Phát hiện phóng điện cục bộ bằng thiết bị siêu âm

Giới thiệu

Phóng điện cục bộ (Partial Discharges), theo tiêu chuẩn IEC 60270, là hiện tượng phóng điện không bình thường trong hệ thống điện. Việc phát hiện sớm các bất thường này, cũng như xác định chính xác vị trí phát ra, sẽ giúp thực hiện các hành động khắc phục kịp thời và hiệu quả cao. Hiện tượng phóng điện này định kỳ giải phóng năng lượng, tạo ra một dấu hiệu âm thanh đặc trưng có thể được ghi nhận bởi một thiết bị nghe siêu âm (ULD).

Theo thống kê hiện tại, 85% sự cố mất điện xảy ra ở các máy biến áp trung và cao thế. Phóng điện cục bộ như hiệu ứng corona là nguyên nhân chính của mất điện và hư hỏng cách điện thiết bị điện, do đó cần có một công cụ kiểm tra cho các phóng điện này. Thiết bị siêu âm ghi nhận các âm thanh bất thường ở những nơi không có sự gia tăng nhiệt độ trong hiện tượng phóng điện corona.

Phóng điện cục bộ – Corona

Phóng điện corona là hiện tượng phóng vầng quang xung quanh các dây dẫn khi không khí xung quanh bị nén vượt quá điểm ion hóa của nó mà không phát triển thành dòng điện phóng ra. Corona tìm kiếm một đường dẫn để hạ cánh qua không khí. Những phóng điện năng lượng cao này có thể gây ra hư hỏng cơ học, điện và nhiệt.
Corona là một vùng khí bị ion hóa đang thay đổi, có thể nhận biết được đối với người kiểm tra thông qua siêu âm truyền trong không khí. Phóng điện corona xảy ra khi điện áp trong các dây dẫn điện, chẳng hạn như ăng-ten hoặc đường truyền điện áp cao, vượt quá giá trị ngưỡng. Không khí xung quanh đường truyền điện cao bắt đầu ion hóa để tạo thành một ánh sáng màu xanh hoặc tím, thường nhìn thấy trong bóng tối hoàn toàn và với độ ẩm cao trong môi trường.
Bài viết này sẽ thảo luận về các khái niệm cơ bản của phóng điện cục bộ, đặc biệt là phóng điện corona, và cách phát hiện chúng bằng công nghệ siêu âm.xxx

Mặc dù bản thân Corona không phải lúc nào cũng là dấu hiệu sắp xảy ra hỏng hóc, nhưng đây là cơ hội để điều tra hậu quả của corona để xác định xem có cần thực hiện hành động khắc phục hay không. Tuy nhiên, Corona có thể gây ra thảm họa. Nó có thể dẫn đến tổn thất các thiết bị quản lý năng lượng đắt tiền.
Dấu hiệu siêu âm của hiệu ứng Corona rất đặc trưng: âm nền ồn ào, với các tiếng nổ trên đó tương ứng với các lần phóng điện riêng lẻ. Những tiếng nổ này, như được thấy trong biểu đồ dạng sóng ở đầu hình 1, rất ổn định theo chuỗi thời gian và có cùng tần số với điện năng; 50 Hz hoặc 60 Hz tùy thuộc vào quốc gia nơi chúng được ghi nhận. Bằng nhiều lần phóng điện như thế, chúng tạo ra một dải tần đầy các sóng hài, như được hiển thị trong phổ tần số (FFT) của hình 1.

Hình 1: Tín hiệu siêu âm của phóng điện Corona
Việc phát hiện phóng điện Corona rất quan trọng vì chúng hướng dẫn chúng ta đến các vấn đề tiềm ẩn với nguồn cung cấp chính trong trung và cao áp. Duy trì tài sản của chúng ta đúng cách sẽ giúp chúng ta không mất năng lượng vào những thời điểm bất ngờ.

Fig. 2: Tin hiệu siêu âm của sự phóng điện lan truyền.

Mẫu giám sát không đều như trong hình 2, vì các lần phóng điện xảy ra không đều đặn trong dạng sóng của dòng điện (nghĩa là, mỗi cú sốc phóng điện có một thành phần trong tần số của năng lượng điện). Tuy nhiên, sự phóng điện diễn ra rất tích cực như có thể thấy trong các vòng tròn màu đỏ. Điều này có thể được nhìn thấy trong sự giảm các đỉnh hài trong phổ tần số (FFT), nơi có các đỉnh ở 50 Hz hoặc 60 Hz (tùy thuộc vào tần số điện của mỗi quốc gia), nhưng chúng bị ẩn đi vì hành vi của tín hiệu không đều.

