ispitivanje odvodnika prenapona

8/19/2019 Ispitivanje odvodnika prenapona

1/32

Poslijediplomski doktorski studij

Kolegij: Ispitne i mjerne metode u VN tehnici

Metode ispitivanja klasičnih i

metaloksidnih odvodnika prenapona

Goran Levačić, dipl.ing.el.Institut za elektroprivredu i energetiku d.d.,Ulica grada Vukovara 37, Zagreb - Hrvatska

e-mail: [email protected]

Zagreb, travanj, 2011.

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


2/32

Sadržaj

► Odvodnici prenapona► Osnovna podjela odvodnika:- Klasični odvodnici

- MO odvodnici► Metode terenskog ispitivanja odvodnika:- Ispitivanje odvodnika VN ispitnom stanicom- Ispitivanje odvodnika LCM500 mjernim uređajem

► Zaključak:- Prednosti VNIS/LCM500- Nedostaci VNIS/LCM500


3/32

Odvodnici prenapona

► Uređaji koji štite energetske transformatore i ostalu skupocjenuopremu u postrojenju od prenapona, pa je zato potrebno povremenoispitivanje njihovog stanja

► Preporučeno je ispitivanje odvodnika nakon svake tri godine

► Spojeni su u paralelu sa opremom koju štite kako bi preusmjerilistruju koja se javlja prilikom prenapona

► Odvodnici prenapona ponašaju se kao nelinearni otpori, čiji se iznos

mijenja u zavisnosti od veličine narinutog napona

► Odvodnik prenapona osim amplitude nailazećeg naponskog valasmanjuje i njegovu strminu


4/32

Osnovna podjela odvodnika prenapona u postrojenju:

► „Klasični odvodnici“ (sa iskrištem)► MO odvodnici (bez iskrišta)


5/32

Odvodnik prenapona s iskrištem (“klasični”)

► "Klasični" ventilni odvodnik prenapona s iskrištem se i danas ćestosusreće u postrojenjima

► Sastoji se od serijski povezanih otpornika izrađenih od silicium karbida(SiC odvodnici), te iskrišta (nalaze se u izolacionom materijalu odkojeg je sastavljen otpornik odvodnika)

► Kada se na takav materijal narine visoki napon, stvara se između SiCčestica jako električno polje, pri čemu se prostor između njih ionizira ipostaje vodljiv. Uz veći napon biti će jače i polje, kao i ionizacija, kojaomogućuje stvaranje vodljivih kanala, tako da vrijednost otpora pada(pri smanjenom naponu slabi električno polje, a time i ionizacija okoSiC čestica, pa se smanjuju i vodljivi kanali, što djeluje na porastotpora odvodnika)

► Proradni napon je napon pri kojem prorađuju iskrišta odvodnikaprenapona. To može biti izmjenični, istosmjerni i udarni napon

► Kod ventilnih odvodnika koji se ugrađuju za zaštitu postrojenja od 220kV proradni napon mora biti toliko visok da odvodnici ne prorade zbognailaska unutarnjih prenapona


6/32

Odvodnik prenapona s iskrištem (“klasični”)

► Pri pojavi prenapona dolazi do preskoka na iskrištu odvodnika inapon na izolatorskom lancu je ograničen preostalim naponomodvodnika, koji je niži od preskočnog napona izolatora

► Energija groma se apsorbira te je izolacijska oprema sigurna

► Preostali napon na stezaljkama odvodnika je ograničen nadopuštenu razinu zbog nelinearne karakteristike

► Nakon prolaska prenapona dolazi do gašenja el.luka naiskrištu. Nema potrebe za isključenjem prekidača u postrojenju


7/32

Odvodnik prenapona bez iskrišta (MO odvodnik)

► Kod izgradnje novih postrojenja uglavnom se ugrađujuZnO odvodnici, dok se u starijm postrojenjima nalazeklasični odvodnici

► Tehnološki napredak proizvodnje MO nelinearnih

materijala omogućio je masovniju proizvodnju i primjenuovih materijala u izradi odvodnika prenapona bezklasičnih iskrišta

