ОАО "Новая ЭРА" представляет мониторинг состояния изоляции высоковольтных ЭЭС напряжением 6 и 10 кВ для судов и других морских объектов
Высоковольтные судовые ЭЭС
В судостроении расширяется область применения электроэнергетических систем (ЭЭС) напряжением 6 и 10 кВ. Эксплуатация ЭЭС морских объектов сопровождается старением и механическим разрушением слоев изоляции высоковольтного оборудования при непрерывном воздействии на изоляцию вибраций и рабочего напряжения. Полностью избежать вредных воздействий практически невозможно. В процессе эксплуатации изоляция стареет, в ней возникают общие (равномерно распределенные) и местные (сосредоточенные) дефекты. Скорость развития необратимых процессов в изоляции меняется в зависимости от температуры изоляции и дополнительных факторов, в первую очередь влажности. Внешний осмотр не позволяет выявить всех возможных дефектов изоляции, а применение испытаний с подачей повышенного напряжения в море недопустимо.
Проведение планово-предупредительных осмотров и замеров дополнительных характеристик высоковольтного электрооборудования возможно только между рейсами, в ограниченное время на профилактические испытания с отключением высоковольтного электрооборудования. Это не гарантирует, что во время рейса не проявится какой-либо внутренний дефект и не возникнет аварийная ситуация.
На морском объекте ограничены возможности по ремонту и обслуживанию высоковольтного оборудования, а для исключения отказов необходимы системы непрерывного контроля состояния (мониторинга) изоляции высоковольтного оборудования.
Мониторинг состояния изоляции под рабочим напряжением
Практически все аварии в электрической части агрегатов и кабелей начинаются с пробоя изоляции и переноса потенциала фазы на корпусную конструкцию судна.
В микроскопических неоднородностях высоковольтной изоляции при рабочем напряжении (выше 3 кВ) под действием электрического поля возникают частичные разряды (ЧР), которые при определенных условиях могут начать микровыжигание изоляции изнутри. Импульсы ЧР сопровождаются радиочастотным излучением, которое можно измерить. Процессы старения изоляции и разрушения, произошедшие под действием механических факторов, при рабочем напряжении тоже сопровождаются радиочастотным излучением, но с другими параметрами, отличающимися от ЧР внутри изоляции.
Мониторинг изоляции высоковольтной электроустановки без отключения рабочего напряжения уже давно рекомендован в мировой практике для энергосистем и электросетей напряжением 6 кВ и выше.
Контроль состояния высоковольтной изоляции по току утечки 3Iо в сети 6 и 10 кВ указывает на начало аварийной ситуации и обнаруживается средствами РЗиА. Метод контроля по ЧР позволяет заблаговременно анализировать ситуацию при работе оборудования (т.е. при поданном рабочем напряжении) и наблюдать процессы в их развитии, задолго до возникновении аварийной ситуации.
ЧР регистрируются в радиочастотном диапазоне и позволяют классифицировать причины их возникновения и устанавливать степень опасности для электрооборудования. Для измерения радиочастотных импульсов используются специализированные датчики и микропроцессорные устройства - регистраторы.
При построении системы мониторинга принимается во внимание особенность конструкции отдельных элементов высоковольтной ЭЭС, выбирается радиочастотный диапазон измерений и по каждому элементу определяется степень опасности изменения мощности ЧР. В высоковольтной ЭЭС морского объекта при мониторинге безопасного состояния изоляции выделяют элементы генерирующего, распределительного и технологического электрооборудования, подвергающиеся при работе воздействию электрического поля напряжением 6 и более кВ.
К таким элементам относятся:
Особое внимание должно быть обращено на изоляцию цепей высоковольтного электрооборудования и электроагрегатов систем электродвижения, как потребителей первой категории электропитания, так как пробой может привести к потере хода и управляемости судна.
Средства мониторинга изоляции под рабочим напряжением
Классификация электромагнитного излучения радиоволн, применяемых для регистрации ЧР, обозначается UHF (Ultra High Frequency) – сверхвысокочастотный и HF (High Frequency) – высокочастотный диапазон. Для диапазона UHF применимы датчики антенного типа, а для диапазона HF применимы датчики ёмкостного и трансформаторного типа.
Типы датчиков приведены в таблице 1, учтены возможности по способу установки, использования при общем радиочастотном шуме во внутренних электроэнергетических помещениях. Оценка диапазона чувствительности указанна в таблице 2. Сравнение по чувствительности выполнено по отношению к универсальному измерительному датчику - катушке Роговского.
