Uszkodzenie izolacji stojana należy do najczęstszych uszkodzeń silników średniego napięcia. W przypadku wystąpienia awarii konieczne jest najczęściej przezwajanie silnika. Nieplanowany przestój instalacji w przypadku krytycznych urządzeń technologicznych może generować straty dla zakładu produkcyjnego, które znacznie przekraczają koszty samego silnika.

Istnieje wiele metod, które umożliwiają zweryfikowanie, jaki jest stan izolacji układu. Wśród nich wyróżnić można m.in. test Meggera, pomiar współczynnika strat dielektrycznych oraz pojemności uzwojeń, metodę impulsową, metodę spektroskopii niskoczęstotliwościowej, a także pomiary oparte o kontrolę poziomu wyładowań niezupełnych (WNZ). Ze względu na sposób przeprowadzania pomiaru, metody te można podzielić na wykonywane przy wyłączonym urządzeniu (w trybie offline) oraz przy urządzeniu pracującym (w trybie online). Tradycyjne metody oparte na pomiarach napięciem stałym umożliwiają sprawdzenie stanu układu odłączonego od zasilania. Wyzwaniem jest natomiast kontrola układu w trakcie jego normalnej pracy, co jest szczególnie istotne dla urządzeń wymagających sporadycznego odłączania spod napięcia.

Rys. 1. Monitor InsulGard firmy Eaton do ciągłej kontroli stanu izolacji w urządzeniach SN

InsulGard – zasada działania

Monitor InsulGard umożliwia ciągłe kontrolowanie poziomu WNZ w trybie online dla pracującego urządzenia. WNZ będące lokalnym przebiciem izolacji są bardzo dobrym wskaźnikiem stanu izolacji układu. Postępująca degradacja izolacji skutkuje wzrostem aktywności WNZ, dzięki czemu możliwe jest wnioskowanie o stanie izolacji układu na podstawie trendów pokazujących zmiany wskaźników PDI, PPC oraz Qmax. Wyładowaniom w izolacji towarzyszy powstawanie pola elektromagnetycznego, a także emisja fal dźwiękowych. InsulGard do kontrolowania poziomu WNZ wykorzystuje kondensatory sprzęgające (rys. 2a), moduł RTD (rys. 2b) oraz przekładniki prądowe RFCT (rys. 2c).

Rys. 2. InsulGard do kontrolowania poziomu WNZ wykorzystuje:
a – kondensatory sprzęgające,
b – moduł RTD,
c – przekładnik prądowy RFCT

Technologia InsulGard zapewnia ciągłą kontrolę stanu izolacji takich urządzeń średniego napięcia, jak silniki, rozdzielnice, suche transformatory, wyłączniki, głowice kablowe czy generatory.
Analiza technologii pomiaru WNZ wykazała silną zależność wskaźników od warunków klimatycznych oraz obciążenia układu. W związku z tym monitor wyposażono w dodatkowe wejścia umożliwiające kontrolowanie wartości prądu obciążenia, temperatury oraz wilgotności.

Możliwości predykcyjne

Zbieranie w pamięci urządzenia danych o poziomie WNZ umożliwia wprowadzenie predykcji stanu izolacji kontrolowanych urządzeń. Na podstawie trendów i wskaźników można określić z wyprzedzeniem, czy kontrolowane urządzenie powinno zostać odstawione do przeglądu, a tym samym można uchronić się przed nieplanowanym i pociągającym za sobą duże koszty postojem awaryjnym. Gromadzone charakterystyki fazowe pokazują ponadto, jaki typ uszkodzenia izolacji występuje: pogorszenie stanu izolacji pomiędzy przewodami fazowymi, rozwarstwienie izolacji, groźba zwarcia doziemnego.
Możliwość przewidywania uszkodzenia izolacji stwarza szansę zoptymalizowania zarządzania utrzymaniem ruchu w przedsiębiorstwie. Zamiast wykonywać okresowe przeglądy stanu izolacji, można reagować dopiero w momencie, gdy wskaźniki oceniające stan izolacji ulegają pogorszeniu.

Rys. 3. Przykładowy schemat zastosowania InsulGard do monitorowania izolacji rozdzielnicy SN

Przykładowa aplikacja dla silnika SN

Silniki oraz generatory SN należą do najczęściej kontrolowanej grupy urządzeń z wykorzystaniem monitora InsulGard. W typowej aplikacji wykorzystuje się zestaw trzech kondensatorów sprzęgających przyłączanych do zacisków silnoprądowych. Żeby zwiększyć dokładność pomiaru dodatkowo stosuje się moduł RTD, który umożliwia podłączenie do sześciu czujników PT100 znajdujących się w uzwojeniu stojana. Czujniki PT100 działają jak anteny zbierające emitowane przez WNZ pole elektromagnetyczne. Moduł RTD umożliwia odseparowanie sygnałów o paśmie
1-20 MHz od sygnału wykorzystywanego przez zewnętrzny przekaźnik zabezpieczający układ przed przeciążeniem. Dla generatorów dużej mocy dodatkowo zwiększa się możliwości pomiarowe dodając drugi moduł RTD, dzięki czemu możliwe jest kontrolowanie do 12 czujników PT100.

Przykładowa aplikacja dla rozdzielnicy SN

Poza maszynami wirującymi InsulGard może kontrolować stan izolacji rozdzielnicy SN oraz zawartych w niej elementów, takich jak izolatory, wyłączniki, szyny główne, głowice kablowe. W aplikacjach tych najczęściej wykorzystuje się zestaw trzech kondensatorów sprzęgających na trzy pola odpływowe oraz dodatkowo przekładnik RFCT montowany na ekranach kabli odpływowych.

Korzyści

Podstawowe korzyści jakie daje InsulGard, to kontrola instalacji w trakcie jej pracy, dostarczająca informacji o zbliżającym się trwałym uszkodzeniu izolacji. Dzięki temu można podjąć odpowiednie środki zaradcze i przygotować się do planowanego postoju remontowego instalacji. Wiedza o stanie instalacji daje ponadto możliwość prawidłowego rozplanowania procesu produkcyjnego z uwzględnieniem dostępności urządzeń.
W przypadku, gdy monitoringiem objęto większą liczbę odbiorów, możliwe jest wskazanie, które z nich w pierwszej kolejności muszą zostać odstawione do remontu. Generowane przebiegi fazowe dodatkowo sugerują, w jakim miejscu należy szukać uszkodzenia izolacji.

Rys. 4. Charakterystyki fazowe, wzrost PPC w 1 i 3 ćwiartce (kolor różowy) oraz zdjęcie prezentujące wykrytą przez monitor degradację izolacji między dwoma fazami w generatorze 49 MVA

Opcja monitoringu zdalnego

Monitor InsulGard jest wyposażony w wyjścia przekaźnikowe informujące o przekroczeniu alarmów 1 i 2 stopnia. Ponadto oprogramowanie InsulGard umożliwia podglądanie przebiegów oraz wykonywanie analiz korelacyjnych, pokazujących jaka jest zależność pomiędzy poziomem WNZ a czynnikami klimatycznymi, takimi jak wilgotność i temperatura.
W celu zapewnienia kompleksowej oferty firma Eaton umożliwia wykonanie monitoringu zdalnego w oparciu o modem GSM. Dane z monitora zbierane są do centralnego serwera w USA, gdzie są obrabiane przez zespół specjalistów z zakresu WNZ. Na podstawie tych analiz generowane są comiesięczne raporty informujące o stanie izolacji kontrolowanego układu.

Marek Gackowski
Autor jest pracownikiem
firmy Eaton