► Odvodnici prenapona bez iskrišta se mogu koristiti zaredukciju kako atmosferskih tako i sklopnih prenapona

► Pri sklopnim i atmosferskim prenaponima energija seraspodjeljuje na više odvodnika


8/32

Odvodnik prenapona bez iskrišta (MO odvodnik)

► Osnovna prednost ZnO odvodnika prenapona u odnosu na SiC je što nemajuiskrište i imaju povoljniji oblik strujno-naponske karakteristike otpornika

► MO odvodnici prenapona sadrže samo pločice (diskove) od nelinearnogotpornog materijala koji su zatvoreni u odgovarajuće porculanskom kućište

► Način rada odvodnika koji se sastoji od serijski spojenih otpornika (bez iskrišta)vrlo je jednostavan: Pri nailasku prenapona, struja kroz odvodnik sekontinuirano povećava, tako da nema nagle promjene napona. S prolaskomprenapona smanjuje se i struja kroz odvodnik, tako da nema popratne strujekao kod klasičnih odvodnika. Uslijed nepostojanja iskrišta nema niti naglepromjene napona, koja je kod SiC odvodnika uzrokovana proradom iskrišta

► Trajni radni napon odabire se na osnovi termičkog opterećenja odvodnika, tj.trajanja privremenih prenapona na mjestu ugradnje odvodnika. Privremeniprenaponi su povišenja napona pogonske frekvencije ograničenog trajanja


9/32

Osnovni parametri MO odvodnika prenapona

► Trajni radni napon Uc odvodnika prenapona je maksimalnodozvoljena efektivna vrijednost napona nazivne frekvencije koji možebiti trajno primijenjen između priključaka odvodnika

► Nazivni napon odvodnika prenapona Ur predstavlja maksimalnodozvoljenu efektivnu vrijednost napona, nazivne frekvencije,ograničenog trajanja (10 s), koji se može primijeniti između priključakaodvodnika prenapona pošto je odvodnik apsorbirao dozvoljeni (nazivni)iznos energije

► Nazivna odvodna struja odvodnika prenapona (In) je tjemenavrijednost impulsne (udarne) struje oblika 8/20 μs


10/32

MO odvodnici u TS Lošinj


11/32

Čimbenici koji ut ječu na degradaciju odvodnika

► Najveći neprijatelji odvodnika prenapona su voda, zagađenje i toplina► Ulazak vode u odvodnik uzrokuje drastično starenje odvodnika, zagađenje

uzrokuje neujednačenu raspodjelu polja širom odvodnik, a toplina je čimbenikkoji također utječe na naprezanje i degradaciju

► Toplina je obično prouzročena od uvjeta okoline i prenapona (tokom udaramunje, sklopni i atmosferski prenaponi) koji uzrokuju naprezanje odvodnika

► Ostali čimbenici koji direktno utječu na degradaciju MO odvodnika ili njegovudegradaciju su:

- Brtvljenje koje uzrokuje prodor vlage- Pražnjenja po površini odvodnika

- Preopterećenja kod privremenih i tranzijentnih prenapona- Dugoročno starenje odvodnika pri normalnom pogonskom naponu- Unutarnja parcijalna izbijanja


12/32

Ispitivanje odvodnika prenapona

► Prvenstveno zbog ekonomskih razloga bi bilo poželjno da se provjeraispravnosti (ispitvanje) obavi dok su u pogonskom stanju, posebice zavisokonaponske MO odvodnike prenapona

► To ograničenje umanjuje broj raspoloživih mjernih metoda

► Odvodnik starenjem propušta sve veću struju tj. referentni napon sesmanjuje

► Prevelika struja pri pogonskom naponu može uzrokovati pregrijavanje tedodatno povećanje struje. U ekstremnom slučaju može doći do uništenja ipucanja tijela odvodnika

