencián (2007. ápr. 25-27., Siófok) Tamus Ádám és Németh Bálint: Komplex igénybevétel, komplex szigetelésdiagnosztika a Műegyetemen című előadások alapján.
BME Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport
