ELEKTRI ČNA MERENJA ELEKTRIČNA NA KABLOVIMA, DIJAGNOSTIKA KVAROVA

Transcript

1 ELEKTRI ČNA MERENJA ELEKTRIČNA NA KABLOVIMA, DIJAGNOSTIKA KVAROVA

2 Električni kablovi su izuzetno važni elementi elektroenergetskih i telekomunikacionih postrojenja, pa je povremena kontrola njihovih parametara izuzetno važna za sigurnost i kvalitet tehnološkog procesa Sami kablovi imaju dugi vek trajanja, ali se na njima povremeno javljaju kvarovi - usled nepravilne montaže i rukovanja, a nisu retki ni slučajevi havarija, nastalih uglavnom zbog nepažnje Kvarovi na kablovima naročito su česti u rudarstvu, zbog veoma teških i nezgodnih uslova rada i prisustva teške mehanizacije Pored toga, u rudarstvu radovi nisu statični, već se pomeraju, napreduju i stalno dolazi do pomeranja celokupne mehanizacije i kablovskih veza Zbog toga su metode za dijagnostikovanje kvarova na kablovima i njihovo lociranje izuzetno značajni baš u oblasti rudarstva

3 Merenje i kontrola električnih parametara kablova Odnosi se prvenstveno na merenje i parametara kablova koji su već u pogonu kontrolu električnih Radi kontrole njihove pogonske sigurnosti treba periodično vršiti merenja, čak i kada nema nikakvog vidljivog kvara Preporučljivo je izmeriti električne parametre nove kablovske instalacije, da bi se pri kasnijim merenjima mogli koristiti kao reference Analizom uzroka kvarova može se ustanoviti da postoje mesta na kablu koja gube kontinuitet pa se na tim mestima mogu pojaviti pojačana električna, termička i mehanička opterećenja To su najčešće mesta postavljanja spojnog kablovskog pribora, zbog čega se nabavka i postavljanje kablovskih spojnica i završnica moraju vršiti isključivo po tehničkim uslovima važećih standarda za tu vrstu opreme

4 Merenje otpora izolovanosti Izolatori u svakoj instalaciji imaju vrlo velike otpore, ali ti otpori nisu beskonačno veliki, tako da ipak i kroz izolatore, kada se stave pod izvesne napone, protiču neke male jačine struje I kod najboljeg stanja izolovanosti, kroz izolaciju pod naponom teku male jačine struje (između izolovanih provodnika ili između tih provodnika i zemlje) U praksi je važno da izolovanost buda takva da ove struje ostanu u propisanim granicama Kako je na osnovu Omovog zakona: R U I gde je U stalan napon, kao merilo stanja izolacije uzima se otpor izolovanosti

5 Merenje otpora izolovanosti Veličina otpora izolovanosti iznosi nekoliko stotina hiljada oma kod izolacije koja odgovara propisima, a može imati i milionske vrednosti u slučaju izvanredno dobre izolacije Otpori izolovanosti uobičajeno se izražavaju u megaomima Otpori izolovanosti zavise od raznih uticaja i dosta su nestalni i pri različitim merenjima mogu se dobiti različiti rezultati Za praksu nije važna tačna veličina otpora izolovanosti, već da li je izolovanost loša ili dobra, odnosno da li veličina otpora izolovanosti jeste ili nije u propisanim granicama Učestanost obavezne provere izolovanosti u kablovima za snagu i kablovima za signalizaciju i upravljanje obavlja se u skladu sa propisima, a ako se prilikom kontrole stanja i ispravnosti pokaže da otpor izolovanosti opada, provera otpora izolovanosti vrši se i češće, sa utvrđivanjem uzroka

6 Merenje otpora izolovanosti Faktori od kojih zavisi otpor izolovanosti su: dimenzije kabla (presek provodnika, debljina izolacije i dužina kabla) vrsta i kombinacija upotrebljenih izolacija primenjeni napon (sa porastom napona smanjuje se otpor izolovanosti) vreme trajanja struje (sa porastom vremena trajanja smanjuje se otpor izolovanosti) temperatura (sa porastom temperature smanjuje se otpor izolovanosti) vlažnost izolacije kablova (povećana vlažnosti izolacije kablova smanjuje otpor izolovanosti)

7 Merenje otpora izolovanosti Merenja otpora izolovanosti treba vršiti pod okolnostima sličnim kakve su u pogonu, ili zbog veće sigurnosti, pod još nepovoljnijim okolnostima Merenje otpora izolovanosti treba vršiti sa dovoljno visokim naponom (vrednosti bar veličine nominalnog napona) - pri merenjima sa niskim naponima dobijaju se nerealne vrednosti U praksi se obično određuje otpor izolovanosti: - između žila podzemnog kabla ili između žila kabla i spoljne obloge kabla, koja je u vezi sa zemljom - između provodnika u mrežama i instalacijama, kao i između tih provodnika i zemlje - namotaja mašina i aparata prema masi (gvožđu)