► Ispravnost odvodnika utvrđuje se mjerenjem karakterističnih točaka

strujno naponske karakteristike


13/32

Metode terenskog ispitivanja odvodnika prenapona

► Ispitivanje odvodnika prenapona VN ispitnom stanicom► Ispitivanje odvodnika prenapona LCM500 mjernim

uređajem


14/32

Ispitivanje odvodnika prenapona sa VN stanicom(VNIS)

Cjelokupna VNIS (pokretni laboratorij) se sastoji od:

► Teretni automobil IVECO► Ispitni transformator (KONČAR, 200 kV, 50 kVA)► Prigušnica za kompenzaciju (VOLTA, 220 V, 250 A)► Mjerno-upravljački pult:

- analogni mjerači struje i napona- priključci za drugu mjernu opremu- regulacijski trafo (220 V/0-220 V, 100 A)


15/32

Ispitivanje odvodnika prenapona sa VN stanicom

Ispitivanje klasičnih odvodnika prenapona provodi se prema IEC 60099-1na slijedeći način:

► Na ispitivani odvodnik prenapona se priključi regulirani izmjenični napon frekvencije50 Hz

► Napon se podiže do prorade odvodnika prenapona

► Napon prorade mjeri se 5 puta u intervalima ne kraćim od 10 sekundi

► Valni oblik snima se osciloskopom Lecroy

► Sukladno mogućnostima izvora ispitnog napona moguće je ispitivati višedjelneodvodnike prenapona tako da se ispitaju segmenti odvodnika kao posebna cjelina

► Napon prorade odvodnika u tom slučaju je zbroj dobivenih vrijednosti naponaprorade segmenata


16/32

K riterij za ocjenu ispravnosti klasičnih odvodnika

prenapona Upr/Un Ocjena ispravnosti (IEC 60099-1/iskustveno)

2,4 Odvodnik je neispravan, potrebna zamjena


17/32

Upr/Un TS Krk (vodno polje 110 kV Crikvenica) –klasični odvodnici

2,1

1,24

2,092,01

1,94

2,1

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 4 8

2002. god. 2005. god.


18/32


Ispitivanje metaloksidnih odvodnika prenapona provodi se prema IEC 60099-4:

► Ispitivanjem se provjerava iznos referentnog napona kod propisanereferentne struje

► Provodi se detaljno snimanje U-I karakteristike odvodnika mjerenjemnapona i struje u više točaka te se onda vrši analiza snimljenih podataka naračunalu

► Referentni napon je tjemena vrijednost napona pogonske frekvencije kodkojeg kroz odvodnik teče referentna struja

► Referentna struja je vršna vrijednost radne komponente struje odvodaispitivanog odvodnika prenapona. Iznos referentne struje propisujeproizvođač odvodnika prenapona na osnovu razvojnih ispitivanja ili se onodređuje iskustveno (1~10 mA)


19/32

Kriterij za ocjenu ispravnosti MO odvodnikaprenapona

Uref/Un Ocjena ispravnosti (IEC 60099-4)

≥1 Odvodnik je ispravan


20/32

U-I karakteristika neispravnog MO odvodnika prenapona (ABB XAQ 36A3/39)

U-I karakteristika ispravnog MO odvodnika prenapona (ABB PEXLIM Q048)


21/32



22/32

Ispitivanje odvodnika prenapona sa LCM500 mjernimuređa jem

Osnovni dijelovi mjernog instrumenta:

1. Antenski diskovi za mjerenje el. polja2. Antenska sonda za mjerenje el. polja FP500

3. Strujna kliješta CCT5004. Antena uređaja5. Uređaj LCM500


23/32


► Metoda se temelji na analizi trećeg harmonika struje

► Mjerenja su korigirana s obzirom na temperaturu i napon

► Najvažnije korištenje rezultata je usporedba sa preporukama

proizvođača odvodnika prenapona► Normalni vijek trajanja odvodnika je gotov kada struja odvođenja

dosegne od proizvođača “preporučenu” vrijednost

► Ako preporučeni podaci nisu dostupni, dobro je za provjeruusporediti rezultate sa sličnim odvodnicima iste populacije