Phóng điện cục bộ - Phóng điện lan truyền (hoặc Phân nhánh Điện)

Phóng điện theo vết là giai đoạn đầu của hồ quang điện. Nó đi theo một đường dẫn trên lớp cách điện bị hỏng để tìm đất. Đường dẫn bị cháy xém này sẽ dẫn đến giảm cách điện và khả năng rò rỉ dòng điện từ dây dẫn. Nhiệt không được tạo ra, nhưng khi tình trạng trở nên nghiêm trọng hơn, nhiệt độ sẽ tăng lên và có thể được phát hiện bằng camera hồng ngoại. Sự phóng điện này cần được quan tâm nghiêm túc, vì sự cố sắp xảy ra.
Vết phóng điện tạo ra một đường rò rỉ dòng điện cacbon hóa dưới dạng các phân mảnh giống như tia chớp, những phân mảnh này ở trên lớp điện môi đã mất khả năng và bị hỏng sớm do phóng điện. Hình thức này còn được gọi là Lichtenberg để vinh danh nhà vật lý học người Đức, Georg Christoph Lichtenberg. Cấu trúc dạng cây này liên quan đến sự suy thoái dần dần của các linh kiện và thiết bị dưới điện áp. Điện áp càng cao thì sự kiện có thể xảy ra càng rắc rối và rủi ro.

Phóng điện cục bộ – Hồ quang điện
Hồ quang điện là dòng điện có thể biểu hiện dưới dạng các tia phóng điện. Những tia phóng điện này đòi hỏi một bước giám sát tiên tiến hơn, nơi các tia phóng điện xảy ra với số lượng không thể xử lý riêng lẻ nữa, mà là các xung năng lượng. Trong hệ thống điện áp cao, độ dài hồ quang có thể dài hơn đáng kể trước khi trở kháng hệ thống cố gắng điều chỉnh hoặc giới hạn dòng lỗi.

Trong hình 3, chúng ta có thể thấy một sự khác biệt lớn giữa các phóng điện nhỏ so với các khối năng lượng tương đương với sự phóng điện của hồ quang điện. Khi chúng ta gặp hồ quang điện, chúng ta đang phải đối mặt với rủi ro an ninh và sự cố sắp xảy ra, vì vậy phải ngay lập tức thực hiện hành động để ngăn chặn thiệt hại thêm.

Fig. 3: Tín hiệu siêu âm của hồ quang

Tính linh hoạt trong việc sử dụng Siêu âm

Xét đến khả năng nghe thấy những lần phóng điện này trong không khí, chúng ta có thể kiểm tra các sứ cách điện trong đường dây trung và cao áp một cách hiệu quả, chúng ta cũng cần nêu bật những công dụng phổ biến của thiết bị siêu âm trong kiểm tra điện.

Hình 4: Kiểm tra trạm Trung thế bằng Siêu âm và Camera Hồng ngoại

Kiểm tra Hệ thống Kín và Ngầm

Siêu âm là một công cụ tuyệt vời để xác định vị trí các vấn đề trong hệ thống kín và ngầm, vì phát xạ âm thanh dẫn chúng ta đến các khu vực cần quan tâm chính xác. Chúng ta có thể nghe thấy sự phát xạ mặc dù không có góc nhìn thấy chúng bằng camera hồng ngoại, điều này làm cho công cụ này rất hữu ích cho người kiểm tra các hệ thống này.Siêu âm các linh kiện riêng rẽ giúp nhân viên nhà máy tuân theo quy trình mở tủ điện và bảng điện kín, cho phép họ nghe những bất thường phía sau cửa. Điều này có thể giúp chúng ta đưa ra quyết định ảnh hưởng đến an toàn của người kiểm tra, chẳng hạn như ngăn chặn họ mở cửa khi có vấn đề tiềm ẩn phía sau. Trong hình 4, chúng ta có thể thấy một bất thường được phát hiện bằng siêu âm mà không cần mở cửa buồng. Để quan sát bất thường bằng máy đo nhiệt độ, nên sử dụng lỗ ngắm hồng ngoại hoặc quần áo chống cháy.

Kết luận
Việc kiểm tra Phóng điện cục bộ (PD) trong các thành phần điện dựa trên các phóng điện phát ra âm thanh tần số cao và có tính định hướng, cho phép thiết bị dễ dàng xác định nguồn phát xạ và cho phép thực hiện các hành động thích hợp để chăm sóc tài sản được giám sát.
Tuy nhiên, kiểm tra âm thanh cũng có những hạn chế của nó. Ngoài độ nhạy của một số thiết bị, ở những khu vực có sóng siêu âm cạnh tranh (và các nguồn phát xạ khác gần khu vực quan tâm), sóng siêu âm không đủ để kiểm tra an toàn và chính xác. Ngoài ra, cần phải mua thiết bị đắt tiền để thực hiện đúng nhiệm vụ.
Bộ kiểm tra điện UL101 và Bộ dò Corona của CTRL Systems tìm kiếm, xác định vị trí và báo cáo về Phóng điện cục bộ trong các thành phần của hệ thống điện. UL101 của CTRL có tỷ lệ S/N (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu) tốt nhất trong ngành và có độ nhạy cao nhất để xác định các vấn đề như phóng điện cục bộ.

CÔNG TY TNHH TƯ VẤN THƯƠNG MẠI KỸ THUẬT MAI THỦY

Số 35 đường 12 Khu Nam Long Phường Tân Thuận Đông Quận 7

Holtline: 0913 23 80 23 - Email: maithuy@maithuy.com

Website: https://maithuy.com