8 Merenje otpora izolovanosti Primer merenja otpora izovolanosti kod instalacija: R, S, T - fazni provodnici N - nulti vod PE - zaštitni provodnik Prema važećem standardu (IEC 60364) zahteva se testiranje svih kablova na glavnim i dodatnim instalacijama Standard zahteva da instrumenti mogu obezbediti 500V d.c. pri jednosmernoj struji od 1 ma Sa prikazanim instrumentom može se obavljati test izolacije pri naponima od 500 V i 1000 V

9 Merenje otpornosti provodnika Otpornost provodnika kabla zavisi od materijala i načina izrade Za jednosmernu struju obično se navodi za temperaturu od 20 C (otpornost provodnika zavisi od temperature) Merenje: provodnici na kraju kabla kratko se spoje, a na početku kabla meri se otpornost provodnika pogodnim mernim mostom Na primer, kod trožilnog kabla mere se otpornosti provodnika, redom: 1+2, 2+3 i 1+3 Otpornost jednog provodnika je polovina vrednosti dobijene merenjem Kod pravilno montiranih kablova ove vrednosti moraju biti iste (dozvoljena su mala odstupanja u okviru tolerancija proizvodnje) Mora se navesti i pri kojoj srednjoj temperaturi se vrši merenje

10 Merenje kapaciteta kabla Kapacitet kabla zavisi od: - njegovih dimenzija (dužina kabla, prečnik provodnika, unutrašnji prečnik metalnog omotača, rastojanje provodnika) - relativne dielektrične konstante izolacije (zavisi od temperature - u oblasti uobičajenih pogonskih temperatura ova zavisnost je zanemarljiva za impregnirani papir i polietilen, dok je za PVC mešavine dosta izražena) Kapacitet se meri na sličan način kao i otpor izolovanosti Primenjuju se odgovarajući merni mostovi Izmerene vrednosti se obično izražavaju u odnosu na jedan kilometar dužine [μf/km]

11 Naponska ispitivanja Za naponska ispitivanja važe odredbe regulisane odgovarajućim propisima Ispitni napon određen je prema vrsti kabla i njegovom nominalnom naponu Pri svim ispitivanjima provodni delovi postrojenja i aparati (prekidači, pretvarači, sabirnice,...) koji se nalaze na kraju kabla ili na priključnim vodovima moraju biti uzemljeni Ispitivanja se mogu vršiti jednosmernim ili naizmeničnim trofaznim naponima u trofaznim sistemima

12 Naponska ispitivanja Ispitivanja jednosmernim naponima češće se primenjuju, jer imaju brojne prednosti: - jednostavnija su i jeftinija - za njihovo izvođenje potrebna je vrlo mala snaga, pa su izdaci za ispitni transformator sa ispravljačem manji nego za regulacioni transformator - lakše transportovanje ispitnih uređaja i njihovo priključivanje na niži napon - za vreme ovih ispitivanja mogu se jednostavno meriti struje odvoda, koje otiču preko izolacije i završne kablovske glave Struje odvoda se, kod ispitivanja sa naponoma većim od 50 kv, povećavaju zbog pojave tinjavog pražnjenja (korone), zbog čega treba nastojati da vlažnost vazduha bude što manja i da se otklone svi mogući štetni uticaji

13 Vrste kvarova na elektri čnim kablovima električnim Prema vrsti, kvarovi na kablovima mogu se podeliti u tri grupe: 1. Spoj sa zemljom Uspostavlja se spoj između jedne ili više žila sa metalnim omotačem kabla koj je uzemljen 2. Kratak spoj Nastaje usled nastanka spoja između dve ili više žila kabla 3. Prekid kabla Prekid jedne ili više žila kabla

14 Ispitivanje na zemljospoj i kratak spoj Sve žile kabla treba otkačiti na oba kraja Zatim se proverava otpor izolovanosti, pri čemu se jedan priključak instrumenta (najčešće megometra) vezuje na potencijal zemlje (metalni omotač kabla), a drugi redom na sve provodnike kabla Megometrom se meri otpor izolovanosti između pojedinih žila kabla Veličina pogonskog napona, tip kabla i njegova dužina merodevni su za vrednost najmanjeg dozvoljenog otpora izolovanosti

15 Ispitivanje na prekid kabla Žile na kraju kabla se kratko spoje Pomoću mosta za merenje otpornosti meri se otpornost pojedinih strujnih petlji dobijenih spajanjem provodnika na kraju kabla Dobijene vrednosti upoređuju se sa onima koje su izmerene posle montaže ili sa vrednostima izračunatim iz dužine i veličine poprečnog preseka Ako je izmerena otpornost jedne petlje vrlo velika (reda veličine kω ili MΩ), može se sa sigurnošću zaključiti da se radi o prekidu provodnika

16 Lokalizacija kvarova klasičnim metodama Pri pojavi kvara na kablovskoj mreži, najpre treba pronaći defektni kabl i odvojiti ga od napajanja i potrošača Na osnovu izvedenih kvalitativnih merenja izvodi se zaključak o vrsti kvara i bira pogodna metoda za lokalizaciju defektnih mesta električnih kablova Veoma je značajno tačno utvrditi o kojoj se vrsti kvara radi, a tek potom pomoću neke od metoda lokalizovati njegovo mesto Često se vrše uzaludna iskopavanja i vađenja kablova radi pronalaženja defektnog mesta U savremenoj mernoj tehnici poznate su mnoge metode za određivanje mesta kvara na kablovima i one se primenjuju za određene vrste kvarova Koja će se od njih upotrebiti u konkretnom slučaju zavisi od specifičnosti primene kabla i od trenutno raspoložive merne tehnike