24/32


Princip mjerenja:

► CCT500 strujna kliješta sepriključe na uzemljenje štobliže mjerenom odvodniku(odvodnik je naelektriziran,pod naponom)

► FP500 sonda za mjerenjepolja se postavi direktnoispod donje baze odvodnikašto bliže donjem dijelu bez

dosezanja sigurnosnograzmaka i ispod nadzemnogvoda


25/32


i ij i i č k i l ij d i


26/32

Kriterij ispravnosti - Preporučene maksimalne vrijednostiradne komponente struje za različite ABB odvodnike pritemperaturi od 20°C i različitim vrijednostima radnog napona

1 – XAR, EXLIM R

2 – XAQ, XMQ, EXLIM Q

3 – XAP-A, XAP-C, EXLIM P-A,B,D

4 – EXLIM T

5 – XAP-B, EXLIM P-C

U/Ur = omjer normalnog pogonskog i nazivnog napona odvodnika


27/32

Odvodnici prenapona (ABB XAQ Un=108 kV)

ispitivani sa LCM500 u TS Lički Osik, Trafo polje 1

Odvodnici prenapona u TS Lički Osik, Trafo polje 1, Un=108 kV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 4 8

I [ µ A ] Ir

Ircorr

It


28/32

Preporučene vrijednosti radne k omponentestruje odvođenja za SIEMENS odvodnike prenapona

Krivulja: Tip odvodnika:

Type 1 3EP4-1..3

3EP2-1..3

3EQ1-1..3

Type 2 3EP4-1..2

3EP2-1..2

3EQ1-1..2

Type 3 3EP2-2..2

3EP4-2..2

3EQ1-2..2

3EQ4-2..2

3EP3-2..2

3EL2-2..2

3EP2-2..3

3EP4-2..3

3EQ1-2..3

3EQ4-2..3

3EP3-2..3

3EL2-2..3

Type 4 3EP2-3..3

3EP3-3..3

3EQ4-3..3

3EQ3-3..3

3EP2-3..4

3EP3-3..4

3EQ4-3..4

3EQ3-3..4

Type 5 3EP2-4..5

3EP3-4..5

3EQ4-4..5

3EQ3-4..5

Type 6 3EP3-5..5

3EQ4-5..5

3EQ3-5..5


29/32


30/32

Prednosti ispitivanja odvodnika LCM500 / VNIS

► Jednostavniji transport mjernog uređaja

► Nije potrebno odspajanje odvodnika sa napona (mjerenje se izvodi podnaponom – u pogonu)

► Mjerenje odvodnika prenapona sa LCM500 mj. uređajem traje puno kraće

► Jednostavniji postupak mjerenja (mjerenje je jeftinije i brže)

► Automatska obrada i korigiranje izmjerenjih vrijednosti (s obzirom na struju inapon)

► Metoda koju koristi LCM je usporednog karaktera, i dobiveni rezultati semeđusobno uspoređuju s prethodnim rezultatima za isti odvodnik prenapona iliisti tip odvodnika


31/32

Nedostaci ispitivanja odvodnika LCM500 / VNIS

► Nije moguće ispitivanje “klasičnih” odvodnika prenapona

► Nije moguće mjerenje do linijskog napona (samo do faznog napona)

► Nije moguća nikakva usporedba rezultata za odvodnike prenapona istihnazivnih parametara različitih proizvođača

► Procjena stanja pojedinog odvodnika prenapona se provodi analizomtrenda mjernih rezultata tijekom godina rada (potrebno je periodično

ispitivanje ispravnosti odvodnika)

► Za određivanje točnog iznosa struje odvođenja možda nije dovoljnoprecizna metoda mjerenja odvodnika sa LCM uređajem zbog velikogbroja korekcijskih faktora i pretpostavljenih karakteristika


32/32

..Hvala na pa ž nji..

Goran Leva č i ć, dipl.ing.el.

ispitivanje odvodnika prenapona

Documents