Таблица 1 Варианты исполнения датчиков для измерения ЧР
Таблица 2 Оценка чувствительности разных типов изготавливаемых датчиков с диапазоном измерительных частот и способностью отстройки от внешних помех
Система мониторинга состояния высоковольтной изоляции для морского объекта
Для регистрации измерений, спектрального выделения сигналов ЧР и построения тренда изменения мощности ЧР используются следующие комплекты приборов с датчиками отечественных производителей:
Предлагаемые услуги и средства
В судостроении расширяется область применения электроэнергетических систем (ЭЭС) напряжением 6 и 10 кВ. Эксплуатация ЭЭС морских объектов сопровождается старением и механическим разрушением слоев изоляции высоковольтного оборудования при непрерывном воздействии на изоляцию вибраций и рабочего напряжения. Полностью избежать вредных воздействий практически невозможно. В процессе эксплуатации изоляция стареет, в ней возникают общие (равномерно распределенные) и местные (сосредоточенные) дефекты. Скорость развития необратимых процессов в изоляции меняется в зависимости от температуры изоляции и дополнительных факторов, в первую очередь влажности. Внешний осмотр не позволяет выявить всех возможных дефектов изоляции, а применение испытаний с подачей повышенного напряжения в море недопустимо.
Проведение планово-предупредительных осмотров и замеров дополнительных характеристик высоковольтного электрооборудования возможно только между рейсами, в ограниченное время на профилактические испытания с отключением высоковольтного электрооборудования. Это не гарантирует, что во время рейса не проявится какой-либо внутренний дефект и не возникнет аварийная ситуация.
На морском объекте ограничены возможности по ремонту и обслуживанию высоковольтного оборудования, а для исключения отказов необходимы системы непрерывного контроля состояния (мониторинга) изоляции высоковольтного оборудования.
Мониторинг состояния изоляции под рабочим напряжением
Практически все аварии в электрической части агрегатов и кабелей начинаются с пробоя изоляции и переноса потенциала фазы на корпусную конструкцию судна.
В микроскопических неоднородностях высоковольтной изоляции при рабочем напряжении (выше 3 кВ) под действием электрического поля возникают частичные разряды (ЧР), которые при определенных условиях могут начать микровыжигание изоляции изнутри. Импульсы ЧР сопровождаются радиочастотным излучением, которое можно измерить. Процессы старения изоляции и разрушения, произошедшие под действием механических факторов, при рабочем напряжении тоже сопровождаются радиочастотным излучением, но с другими параметрами, отличающимися от ЧР внутри изоляции.
Мониторинг изоляции высоковольтной электроустановки без отключения рабочего напряжения уже давно рекомендован в мировой практике для энергосистем и электросетей напряжением 6 кВ и выше.
Контроль состояния высоковольтной изоляции по току утечки 3Iо в сети 6 и 10 кВ указывает на начало аварийной ситуации и обнаруживается средствами РЗиА. Метод контроля по ЧР позволяет заблаговременно анализировать ситуацию при работе оборудования (т.е. при поданном рабочем напряжении) и наблюдать процессы в их развитии, задолго до возникновении аварийной ситуации.
ЧР регистрируются в радиочастотном диапазоне и позволяют классифицировать причины их возникновения и устанавливать степень опасности для электрооборудования. Для измерения радиочастотных импульсов используются специализированные датчики и микропроцессорные устройства - регистраторы.
При построении системы мониторинга принимается во внимание особенность конструкции отдельных элементов высоковольтной ЭЭС, выбирается радиочастотный диапазон измерений и по каждому элементу определяется степень опасности изменения мощности ЧР. В высоковольтной ЭЭС морского объекта при мониторинге безопасного состояния изоляции выделяют элементы генерирующего, распределительного и технологического электрооборудования, подвергающиеся при работе воздействию электрического поля напряжением 6 и более кВ.
К таким элементам относятся:
- обмотки статоров генераторов;
- кабели генераторного фидера до главного распределительного устройства (ГРУ);
- шины ГРУ с выключателями, измерительными трансформаторами или датчиками напряжения и тока;
- кабели фидеров питания от ГРУ потребителей первой и второй категории;
- dысоковольтные обмотки силовых трансформаторов, преобразующих питание от ГРУ в напряжение для потребителей.