17 Spoj sa zemljom U kablovskim mrežama spoj sa zemljom je najčešća vrsta kvara Najčešće je prouzrokovan udarom pijuka po kablu prilikom polaganja drugih vodova, nepažljivim rukovanjem težom mehanizacijom i slično Spoj sa zemljom može nastati i od neprimetnih oštećenja koja nastaju pri transportu i polaganju kablova Pri polaganju kablova izvođači radova moraju se strogo pridržavati tehničkih uputstava koja im za to daju proizvođači Uzrok spoja sa zemljom mogu biti i dugotrajna preopterećenja provodnika kabla, kao i prekomerni naponi

18 Spoj sa zemljom Metoda Vitstonovog mosta najpogodnija je za određivanje mesta spoja sa zemljom Da bi ona mogla da se primeni neophodno je da postoji jedan ispravan provodnik u kablu, koji je istog prečnika i dužine kao i oštećeni Princip meranja ovom metodom prikazan je na sledećoj slici Izvor struje je baterija nižeg napona A-B je neoštećena žila, a C-D žila koja ima spoj sa zemljom u tački Z na udaljenosti X od početka kabla Veličine otpora R1 i R2 određuju položaj klizača na otporniku R

19 Spoj sa zemljom Kratko se spoje krajevi zdrave i oštećena žile (tačke B i D) Jedan pol baterije vezan je na klizač otpora R, dok je njen drugi pol uzemljen (vezan je za metalni omotač kabla) Tako je formiran Vitstonov most koga čine: - otpori R1 i R2 - deo C-Z oštećene žile - deo A-Z (ispravna žila A-B i deo oštećene žile D-Z) - u jednoj dijagonali mosta nalazi se galvanometar G - u drugoj dijagonali je baterija

20 Spoj sa zemljom Postupak merenja: Veličine otpora R1 i R2 menjaju se sve dok se most ne uravnoteži (dok igla galvanometra ne dođe u nulti položaj) U tom slučaju važi odnos: R2 X L (L X ) R1 S S je specifična otpornost žile, a S veličina njenog poprečnog preseka Pošto su ove veličine iste za obe žile važi: pa se za traženu dužinu X dobija: X 2L R2 X R1 (2 L X ) R1 R1 R2

21 Kratak spoj Određivanje defektnog mesta usled kratkog spoja između pojedinih žila kabla, vrši se na sličan način kao kod spojeva sa zemljom: - jedan kratko spojeni provodnik treba shvatiti kao zemlju - provodnik koji je sa njim u kratkom spoju - kao da ima spoj sa zemljom Primena Vitstonovog mosta za određivanje defektnog mesta nastalog usled kratkog spoja dve žile kabla:

22 Prekid kabla Prekid jedne ili vise kablovskih žila Metode koje se koriste za lokalizaciju ovakve vrste kvara bitno se razlikuju od prethodno opisanih, jer je vrsta kvara sasvim različita Kod ovakvih kvarova ne mogu se formirati zatvorene petlje, odnosno grane mosta, pri istraživanju mesta prekida koristi se kapacitet kabla, odnosno činjenica da njegove žile međusobno ili prema zemlji (metalnom omotaču kabla) predstavljaju neku vrstu kondenzatora U vezi s tim, potrebno je da izolovanost defektnog mesta, odnosno žile, bude što bolja

23 Lokalizacija kvarova impulsnom reflektometrijom Metode novijeg datuma, zasnivaju se na principu emitovanja impulsa i njegove refleksije od mesta kvara Primenom impulsne reflektometrije dobija se vizuelna predstava o vrsti kvara i stanju na kablu do mesta kvara, često i do kraja kabla Dopunjava sa klasičnim mostovskim metodama, a omogućava da se registruje više kvarova na ispitivanom kablu i da se odgovarajućim postupcima odrede njihove udaljenosti Osnovu impulsne reflektometrije predstavlja činjenica da se na mestima diskontinuiteta duž kabla javlja refleksija progresivnog elektromagaetnog talasa Diskontinuiteti su mesta na kojima se ulazna impedansa voda Zo i ostatka voda razlikuju od njegove karakteristične impedanse U praksi su to mesta na kojima je došlo do kvara, ali isto tako i mufovi na kablu, mesta spajanja, račvanja i tome slično

24 Reflektometar čine generator impulsa i osciloskop, propusnog opsega, na kome se prate reflektovani talasi širokog Instrument se povezuje na kolo koje se testira pomoću priključnih kablova ili sondi Vreme koje protekne od trenutka emitovanja impulsa do njegovog povratka meri se i deli sa dva Iz brzine prostiranja kaja može da se odredi za poomatrani kabl i vremena kašnjenja impulsa, može da se odredi udaljenost mesta reflektovanja, odnosno mesto kvara