Особое внимание должно быть обращено на изоляцию цепей высоковольтного электрооборудования и электроагрегатов систем электродвижения, как потребителей первой категории электропитания, так как пробой может привести к потере хода и управляемости судна.
Средства мониторинга изоляции под рабочим напряжением
Классификация электромагнитного излучения радиоволн, применяемых для регистрации ЧР, обозначается UHF (Ultra High Frequency) – сверхвысокочастотный и HF (High Frequency) – высокочастотный диапазон. Для диапазона UHF применимы датчики антенного типа, а для диапазона HF применимы датчики ёмкостного и трансформаторного типа.
Типы датчиков приведены в таблице 1, учтены возможности по способу установки, использования при общем радиочастотном шуме во внутренних электроэнергетических помещениях. Оценка диапазона чувствительности указанна в таблице 2. Сравнение по чувствительности выполнено по отношению к универсальному измерительному датчику - катушке Роговского.
Таблица 1 Варианты исполнения датчиков для измерения ЧР
| Тип и принцип действия датчика | Способ установки и рекомендации по подключению | Относительная чувствительность на частоте | |
| 10 МГц | 100 МГц | ||
| Датчик ёмкостного типа (HF диапазон) |
Между токоведущей шиной и корпусом. | 20 | 100 |
| Датчик трансформаторного типа с током утечки на землю 500 или 1000 А (HF диапазон) |
В цепи заземления экрана кабеля. | 30 | 5 |
| Антенна кольцевая, встраиваемая в электрическую машину (UHF диапазон) |
Под кожухом статора у лобовых частей статорной обмотки. | 5 | 100 |
| Антенна штыревая, встраиваемая в электрическое оборудование, в том числе в электрическую машину (HF или UHF диапазон) |
Под оболочкой или кожухом электрооборудования.. | 5 5 |
10 100 |
| Катушка Роговского (датчик универсального типа HF UHF диапазон)* | Под оболочкой или кожухом электрооборудования. | 1 | 2 |
Таблица 2 Оценка чувствительности разных типов изготавливаемых датчиков с диапазоном измерительных частот и способностью отстройки от внешних помех
| Тип датчика | Рекомендации по частоте измерения, МГц |
Защищенность от внешних помех в месте установки | Чувствительность к измеряемому сигналу | Число датчиков на один контролируемый элемент ЭЭС | Рекомендации по числу приборов на контролируемый элемент ЭЭС |
| Датчик ёмкостного типа HF диапазона |
10 - 80 | Хорошая | Средняя | 3 на группу шин А, В, С |
1 на секцию ГРУ |
| Датчик трансформаторного типа HF диапазона |
0,5 -15 | Хорошая | Средняя | 1 на кабель фидера | 1 на 15 кабелей |
| Датчик антенного типа HF диапазона | 10 – 100 | Требуется направленность на контролируемый элемент ЭЭС | Хорошая | 1 на контролируемую зону элемента | 1 на 5 контролируемых зон элемента |
| Датчик антенного типа UHF диапазона |
80 - 1500 | Требуется защита конструкцией кожуха элемента ЭЭС | Высокая | 2 на одну статорную обмотку | 1 на электрическую машину |
Система мониторинга состояния высоковольтной изоляции для морского объекта
Для регистрации измерений, спектрального выделения сигналов ЧР и построения тренда изменения мощности ЧР используются следующие комплекты приборов с датчиками отечественных производителей:
- блок сбора и обработки сигналов ЧР от трех датчиков ёмкостного типа HF диапазона для мониторинга состояния изоляции ошиновки и аппаратов в секции ГРУ;
- блок сбора и обработки сигналов ЧР от трех датчиков антенного типа UHF диапазона для мониторинга состояния изоляции статорных обмоток высоковольтных электрических машин;
- блок сбора и обработки сигналов ЧР от 15 датчиков трансформаторного типа HF диапазона для мониторинга состояния изоляции кабелей.
Предлагаемые услуги и средства
- Разработка проекта системы мониторинга высоковольтной ЭЭС по заданной структурной схеме.
- Согласование проекта системы мониторинга высоковольтной ЭЭС в ФАУ "Российский морской регистр судоходства".
- Рабочие чертежи на шкаф сбора сигналов и установку датчиков в ГРУ и другое высоковольтное оборудование.
- Организация поставки датчиков измерения ЧР, приборов регистрации и шкафа сбора сигналов в согласованные сроки.
- Изготовление шкафа сбора сигналов по договору поставки.
- Шеф-монтаж системы мониторинга высоковольтной ЭЭС.
